数字证书——权威机构对私钥持有者身份的认可

在现代密码学中，非对称密码算法应用十分常见，银行卡、U盾以及网络通信中应用的https，都应用了非对称密码算法技术。

相对于对称密码算法，非对称密码算法的提出，在一定程度上可以简化密钥管理的难题，但由于非对称密码算法中的公钥在分发过程中可能被截取后篡改，接收方也无从核查接收到的公钥所对应私钥的持有者身份，因而引入了数字证书。

一、什么是数字证书

大学毕业时学校会颁发学位证书和学历证书；驾照考试通过后交管局会颁发机动车驾驶证书……相同的，个人身份认证通过之后，数字证书认证机构（Certificate Authority，简称CA）会颁发数字证书（也叫公钥证书）。

和学历证书、驾照相似，数字证书中包含个人信息，联系方式，以及个人公钥等信息，其中个人身份认证通过属于获取数字证书的前提条件，个人身份认证由CA（或专门用于对用户提供面对面的证书业务服务机构Registry Authority，简称RA）来完成，CA机构根据电子认证业务准则（CPS,Certification Practice Statement）的要求完成用户的个人身份认证。

二、数字证书的获取与使用

个人用户可自行生成一对公私钥对，将公钥发送给认证机构CA，CA确认用户身份之后，使用自身的私钥对个人用户的身份信息和公钥信息进行加密处理（签名）后形成数字证书，此时个人用户即获得了一张个人数字证书。

数字证书可建立公钥与用户之间的对应关系，通常应用在验证个人用户的数字签名中，也应用在对隐私信息的加密中。在应用层面，之所以引用数字证书而不直接应用个人用户的公钥，目的是通过可信任的认证机构CA对用户身份的认可，使个人用户的数字签名合法化，同时让第三方使用数字证书加密更加安全，避免中间人篡改公钥。

三、数字证书认证机构CA

数字证书认证机构（Certificate Authority，简称CA），也常见CA中心或证书认证中心等称呼，拥有自己的公钥和私钥，负责给用户签发数字证书。常见的数字证书认证机构有：国外的Verisign，国内的CFCA、BJCA、GDCA、天威诚信等。

CA签发数字证书具体过程如下：

（1）将用户身份信息和用户公钥信息，按照特定格式组成数据D。

（2）使用哈希算法对数据D进行计算得到摘要值H。

（3）使用CA自身私钥对摘要值H进行签名得到数字签名S。

（4）将用户身份信息、用户公钥信息和数字签名S，按照特定格式（如X.509）组成数字证书。

CA 不仅负责给用户签发数字证书，还需要履行对数字证书的全生命周期管理职责，CA主要职责包括：

（1）数字证书的签发和更新。对新用户签发数字证书；在老用户有需要时，对其更新数字证书。

（2）数字证书的状态变更，包括：吊销、挂失、解挂等。证书吊销后将成为无效证书，永远不能使用；证书挂失后将成为无效证书，但可以通过解挂恢复成有效状态。

（3）数字证书的查询及下载。CA对外提供公开的查询及下载服务，允许用户根据条件随时查询证书并下载。常用服务方式为LDAP， LDAP是Light weight Directory AccessProtocol（轻型目录访问协议）的缩写。CA系统通过LDAP机制对外发布所有证书及CRL。用户端可以通过LDAP协议访问LDAP服务器，按需下载满足条件的证书和CRL。

（4）数字证书状态查询。提供公开服务方式，允许用户随时查询证书状态，以便判断该证书是否处于有效状态。常用服务方式有CRL和OCSP。

四、数字证书状态查询

如果用户的个人数字证书已经处于非正常状态（过期、吊销、冻结等），CA将通过CRL、OCSP等方式告知正在进行签名验证的第三方。

CRL是Certificate Revocation List的缩写，表示证书吊销列表。CA或CRL签发者定期签发并发布CRL，并在CRL中指明下次签发的最晚时间。因CRL为定期发布，存在用户证书已临时挂失，但CRL状态未及时发布的情况，此时第三方进行签名验证仍是可以通过的。

OCSP是Online Certificate Status Protocol的缩写，表示在线证书状态协议。CA系统通过OCSP机制为用户提供在线证书状态查询服务。用户端将待查询证书序列号按照OCSP协议组织成OCSP请求包，然后将OCSP请求包发送给OCSP服务器，OCSP服务器查询数据库获得该序列号对应证书的状态，并组织成OCSP响应包后返回给用户端。用户端解析OCSP响应包后获得该证书的当前状态。相对比与CRL方式，OCSP查询的数字证书状态更为准确。

SOCSP是Simple Online Certificate Status Protocol的缩写，表示简化版在线证书状态协议。由于OCSP请求包和响应包需要数字签名，从而导致其执行效率不高。为提高OCSP的响应速度，采用MAC算法代替数字签名，形成简化版的OCSP。

五、双证书

如果用户的私钥不慎丢失，将造成公钥加密后的数据无法解密，为解决用户私钥的备份问题，CA采用KMC（Key Management Center，密钥管理系统）提供用户私钥备份服务，用户可自行选择将私钥进行安全备份，需要时进行恢复。也可由KMC生成用户公钥和私钥，而后KMC将私钥备份并交给用户。

私钥备份存在如下矛盾：用户私钥应具备唯一性，否则无法证明用户身份是否被冒用；但若无私钥备份服务，用户私钥不慎丢失，公钥加密后的数据将无法解密，可能造成重要信息丢失的问题。

为解决上述矛盾，CA引入了双证书机制（签名证书和加密证书）。签名证书的私钥只用于签名，签名证书的公钥只用于验签，不用于加密信息，签名证书的公私钥对必须由用户自己产生，KMC 不备份签名私钥。加密证书的公钥只用于加密信息，加密证书的私钥只用于解密信息，不用于签名，加密证书的公私钥对由KMC产生，且KMC对加密私钥进行备份。

本文作者 @产品工具箱  。

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