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PKI - 04 证书授权颁发机构（CA） & 数字证书

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 2024-03-21  阅读(0)
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原文作者：小小工匠 原文地址： https://artisan.blog.csdn.net/article/details/136070738

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PKI - 02 对称与非对称密钥算法

PKI - 03 密钥管理（如何进行安全的公钥交换）

PKI 、 CA 和 证书

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用通俗易懂的语言来解释一下PKI（公钥基础设施）、CA（证书颁发机构）和证书之间的关系：

想象一下，你有一把特殊的锁，只有你能用你的特殊钥匙打开。现在，你想要把这把锁借给你的朋友，但是你不能亲自到场给他，你需要一张信封来让你的朋友确认这把锁确实是你的。

在这个场景中，你就是公钥基础设施（PKI）的一部分。PKI就像是一个信任网络，它确保了数字世界中的安全通信。CA是PKI中的一个关键角色，它就像是一个公证处或者证书颁发机构，负责颁发和管理数字证书。

  • PKI（公钥基础设施） ：PKI就像是一个信任网络，它包括了一系列的组件和协议，用于管理和保护公钥和数字证书的安全性。PKI确保了数字世界中的安全通信，包括了身份验证、数据加密和数字签名等功能。
  • CA（证书颁发机构） ：CA就像是公证处或者证书颁发机构，负责颁发和管理数字证书。数字证书就像是一张身份证，它包含了一个实体的公钥和一些其他信息，并由CA进行签名以确保其真实性和完整性。CA是PKI中的一个关键角色，它确保了数字证书的安全和可靠性。
  • 证书 ：证书就像是一张身份证，它包含了一个实体的公钥和一些其他信息，并由CA进行签名以确保其真实性和完整性。证书被用于进行安全通信和身份验证，确保通信的安全性和可信度。

所以，PKI是一个信任网络，而CA是PKI中的一个关键角色，负责颁发和管理数字证书。数字证书则用于进行安全通信和身份验证，确保数字世界中的安全通信。

PKI

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PKI（公钥基础设施）继承了这个概念并使其具有可扩展性 ：

  1. 一个受信任的介绍者 ：在PKI中，通常只有一个或少数几个受信任的证书颁发机构（CA），类似于一个受信任的介绍者。这些CA是负责颁发和管理数字证书的权威机构，它们被广泛信任，并负责确保数字证书的安全和可靠性。
  2. CA签署每一个人的公钥 ：每个人都需要向CA提交自己的公钥，并请求CA签发相应的数字证书。CA会对申请人的身份进行验证，并在验证通过后签署并颁发相应的数字证书。这样，每个人都拥有由CA签署的数字证书，证明了其身份和公钥的真实性。
  3. 每个人都拥有CA的公钥 ：在PKI中，每个人都会获取到CA的公钥，以确保能够验证由CA签发的数字证书的真实性。这使得任何人都可以验证其他人的数字证书，从而建立了信任和安全的通信环境。

总的来说，PKI通过引入一个受信任的介绍者（证书颁发机构），并使每个人都能够获取和验证CA的公钥以及获得由CA签发的数字证书，从而实现了可扩展的身份验证和安全通信机制。这种结构简化了信任关系，并确保了数字证书的安全性和可靠性，使得PKI能够应对不断增长和变化的数字环境的挑战。

CA

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    1. 每个实体都要获取CA的公钥 (认证CA的过程)
    1. 每个实体都要提交自己的公钥给CA(注册到PKI)
    1. 这个初始步骤，必须手动认证或通过一个可信赖的传输网络来执行

更详细地解释一下这个过程：

  1. 获取CA的公钥（认证CA的过程） ：在建立PKI时，每个实体都需要获取到证书颁发机构（CA）的公钥，以确保它们能够验证由CA签发的证书的真实性。这个过程通常是手动的，实体可以通过信任的渠道或者可信赖的传输网络来获取CA的公钥。例如，实体可以直接联系CA并请求其公钥，或者从可信赖的网站或者证书存储中获取。
  2. 提交自己的公钥给CA（注册到PKI） ：每个实体都需要将自己的公钥提交给CA，以便CA可以生成并签发相应的数字证书。实体可以通过安全的通信渠道将其公钥发送给CA，以确保公钥在传输过程中不被篡改或者窃取。通常情况下，实体需要提供一些身份验证信息，以确保CA能够确认其身份并生成相应的证书。
  3. 手动认证或通过可信赖的传输网络来执行 ：在整个初始步骤中，安全性是非常重要的。因此，实体在获取CA的公钥和提交自己的公钥给CA时，必须确保采取安全可靠的方式。这可能涉及到手动验证CA的真实性，例如通过联系CA的官方机构或者通过信任的第三方确认CA的合法性。此外，实体还需要确保通过可信赖的传输网络来执行这些步骤，以防止公钥和其他信息被恶意篡改或者窃取。

总的来说，PKI的初始步骤涉及到获取CA的公钥和提交自己的公钥给CA两个关键步骤。在执行这些步骤时，实体必须确保采取安全可靠的方式，并通过手动认证或者通过可信赖的传输网络来确保安全性。

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在PKI中，证书颁发机构（CA）使用自己的私钥为提交的公钥做数字签名，从而生成数字证书。

解释一下这个过程：

  1. 提交公钥 ：当一个实体（例如用户、服务器等）向CA请求数字证书时，它会提交自己的公钥给CA。
  2. 数字签名 ：CA收到实体提交的公钥后，会使用自己的私钥对该公钥进行数字签名。这个数字签名包含了公钥以及一些其他的信息，用于确保公钥的真实性和完整性。
  3. 生成数字证书 ：CA将数字签名与实体的公钥一起组合成一个数字证书，并将其签发给实体。这个数字证书包含了实体的公钥以及CA的数字签名，证明了公钥的来源和真实性。
  4. 验证证书 ：其他实体在与该实体进行通信时，可以获取到该实体的数字证书。然后，它们可以使用CA的公钥来验证数字证书的签名，从而确认公钥的真实性和完整性。

通过这个过程，CA使用自己的私钥为提交的公钥做数字签名，生成数字证书，从而确保了公钥的真实性和完整性。这样，其他实体可以信任并使用这个数字证书来进行安全通信和身份验证。

数字证书

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签发数字证书

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数字证书主要解决了公钥的真实性和所有者身份的问题。具体来说，数字证书确保了以下几点：

  1. 公钥的真实性 ：数字证书通过证书颁发机构（CA）的数字签名来验证公钥的真实性。实体可以使用CA的公钥来验证数字证书的签名，从而确认公钥的来源和真实性。
  2. 公钥持有者的身份 ：数字证书中包含了持有者的身份信息，通常包括名称、电子邮件地址等。这些信息可以帮助其他实体确认公钥持有者的身份。
  3. 有效期限 ：数字证书中还包含了证书的有效期限，确保了公钥的使用在一定时间内是安全的。过期的证书将不再被认为是有效的，需要及时更新或者重新颁发。

总的来说，数字证书确保了公钥的真实性和持有者的身份，帮助实体建立信任和安全的通信环境。虽然数字证书并不能解决所有安全问题，但它是构建公钥基础设施（PKI）的重要组成部分，为数字世界中的安全通信提供了可靠的基础。

返回给实体

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当证书颁发机构（CA）使用自己的私钥对实体的公钥进行数字签名后，生成的数字证书可以返回给实体。实体收到数字证书后，可以将其用于进行安全通信和身份验证。

具体流程如下：

  1. 签发数字证书 ：证书颁发机构收到实体提交的公钥后，使用自己的私钥对该公钥进行数字签名，生成数字证书。
  2. 返回给实体 ：生成的数字证书被返回给实体。这可以通过安全的通信渠道进行，以确保证书在传输过程中不被篡改或者窃取。例如，证书可以通过加密的方式发送给实体，以确保其安全性。
  3. 使用数字证书 ：实体收到数字证书后，可以将其用于进行安全通信和身份验证。例如，在与其他实体进行通信时，实体可以将自己的数字证书发送给对方，以证明自己的身份和公钥的真实性。

通过这个过程，实体可以获得由证书颁发机构签名的数字证书，从而确保了公钥的真实性和持有者的身份，并可以用于建立安全的通信环境。

安全的交换公钥

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  1. 通过非信任的网络交换签名的公钥 ：一旦实体收到被证书颁发机构（CA）签名的公钥（即数字证书），它们可以通过任何网络进行交换，即使是非信任的网络。因为数字证书是由可信的CA签名的，所以即使在非信任的网络上传输，也不会影响证书的真实性和完整性。
  2. 验证CA的公钥的有效性 ：为了确保对收到的数字证书的信任，每个实体本地都必须具有CA的公钥，并且该公钥必须是有效的。实体可以使用CA的公钥来验证收到的数字证书的签名，从而确认证书的真实性和完整性。因此，确保本地存储的CA公钥有效是非常重要的，这通常是通过定期更新CA证书或者从可信的渠道获取CA公钥来实现的。

总之，通过使用CA签名的公钥（数字证书），实体可以在任何网络上安全地进行交换，而且每个实体都必须确保本地存储的CA公钥有效，以保证对收到的数字证书的信任。

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我们说一下这个地方：

  1. 这个证书 有 sig 签名， 签名是由 CA 的私钥来做的
  2. 同时User C 有 CA的公钥， 那么User C 就可以用CA的公钥来解密这个签名，得到一个Hash值1
  3. 同时证书还有 Pub 公钥，明文的，同样的也可以计算得到一个Hash值2
  4. 如果这两个Hash值相同，那么说明这个证书就是有效的。
  5. 那么我就知道，我收到了 ID 是谁 的公钥。
  6. 通过证书的交换，实现了安全的证书的交换。

具体来说：

  1. 证书包含了由证书颁发机构（CA）的私钥签名的签名（Sig）。这个签名用于确保证书的真实性和完整性，防止证书在传输过程中被篡改或伪造。
  2. 用户C拥有CA的公钥，因此可以使用CA的公钥来验证证书的签名。通过验证签名，用户C可以确认证书确实是由CA签发的，从而确保了证书的可信度。
  3. 证书还包含了公钥（Pub），这是一个明文的公钥，用于加密和解密数据。用户C可以使用证书中的公钥来计算出一个哈希值。
  4. 同时，用户C也可以使用CA的公钥来计算出另一个哈希值。如果这两个哈希值相同，就说明证书没有被篡改，是有效的。
  5. 通过验证证书的签名和比较哈希值，用户C可以确认收到的公钥确实是由特定的实体持有的，从而确定了该实体的身份。
  6. 通过证书的交换，用户可以安全地获取到其他实体的公钥，并确保公钥的真实性和完整性，实现了安全的证书交换和身份验证。

总的来说，数字证书通过CA的签名和公钥，以及证书中包含的公钥，确保了证书的真实性和持有者的身份，从而实现了安全的证书交换和身份验证。

IKE数字签名认证

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IKE（Internet Key Exchange）数字签名认证是一种用于IPsec（Internet Protocol Security）VPN（Virtual Private Network）中进行身份验证和密钥协商的机制。

它的工作原理如下：

  1. 身份验证阶段（Phase 1） ：

    • 初始化 ：两个IPsec设备（例如VPN网关）需要建立安全通信连接。它们首先进行IKE协商，以确定用于保护通信的安全参数。
    • 协商加密和完整性算法 ：在这个阶段，设备协商用于加密和验证通信数据完整性的算法。它们还交换自己的身份证书或预共享密钥，用于后续的认证。
    • 数字签名认证 ：设备使用对方提供的证书验证对方的身份，并确保其真实性和完整性。这涉及到使用CA签发的证书进行数字签名认证，以确认对方的身份。
    • 协商共享密钥 ：一旦身份验证成功，设备使用协商的密钥来加密进一步的IKE通信。

  2. 密钥协商阶段（Phase 2） ：

    • 协商IPsec SA ：在身份验证阶段成功完成后，设备开始协商用于IPsec安全关联（SA）的密钥。这些密钥用于加密和验证IPsec通信中的数据包。

    • 生成密钥材料 ：设备使用Diffie-Hellman密钥交换协议（DH）来生成共享密钥材料。

    • 建立IPsec SA ：设备使用协商的密钥材料来建立IPsec SA，确保后续的通信数据的保密性和完整性。

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总的来说，IKE数字签名认证是通过使用数字证书进行身份验证，并协商用于保护通信的安全参数和密钥，确保IPsec VPN中的安全通信。这种机制使得设备能够安全地建立和维护VPN连接，保护数据的机密性和完整性。

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