维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 湖北教育学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ａｕｇ．２００７ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．８ 第２４卷第８期 ＰＫＩ蛆 四 张 慧 （湖北第二师范学院计算机科学与工程系，武汉４３０２０５） 摘要：ＰＫＩ技术为安全通信提供了保密性、认证、数字签名以及完整性等安全服务。本文对公钥基础设施ＰＫＩ技术的 概念、基本组成及系统框架等进行了简要的介绍，并探讨了可用于建立ＰＫＩ应用程序的服务及协议。最后对ＰＫＩ目前 的应用存在的采些缺陷和风险性作了简要的分析。 关键词：ＰＫＩ；公钥技术；Ｘ．５０９ 中图分类号：ＴＰ３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—１６８７（２００７）０８—００４２—０３ １引言 和身份。 随着网络应用的普及，电子商务时代的到来，因特网的安 全问题成为世界各国研究的焦点。网络安全专家根据因特网 注册中心ＲＡ（Ｒｅｇｉｓｔｅｒａｔｉｏｎ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）。是数字证书的申 请注册、证书签发和管理机构。他是用户和ＣＡ的接口，他所 获得的用户标识的准确性是ＣＡ颁发证书的基础。ＲＡ是ＣＡ 的体系结构提出了各种网络安全方案，比如，ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉ— ｒａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ），ＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｏｃｋｅｔ Ｌａｙｅｒ），ＳＥＴ（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｅｌｅｅ— 的证书发放、管理的延伸。他负责证书申请者的信息录入、审 批以及证书发放等工作（安全审计）。同时，对发放的证书完 成相应的管理功能（安全管理）。ＲＡ系统是整个ＣＡ中心得 以正常运营不可缺少的一部分。 ｔｒｉｃｉｔｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）等等，ＰＫＩ（Ｐｕｂｉｃ Ｋｅｙ Ｉｎｆｒａｓｔｍｃｔｕｒｅ，公钥基础 设施）作为这样一些安全应用的基础也越来越引起人们的关 注。 但是我们必须客观地看到，ＰＫＩ同其他技术一样，是在应 用中不断发展与完善。ＰＫＩ作为一种网络安全措施，也不可能 数字证书库。用于存储已签发的数字证书及公钥，用户 可由此获得所需的其他用户的证书及公钥。 操作事务。包含在操作协议文档中的消息交换，提供证 解决所有安全问题，它同时也存在着一些缺陷。 ２ ＰＫＩ的基本概念 ＰＫＩ产生于２０世纪８０年代，发展壮大于２０世纪９０年 代，是一种基于公钥原理和安全技术的综合管理平台。 ＰＫＩ技术采用证书管理公钥，通过第三方的可信任机构 ——书、ＣＲＬ和其他管理与状态信息的优先传输。 管理事务。管理协议文档中描述的消息交换，提供通知 服务，支持ＰＫＩ内的管理事务或操作。公布用于向公开库分 发证书和ＣＲＬ。 认证中心ＣＡ（Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ），把用户的公钥和其 上述的几个部分的逻辑关系，如图ｌ所示： 他标识信息捆绑在一起，在Ｉｎｔｅｍｅｔ网上验证用户身份。 利用ＰＫＩ可以方便地建立和维护一个可信的网络计算环 境，从而使得人们在这个无法直接面对的环境里，能够确 认彼此的身份和所交换的信息，能够安全地从事商务活 动。ＰＫＩ的数字证书对传输的数字信息进行加密和签名， ： ’ ●—一一…一……～兰竺蔓……… ／ ｉ’ 一 一～… ， ……÷＋ ｔ 蔷 ． ～＿～ｒ一，／ ｒ一～一一 一一一 ｃ ’ ｉ脚 …一，一矗赤 、、、 一－ ；Ｌ…一 一 赢 、 ＣＲ： ． 保证信息传输的机密性、真实性、完整性和不可否认性，从 而实现信息的安全传输。ＰＫＩ，正如其名，是一种基础设 一库－ …… 一，……………二一：．： 二 迁书，ｒＲＬ发靠 一 ｊ管理事务 ， 、施，就像“电力”一样，通过一个接人点，在任何地方都可以 、— 藉、、 旦一一 ．． ．使用，而不必关心它是如何产生的。 ３ ＰＫＩ的体系结构 图ｌ ＰＫＩ的组成 完整的ＰＫ１包括认证策略的制定（包括遵循的技术标准、 各ＣＡ之间的上下级或同级关系、安全策略、安全程度、服务对 ＰＫＩ的体系结构的主要组件至少应包括以下部分： 终端实体。终端实体是ＰＫＩ用户系统，终端实体可以是 软件系统，也可以是硬件系统，或是软硬件系统的结合，终端 实体是ＰＫＩ证书的用户，因此其主要的功能是申请证书、下载 证书、申请作废证书、查询证书的状态及ＣＲＬ等。 认证中心ＣＡ（Ｃｅｒｔｉｉｆｃａｔｅ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）。即数字证书的签发 机关，Ｃ Ａ必须具备权威性的特征。它通过对一个包含身份 象、管理原则和框架等）；认证规则、运作制度的制定；所涉及 的各方法律关系内容以及技术的实现。 收稿日期：２ｏｏ７一Ｏ２一ｌ５ 作者简介：张慧（１９７１一），女，湖北武汉人，讲师，硕士，研 究方向为网络安全与应用。 信息和相应公钥的数据结构进行数字签名来捆绑用户的公钥 ．４２． 维普资讯 http://www.cqvip.com ４ ＰＫＩ的应用 ＳＳＬ是一个分层协议，可分为两层，如图２所示 ＳＳＬ握手协议 ｓｓＬ修改密文 规约协议 ＳＳＬ告警 协议 Ｈ ｒＩ＇Ｐ ＰＫＩ作为基础设施，可以用许多方式与应用程序集成， 以便为我们提供安全的网络通讯、邮件传递以及商务数据 交换。下面我们将研究可以用于建立ＰＫＩ应用程序的服务 和协议。 ４．１基于ＰＫＩ应用程序的服务。基于ＰＫ１的服务就是提供常 用ＰＫＩ功能的可复用函数，这里涉及到的服务包括数字签名、 身份认证、安全时间戳、安全公证服务和不可否认服务。 ＳＳＬ记录协议 １℃Ｐ ＩＰ 图２ ＳＳＬ协议栈 数字签名。是指用户用自己的私钥对原始数据的哈希摘 要进行加密所得的数据。哈希摘要提供了一种检测数据是否 被改动过的方法，而数字签名则防止哈希摘要本身被人为篡 改。信息接收者使用信息发送者的公钥对附在原始信息后的 数字签名进行解密后获得哈希摘要，并通过与自己用收到的 原始数据产生的哈希摘要对照，便可确信原始信息是否被篡 改。这样就保证了数据传输的不可否认性。由于采用私钥创 建了签名，所以在被签名数据与私钥对应的实体之间可以建 立一种联系。这种联系通过使用实体公钥验证签名来实现。 如果签名验证正确，就可以用数字签名来证明被签名数据确 实来自证书中标识的实体。 身份认证。ＰＫＩ认证服务使用数字签名来确认身份。ＰＫＩ 通过证书进行认证，认证时对方知道你就是你，但却无法知道 你为什么是你。在这里，证书是一个可信的第三方证明，通过 它，通信双方可以安全地进行互相认证，而不用担心对方是假 冒的。 安全时间戳。是证明电子文档在某一特定时间创建或签 署的一系列技术。时间戳主要应用于以下两个方面：建立文 档的存在时间，例如签署的合同或是实验笔记，与专利权相 关；延长数字签名的生命期，保证不可否认性。 完整性与不可否认服务。完整性与不可否认是ＰＫＩ提供 的最基本的服务。一般来说，完整性也可以通过双方协商一 个秘密来解决，但一方有意抵赖时，这种完整性就无法接受第 三方的仲裁。而ＰＫＩ提供的完整性是可以通过第三方仲裁 的，并且这种可以由第三方进行仲裁的完整性是通信双方都 不可否认的。 ４．２基于ＰＫＩ的协议。基于ＰＫＩ的协议有许多，如最早的 Ｄｉｉｆｅ—Ｈｅｌｌｍａｎ协议，最著名和最广泛使用的ＳＳＬ协议，最近 的ＩＰＳｅｃ协议和Ｓ／ＭＩＭＥ协议等等。 Ｄｉｔ￣ｅ—Ｈｅｌｌｍａｎ密钥交换。Ｄｉｌｆｑｅ—Ｈｅｌｌｍｍｌ是第一个公 钥算法，由Ｗｈｉｔｉｉｅｌｄ Ｄｉｉｆｅ和Ｍａｒｔｉｎ Ｈｅｌｌｍａｎ于１９７６年首次发 表。其算法的理论依据是计算一个素数的指数相对容易，但 计算离散对数很困难。对于大的素数，后一种计算被认为是 不可能的。Ｄｉｍｅ—Ｈｅｌｌｍａｎ算法可以使通信双方计算出一个 共享密钥。算法的特点是不需加密、实现开销很低，所以使用 广泛。 安全套接字层。安全套接字层（Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｏｃｋｅｔ Ｌａｙｅｒ， ＳＳＬ）在通信双方之间建立了一个传输层安全通道。ＳＳＬ使用 对称加密来保证通信保密性，使用消息认证码（ＭＡＣ）来保证 数据完整性。ＳＳＬ主要使用ＰＫＩ在建立连接时对通信双方进 行身份认证。 ＳＳＬ在传输层提供安全性，它位于应用层之下。ＳＳＬ提供 的安全性可以看作是客户端和服务器之间的一个安全管道。 当数据在管道中时是认证和保密的。然而，一旦任何一个系 统（客户端或者服务器）接收到数据，数据都会返回到其不受 保护的明文状态。 目前，ＳＳＬ协议已成为Ｉｎｔｅｍｅｔ上保密通信的工业标准，被 广泛地用于Ｗｅｂ浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据 传输。 ＩＰＳｅｃ。ＩＰＳｅｃ协议为网络层（ＩＰ）通信定义了一个安全框 架和一组安全服务，协议的一些部分用到了ＰＫＩ。ＩＰＳｅｃ可用 于ＩＰｖ４和ＩＰｖ６环境。 ｒ… 誊 …１ 图３ ＩＰＳｅｃ文档 图３描述了ＩＰＳｅｃ的文档结构： 体系结构。覆盖了定义ＩＰＳｅｃ技术的一般性概念、安全需 求、定义和机制；ＥＳＰ协议。覆盖了使用ＥＳＰ进行分组加密 （可选的认证）有关分组的格式和一般问题；ＡＨ协议。覆盖了 使用ＡＨ进行分组认证的分组的格式和一般问题；加密算法。 描述了怎样将不同的加密算法用于ＥＳＰ中；认证算法。描述 了怎样将不同的认证算法用于ＡＨ和ＥＳＰ可选的认证选项； 解释域（ＤＯＩ）。包含了其他文档需要的为了彼此问相互联系 的一些值。这些值包括经过检验的加密和认证算法的标识以 及操作参数：密钥管理。描述密钥管理机制的文档，其中ＩＫＥ （Ｉｎｔｅｍｅｔ密钥交换协议）是默认的密钥自动交换协议。 ＩＰＳｅｃ提供了在局域网、专用和公用的广域网（ＷＡＮ）和 Ｉｎｔｅｍｅｔ上安全通信的能力，如通过Ｉｎｔｅｍｅｔ实现安全远程用户 访问，通过Ｉｎｔｅｍｅｔ实现网络互连，连接企业内部网络计算机。 Ｓ／ＭＩＭＥ。安全／多用途因特网邮件扩展（Ｓ／ＭＩＭＥ）协议 为电子信息应用提供了消息真实性、完整性和保密性服务。 Ｓ／ＭＩＭＥ不局限于电子邮件，也可以被其他支持ＭＩＭＥ的传输 机制使用，如ＨＴｒＰ。Ｓ／ＭＩＭＥ将ＳＨＡ一１和ＲＳＡ分别作为首 选的摘要算法和签名算法。邮件用户代理可以自动在待发邮 件中增加密码安全服务，而对接收到的邮件进行解密服务。 ・４３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com
５ ＰＫＩ的风险性分析 到计算机计算能力的持续提高和数学的快速发展等因素的挑 战。２００４年８月１７日，在美国加州召开的国际密码学会议 （Ｃ ｒ Ｙ Ｐ ｔ ｏ’２００４）上，山东大学的王小云教授做了破译ＭＤ５、 目前，ＰＫＩ作为安全数据交换的基础设施，已逐渐覆盖了 从安全电子邮件、虚拟专用网络（Ｖ Ｐ Ｎ）、Ｗｅ ｂ交互安全到电 子商务、电子政务等众多领域。针对ＰＫＩ应用的这一发展趋 势，本文对其风险性进行了分析。 ５．１。Ｘ．Ｈ ＡＶＡＬ一１２８、ＭＩＭ和ＲＩＰＥＭＤ算法的报告，这一发现使目前 电子签名的法律效力和技术体系受到挑战。这意味着世界通 行密码标准Ｍ Ｄ ５在Ｐ Ｋ Ｉ领域中的数字签名的应用技术已 不再具有惟一性、合法性和安全性。而我们目前还在使用 ＳＨＡ一１、ＳＨＡ一２２４、ＳＨＡ一２５６、ＳＨＡ一３８４、ＳＨＡ一５１２等算法 ５０９存在的问题。Ｘ．５０９是ＰＫＩ中采用的证书格式标 准。ｘ．５０９定义了公钥证书结构的基本标准。１９８８年首次 发布ｖ１版，１９９３年、１９９７年和２０００年多次修订。当前版本是 Ｘ．５０９ｖ３，它加入了扩展字段支持，极大地增进了证书的灵活 来维系公钥体制，这显然是让人担忧的。 性。但Ｘ．５０９仍然存在一些问题，如：仅仅依据Ｘ．５０９证书 随着因特网应用的不断普及和深入，从政府部门到商业 本身的内容，不能证明证书自身的真实性，Ｘ．５０９证书是由版 企业内部、企业与企业之间、电子商务网站等都离不开ＰＫＩ的 本号、用户名称、发放者名称、用户公钥、Ｃ Ａ签名、扩充域字 技术支持，ＰＫＩ已成为电子商务应用系统、电子政务系统等网 段等信息构成。建立公钥证书的目的就是把最终用户与一个 络应用的安全基础和根本保障。所以我们更应客观地分析 公钥绑定在一起来证明这个公钥就是属于这个用户。但由于 ＰＫＩ技术，并不断促进其发展和完善，使ＰＫＩ作为一种基础设 证书中用户公钥信息是一组数字代码，其本身并不具有象日 施为我们的网络安全保驾护航。 常生活中身份证照片那样的清晰性、可判定性、可信任性、公 参考文献： 证性和权威性，即仅仅依据这组代码，并不能证明用户实体与 ［１］（美）Ａｎｄｒｅｗ Ｎａｓｈ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｄｕａｎｅ，Ｃｅｌｉａ Ｊｏｓｅｐｈ，Ｄｅｒｅｋ ＲｉＩｌｌ【 用户公钥之间的匹配关系。为了验证它的正确性，就必须进 著．张玉清，陈建奇，杨波，薛伟等译．公钥基础设施（Ｐ Ｋ Ｉ 一步验证Ｃ Ａ签名。然而，验证Ｃ Ａ签名所需要的上一级Ｃ ）．北京：清华大学出版社，２００２． Ａ证书中的Ｃ Ａ公钥信息，仍然还是一组代码，仍然不能证明 ［２］Ｃａｒｌｉｓｌｅ Ａｄａｍｓ Ｓｔｅｖｅ Ｌｌｏｙｄ．冯登国译．公开密钥基础设施 上一级Ｃ Ａ实体与上一级Ｃ Ａ公钥之间的匹配关系，如此类 概念、标准和实施．北京：人民邮电出版社，２００１． 推，必须一直追溯到根Ｃ Ａ的公钥信息。因此，在这种证书验 ［３］Ｍｅｓｓａｏｕｄ Ｂｅｎａｎｔａｒ．张千里译．互联网公钥基础设施概论． 证过程中，Ｘ．５０９证书的真实性和可信度在逻辑上难以判定。 北京：人民邮电出版社，２００３． ５．２公钥技术的安全问题。ＰＫＩ的公钥技术所涉及的数字签 ［４］管海明，任朝荣．Ｐ Ｋ Ｉ缺陷分析及新一代Ｐ Ｋ Ｉ的要求． 名、密钥交换、认证机制等都是建立在一些难解的数学问题之 计算机安全，２００４，（１）． 上的，如大数分解、离散对数、椭圆曲线等问题，其安全性将受 Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ＰＫＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３０２０５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＫＩ（Ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌｉｔｙ，ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，ｄｉｇ— ｉｔａｌ ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｂｒｉｅｆ ｏｕｔｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐａｌｓ，ａｎａｌｙＳｅＳ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｂａｓｅ ｉｎ ｉｔ．Ａｔ ｌａｓｔ，ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｒｉｓｋｓ ｉｎ ｉｔｓ ＵＳｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＫＩ；ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｘ．５０９ （上接第３３页） Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｊ２ ＭＥ’Ｓ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＳＵＮ Ｙａｎ—ｗｅｉ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３０２０５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓ￣ａｃｔ：Ｍｏｂｉｌｅ ｇａｍｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ａ ｂｏｏｍｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｂｕｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ— ｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｂｏｔｈｅｒｅｄ ｂｙ ｍｏｂｉｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｌｉｍｉｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｇｒａｐｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｋｅｙ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｇａｍｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｃｏｌｏｒ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ａｒｒａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｓｕｐｐｌｉｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｊ２ ＭＥ’Ｓ ｃａｒｔｏｎ ａｎｄ ｇａｍｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｊ２ＭＥ；ｇａｍｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ａｐｐｌｉｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ －４４．