【密码学】 一篇文章讲透数字证书

数字证书介绍

  数字证书是一种用于认证网络通信中参与者身份和加密通信的证书，人们可以在网上用它来识别对方的身份。

  我们在上一篇博客中介绍了数字签名的作用和原理，数字签名可以防止消息被否认。有了公钥算法和数字签名算法后， 通信变得越来越安全， 但在公钥分发上仍然存在一些问题， 如果攻击者将公钥替换掉， 则很容易对系统发起攻击。

  而数字证书则可以很好地解决公钥分发的问题。 在密码技术中数字证书也被称为公钥证书或身份证书， 它是用来证实公钥持有者身份的电子文件。 证书中包主要含公钥的相关信息、 用户身份信息及来自发行者的数字签名。

数字证书原理

下面通过一个示例说明证书的应用场景。 假想场景中Alice需要向Bob发送消息， Bob会将公钥发送给Alice， Alice使用公钥对消息进进行加密， Bob使用私钥进行解密。 为了防止攻击者攻击， Bob使用数字证书来完成公钥的分发。 整个过程如图下图所示。

1） Bob生成密钥对， 密钥对包括Bob公钥和私钥；
2） Bob使用公钥生成证书签名请求（CSR） ， 并将其发送给证书认证机构（CA） ；
3） 证书认证机构CA根据Bob的证书签名请求生成Bob证书， 证书中主要包含Bob的公钥和CA的数字签名；
4） Bob将证书发送给Alice；
5） Alice从CA获取根证书， 并使用CA证书中的CA公钥对Bob证书中CA的签名进行验证， 从而判断Bob证书的真实性；
6） 验证通过后， Alice从Bob的证书中提取Bob公钥；
7） Alice使用Bob的公钥将明文加密并发送至Bob；
8） Bob收到密文后使用私钥解密得到明文。

   在数字证书使用流程介绍中出现了两份证书——Bob证书和CA证书。 通过图12-1可以看出， Bob的证书由证书认证机构签发， 一般情况下Bob不能自己给自己签发证书。 Bob并不是权威机构， 若Bob给自己签发证书， 那么该证书就失去了“公信力”。 但是CA证书却是一份“自签发”证书， 也就是说数字证书机构使用自身的私钥对自身的公钥进行签名。 换句话说CA不但作为Alice和Bob的“裁判”， 也当了自己的“裁判”。 所以数字证书机构的私钥保密性异常重要， 一旦CA的私钥泄密那么将产生巨大的影响。

X.509证书标准

  X.509基于ASN.1标准， 由国际电信联盟的标准化部门（ITU-T）定义， 它是数字证书的一种标准格式。 X.509证书包含公钥、 标识信息（主机名、 组织或个人） 、 证书颁发机构签名或自签名等信息。

  CA根证书是一份特殊证书， 数字认证机构CA使用自身的私钥对自身的公钥签名， CA证书也可称为“自签发证书”。 而Bob的证书由CA通过CA私钥签发， Bob本身不能给自己签发证书。

  X.509证书在互联网领域取得了广泛的应用， 但是多数X.509证书“尺寸”较大， 对于物联网设备来说， 处理X.509证书需要消耗更多的内存资源和传输资源。 就目前的实际情况而言， X.509证书可能不适用于物联网应用。

总结

数字证书的作用包括以下几个方面：

• 认证身份：数字证书可以证明通信中参与者的身份，防止身份伪造和冒充。
  加- 密通信：使用数字证书中的公钥进行加密通信，保护通信内容不被窃听或篡改。

• 数据完整性保护：使用数字证书中的数字签名保证通信内容的完整性，防止数据被篡改。

• 可信性：数字证书由认证机构颁发，证明通信参与者的身份和信用，增强通信的可信度。

  总之，数字证书是数字安全通信的重要工具，它可以有效地保护通信的机密性、完整性和可信性，保证通信的安全性。