公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI和授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施PMI

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1、網(wǎng)絡(luò)信息安全基礎(chǔ),授課教師：張全海 ,5.3 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI和授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施PMI,公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI,PKI（Public Key Infrastructure）是一個用公鑰概念與技術(shù)來實施和提供安全服務(wù)的具有普適性的安全基礎(chǔ)設(shè)施。 PKI的主要任務(wù)是在開放環(huán)境中為開放性業(yè)務(wù)提供網(wǎng)上身份認證、信息完整性和數(shù)字簽名服務(wù)。 PKI是一種標準的密鑰管理平臺，它能夠為所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用透明地提供采用加密和數(shù)據(jù)簽名等密碼服務(wù)所必須的密鑰和證書管理。 PKI是生成、管理、存儲、分發(fā)和吊銷基于公鑰密碼學(xué)的公鑰證書所需要的硬件、軟件、人員、策略和規(guī)程的總和。,PKI的主要功能,從功能上講，一個完整的PK

2、I系統(tǒng)必須具備如下一些主要功能：,PKI的構(gòu)成,從總體上講，PKI由如下四個方面的部件構(gòu)成：,,PKI中的可信第三方證書認證中心（CA），可以解決無邊界用戶的身份確定問題，提供了信任的基礎(chǔ)。因此基于Internet的應(yīng)用需要PKI。 PKI作為一種支撐性基礎(chǔ)設(shè)施，其本身并不能直接為用戶提供安全服務(wù)，但PKI是其他安全應(yīng)用的基礎(chǔ)。,PKI基本組成,PKI由以下幾個基本部分組成： 證書庫 證書作廢處理系統(tǒng) 認證機構(gòu)（CA Certificate Authority) 注冊機構(gòu)（RA Registration Authority） 密鑰備份與恢復(fù)系統(tǒng) PKI應(yīng)用接口,PKI基本組成,注冊機構(gòu)（RA）

3、 負責記錄和驗證部分或所有有關(guān)信息（特別是主體的身份），這些信息用于CA發(fā)行證書和CLR以及證書管理中。 認證機構(gòu)與其用戶或證書申請人間的交互是由被稱為注冊機構(gòu)(RA) 的中介機構(gòu)來管理； 注冊機構(gòu)本身并不發(fā)放證書，但注冊機構(gòu)可以確認、批準或拒絕證書申請人，隨后由認證機構(gòu)給經(jīng)過批準的申請人發(fā)放證書。,PKI基本組成,認證機構(gòu)（CA） 一個可信實體，發(fā)放和作廢公鑰證書，并對各作廢證書列表簽名。 CA是PKI系統(tǒng)的核心，包含以下功能： 接受用戶的請求(由RA負責對用戶的身份信息進行驗證) 用自己的私鑰簽發(fā)證書 提供證書查詢 接受證書注銷請求 提供證書注銷表 證書材料信息的管理,PKI理論基礎(chǔ),密碼

4、學(xué)(略) 目錄服務(wù) 數(shù)字證書,目錄服務(wù),目的是建立全局/局部統(tǒng)一的命令方案，它從技術(shù)的角度定義了人的身份和網(wǎng)絡(luò)對象的關(guān)系； 目錄服務(wù)是規(guī)范網(wǎng)絡(luò)行為和管理網(wǎng)絡(luò)的一種重要手段； X.500時一套已經(jīng)被國際標準化組織（ISO）接受的目錄服務(wù)系統(tǒng)標準； LDAP（輕量級目錄訪問協(xié)議）最早被看作是X.500目錄訪問協(xié)議中的那些易描述、易執(zhí)行的功能子集,X.500目錄服務(wù),一個完整的X.500系統(tǒng)稱為一個”目錄” 。 X.500目錄服務(wù)是一個復(fù)雜的信息存儲機制，包括客戶機-目錄服務(wù)器訪問協(xié)議、服務(wù)器-服務(wù)器通信協(xié)議、完全或部分的目錄數(shù)據(jù)復(fù)制、服務(wù)器鏈對查詢的響應(yīng)、復(fù)雜搜尋的過濾功能等. X.500目錄服務(wù)

5、可以向需要訪問網(wǎng)絡(luò)任何地方資源的電子函件系統(tǒng)和應(yīng)用，或需要知道在網(wǎng)絡(luò)上的實體名字和地點的管理系統(tǒng)提供信息。,LDAP的英文全稱是Lightweight Directory Access Protocol，輕量級目錄訪問協(xié)議。它是基于X.500標準的，但是簡單并且可以根據(jù)需要定制。與X.500不同，LDAP支持TCP/IP，這對訪問Internet是必須的。 LDAP不是數(shù)據(jù)庫而是用來訪問存儲在信息目錄（也就是LDAP目錄）中的信息的協(xié)議。也就是說“通過使用LDAP，可以在信息目錄的正確位置讀取（或存儲）數(shù)據(jù)”，LDAP主要是優(yōu)化數(shù)據(jù)讀取的性能。 LDAP協(xié)議是跨平臺的和標準的協(xié)議。LDAP最大

6、的優(yōu)勢是：可以在任何計算機平臺上，用很容易獲得的而且數(shù)目不斷增加的LDAP的客戶端程序訪問LDAP目錄。而且也很容易定制應(yīng)用程序為它加上LDAP的支持。 PKI中使用LDAP服務(wù)主要是用于CA 證書庫、CRL 庫(證書注銷庫)的發(fā)布，應(yīng)用軟件可以通過訪問LADP 來獲取公開證書和CRL,LDAP協(xié)議,PKI中的證書,PKI適用于異構(gòu)環(huán)境中，所以證書的格式在所使用的范圍內(nèi)必須統(tǒng)一 證書是一個機構(gòu)頒發(fā)給一個安全個體的證明，所以證書的權(quán)威性取決于該機構(gòu)的權(quán)威性 一個證書中，最重要的信息是個體名字、個體的公鑰、機構(gòu)的簽名、算法和用途 最常用的證書格式為X.509 v3,PKI的構(gòu)建,自建模式(In-h

7、ouse Model)是指用戶購買整套的PKI軟件和所需的硬件設(shè)備，按照PKI的構(gòu)建要求自行建立起一套完整的服務(wù)體系。 托管模式是指用戶利用現(xiàn)有的可信第三方認證中心CA提供的PKI服務(wù)，用戶只需配置并全權(quán)管理一套集成的PKI平臺即可建立起一套完整的服務(wù)體系，對內(nèi)對外提供全部的PKI服務(wù)。,與PKI有關(guān)的標準情況,Certificates X.509 v.3 交叉認證 PKIX group in IETF(RFC 2459) 智能卡/硬件插件 PKCS #11 PKCS系列 目錄服務(wù)LDAP,PKI信任模型,基于層次結(jié)構(gòu)的信任模型 交叉認證 網(wǎng)狀信任模型 混合結(jié)構(gòu)信任模型 Web可信列表 以用戶

8、為中心的信任模型,CA信任關(guān)系,當一個安全個體看到另一個安全個體出示的證書時，他是否信任此證書？ 信任難以度量，總是與風險聯(lián)系在一起 可信CA 如果一個個體假設(shè)CA能夠建立并維持一個準確的“個體-公鑰屬性”之間的綁定，則他可以信任該CA，該CA為可信CA,CA層次結(jié)構(gòu)信任模型,對于一個運行CA的大型權(quán)威機構(gòu)而言，簽發(fā)證書的工作不能僅僅由一個CA來完成,它可以建立一個CA層次結(jié)構(gòu) 以各個域的集中控制為基礎(chǔ)，可以建立層次結(jié)構(gòu)的CA體系。 這種模型不適合缺少集中管理域的完全分布環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。,CA層次結(jié)構(gòu),CA層次結(jié)構(gòu)的建立,根CA具有一個自簽名的證書 根CA依次對它下面的CA進行簽名 層次結(jié)構(gòu)

9、中葉子節(jié)點上的CA用于對安全個體進行簽名 對于個體而言，它需要信任根CA，中間的CA可以不必關(guān)心(透明的)；同時它的證書是由底層的CA簽發(fā)的 在CA的機構(gòu)中，要維護這棵樹 在每個節(jié)點CA上，需要保存兩種cert(1) Forward Certificates: 其他CA發(fā)給它的certs(2) Reverse Certificates: 它發(fā)給其他CA的certs,層次結(jié)構(gòu)CA中證書的驗證,假設(shè)個體A看到B的一個證書 B的證書中含有簽發(fā)該證書的CA的信息 沿著層次樹往上找，可以構(gòu)成一條證書鏈，直到根證書 驗證過程： 沿相反的方向，從根證書開始，依次往下驗證每一個證書中的簽名。其中，根證書是自簽

10、名的，用它自己的公鑰進行驗證 一直到驗證B的證書中的簽名 如果所有的簽名驗證都通過，則A可以確定所有的證書都是正確的，如果他信任根CA，則他可以相信B的證書和公鑰,樹層次結(jié)構(gòu),森林型結(jié)構(gòu),證書鏈的驗證示例,,CA認證模型,如果用戶 i和j都屬于CA111，那么i和j之間的密鑰交換，只需要持有CA111開具的證明書就可以，即：對用戶 i和j的公鑰PKi 和PKj分別蓋章，如(Pki)ca111, (Pkj)ca111,那么用戶i和j就能證明密鑰是對方的密鑰。,CA認證模型,如果用戶j的證明書是CA122開具的，那么情況就復(fù)雜了，各自具有： i方：(Pki)ca111 , (CA111)CA11

11、, (CA11)CA1 j方：(Pkj)ca122 , (CA122)CA12, (CA12)CA1 這就形成了層層證明的證明鏈（ certification chain）。這里，符號(CA11)CA1是CA1對C11的公鑰蓋章，只是證明本公鑰是C11的。,CA 證明鏈,CA,CA1,CA2,CA11,CA12,CA21,CA22,個人證書,個人證書,個人證書,個人證書,,,,,,,,,,,,,（PKI）CA11，（PKCA11）CA1，（PKCA1）CA （PKJ）CA21，（PKCA21）CA2，（PKCA2）CA,i,j,交叉認證,交叉認證是一種把以前無關(guān)的CA連接在一起的有用機制，

12、從而使得在它們各自主體群之間的安全通信成為可能。 兩個CA安全地交換密鑰信息,這樣每個CA都可以有效地驗證另一方密鑰的可信任性,這個過程稱為交叉認證; 兩個不同的CA層次結(jié)構(gòu)之間可以建立信任關(guān)系 單向交叉認證 一個CA可以承認另一個CA在一定名字空間范圍內(nèi)的所有被授權(quán)簽發(fā)的證書 雙向交叉認證,交叉認證,交叉認證可以分為 域內(nèi)交叉認證：如果兩個CA屬于相同的域 域間交叉認證：如果兩個CA屬于不同的域(例如，當在一家公司中的CA認證了在另一家公司中的CA) 。 交叉認證的約束 名字約束:一個CA信任另一個CA在給定的一部分名字空間內(nèi)的以其為主體頒發(fā)的證書 路徑長度約束: 限制可以出現(xiàn)在一個有效的證

13、書路徑中的交叉認證的數(shù)目 策略約束: 提供一種方法來限制一個證書使用,如使用EMAIL,這樣除EMAIL以外的任意證書為非法 例如假設(shè)A已經(jīng)被CA1認證并持有可信的一份CA1的公鑰,并且B已經(jīng)被CA2認證并持有可信的一份CA2的公鑰,最初A只信任其證書由CA1簽署的實體,因為他能夠驗證這些證書(使用CA1的公鑰),但不能驗證B的證書,因為他沒有持可信的一份CA2的密鑰,類似的在B身上發(fā)生,如果CA1和CA2交叉認證后,雙方都獲得了對方的公鑰,這樣A的信任就能擴展到CA2的主體群,如B;,交叉認證,不同的交叉認證信任模型 子層次型結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀交叉認證結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu) 橋認證結(jié)構(gòu) 信任列表,子層次型交

14、叉認證信任模型,PKI中的CA關(guān)系控制了PKI的可擴展性。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:CA,：最終用戶,,,分布式信任結(jié)構(gòu)模型,分布式信任結(jié)構(gòu)把信任分散在兩個或多個CA上，相應(yīng)的CA必須是整個PKI系統(tǒng)的一個子集所構(gòu)成的嚴格層次結(jié)構(gòu)的根CA。 如果這些嚴格層次結(jié)構(gòu)都是可信頒發(fā)者層次結(jié)構(gòu)，那么該總體結(jié)構(gòu)被稱作完全同位結(jié)構(gòu)（fully peered architecture)。如果所有的嚴格層次結(jié)構(gòu)都是多層結(jié)構(gòu)（multi-level hierarchy），那么最終的結(jié)構(gòu)就被叫作滿樹結(jié)構(gòu)（fully treed architecture)。 一般來說，完全同位結(jié)構(gòu)

15、部署在某個組織內(nèi)部，而滿樹結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)則是在原來相互獨立的PKI系統(tǒng)之間進行互聯(lián)的結(jié)果。,網(wǎng)狀交叉認證信任模型,網(wǎng)狀型：相互獨立的CA之間可以交叉認證，從而形成CA之間的信任關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)狀配置中，所有的CA之間都可以進行交叉認證。,靈活，便于建立特殊信任關(guān)系，也符合商貿(mào)中的雙邊信任關(guān)系 任何PKI中，用戶至少要信任其證書頒發(fā)CA 允許用戶頻繁通信的CA之間直接交叉認證，以降低認證路徑處理量 CA私鑰泄露引起的恢復(fù)僅僅涉及到該CA的證書用戶,混合結(jié)構(gòu)信任模型,混合結(jié)構(gòu)中，局部仍可體現(xiàn)出層次型結(jié)構(gòu)。 不是所有的根CA之間都進行直接的交叉認證。,Web模型,許多CA的公鑰被預(yù)裝在標準的瀏覽器。這

16、些公鑰確定了一組瀏覽器用戶最初信任的CA，這組根密鑰可以被用戶修改。 類似于認證機構(gòu)的嚴格層次結(jié)構(gòu)模型，瀏覽器廠商起到了根CA的作用，而與被嵌入的密鑰相對應(yīng)的CA就是它所認證的CA，這種認證并不通過頒發(fā)證書實現(xiàn)的，而是物理地把CA的密鑰嵌入瀏覽器。 Web模型在方便性和簡單互操作方面有明顯的優(yōu)勢，但是也存在許多安全隱患。例如，因為瀏覽器的用戶自動地信任預(yù)安裝的所有公鑰，所以即使這些根CA中有一個是“壞的”（例如該CA沒有認真核實被認證的實體），安全性將被完全破壞。 最后該模型還缺少有效的方法在CA和用戶間建立合法協(xié)議，該協(xié)議的目的是使CA和用戶共同承擔責任。,以用戶為中心的信任模型,對于每一個

17、用戶而言，應(yīng)該建立各種信任關(guān)系，這種信任關(guān)系可以被擴展 例子：用戶的瀏覽器配置,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,以用戶為中心的信任模型示例：PGP,例如，當Alice 收到一個據(jù)稱屬于Bob的證書時，她將發(fā)現(xiàn)這個證書是由她不認識的David簽署的，但是 David的證書是由她認識并且信任的Catherine簽署的。在這種情況下，Alice可以決定信任Bob的密鑰，也可以決定不信任Bob的密鑰。,在著名的安全軟件程序Pretty Good Privacy（PGP）中，一個用戶通過擔當CA（簽署其他實體的公鑰證書）和使他的公鑰被其他人所認證來建立（或參加）所謂的“Web of Trust”

18、。,PKI應(yīng)用,基本的應(yīng)用 文件保護 E-mail Web應(yīng)用 其他 VPN SSL/TLS XML/e-business WAP ,PKI/CA應(yīng)用, Web應(yīng)用,PKI/CA應(yīng)用, 電子交易,網(wǎng)上報稅需要解決的安全問題:通信安全、身份認證、業(yè)務(wù)安全 網(wǎng)上報稅安全解決方案 最終用戶頒發(fā)數(shù)字證書的認證子系統(tǒng)，負責認證系統(tǒng)的策略制定、RA注冊機關(guān)的建設(shè)、接受證書申請、用戶身份的鑒證、協(xié)助CA系統(tǒng)發(fā)放客戶證書以及簽發(fā)證書的各種管理； 整個應(yīng)用系統(tǒng)中使用證書保證信息傳輸以及業(yè)務(wù)流程的安全可信。,PKI/CA應(yīng)用,電子稅務(wù),授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施 PMI,授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施PMI(Privilege Mana

19、gement Infrastructure)是國家信息安全基礎(chǔ)設(shè)施(National Information Security Infrastructure，NISI)的一個重要組成部分 目標是向用戶和應(yīng)用程序提供授權(quán)管理服務(wù)，提供用戶身份到應(yīng)用授權(quán)的映射功能，提供與實際應(yīng)用處理模式相對應(yīng)的、與具體應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和管理無關(guān)的授權(quán)和訪問控制機制，簡化具體應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與維護。 PMI是一個屬性證書、屬性權(quán)威結(jié)構(gòu)、屬性證書庫等部件構(gòu)成的綜合系統(tǒng)，用來實現(xiàn)權(quán)限和證書的產(chǎn)生、管理、存儲、分發(fā)和撤銷等功能。 PMI使用屬性證書表示和容納權(quán)限信息，通過管理證書的生命周期實現(xiàn)對權(quán)限生命周期的管理。,授權(quán)管理基

20、礎(chǔ)設(shè)施 PMI,授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施PMI以資源管理為核心，對資源的訪問控制權(quán)統(tǒng)一交由授權(quán)機構(gòu)統(tǒng)一處理，即由資源的所有者來進行訪問控制。 同PKI相比，兩者主要區(qū)別在于：PKI證明用戶是誰，而PMI證明這個用戶有什么權(quán)限，能干什么，而且PMI需要PKI為其提供身份認證。 PMI與PKI在結(jié)構(gòu)上相似:信任的基礎(chǔ)都是有關(guān)權(quán)威機構(gòu)，由他們決定建立身份認證系統(tǒng)和屬性特權(quán)機構(gòu)。在PKI中，由有關(guān)部門建立并管理根CA，下設(shè)各級CA、RA和其它機構(gòu)；在PMI中，由有關(guān)部門建立授權(quán)源SOA，下設(shè)分布式的AA(授權(quán)管理中心)和其它機構(gòu)如RM(資源管理中心）中心。 PMI實際提出了一個新的信息保護基礎(chǔ)設(shè)施，能夠與PK

21、I和目錄服務(wù)緊密地集成，并系統(tǒng)地建立起對認可用戶的特定授權(quán)，對權(quán)限管理進行了系統(tǒng)的定義和描述，完整地提供了授權(quán)服務(wù)所需過程。,授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施 PMI特點,授權(quán)服務(wù)體系主要是為網(wǎng)絡(luò)空間提供用戶操作授權(quán)的管理，即在虛擬網(wǎng)絡(luò)空間中的用戶角色與最終應(yīng)用系統(tǒng)中用戶的操作權(quán)限之間建立一種映射關(guān)系 PMI技術(shù)通過數(shù)字證書機制（屬性證書，提供對用戶身份的鑒別功能，不包含用戶的公鑰信息）來管理用戶的授權(quán)信息。 授權(quán)操作與業(yè)務(wù)操作相分離 , 并將授權(quán)管理功能從應(yīng)用系統(tǒng)中分離出來，以獨立服務(wù)的方式面向應(yīng)用系統(tǒng)提供授權(quán)管理服務(wù)，因此授權(quán)管理模塊自身的維護和更新操作與具體的應(yīng)用系統(tǒng)無關(guān)，可以在不改變應(yīng)用系統(tǒng)的前提下完成對授權(quán)模型的轉(zhuǎn)換,PMI體系結(jié)構(gòu),信任源點(SOA中心)是是整個PMI的最終信任源和最高管理機構(gòu)。 AA中心的職責主要包括：應(yīng)用授權(quán)受理、屬性證書的發(fā)放和管理，以及資源管理中心的設(shè)立審核和管理等 資源管理中心RM，是與具體應(yīng)用用戶的接口 ，主要是負責對具體的用戶應(yīng)用資源進行授權(quán)審核，并將屬性證書的操作請求提交到AA進行處理 。,授權(quán)和屬性證書簽發(fā),PMI使用屬性證書表示和容納權(quán)限信息，通過管理證書的生命周期實現(xiàn)對權(quán)限生命周期的管理。基于PMI的集中授權(quán)系統(tǒng)采用基于屬性證書（AC）的授權(quán)模式，向應(yīng)用系統(tǒng)提供與應(yīng)用相關(guān)的授權(quán)服務(wù)管理，提供用戶身份到應(yīng)用授權(quán)的映射功能。,,謝 謝 ！,