公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）國家標準解析

謝宗曉 甄杰

1 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）的定義與范圍

對消息進行加密傳輸是目前安全傳遞消息的可行途徑之一。發(fā)送者將消息加密后傳輸，就不用擔心被竊聽了。因為竊聽者即使獲取了的也是密文，沒有解密密鑰毫無意義。這就是對稱密碼算法的基本邏輯，但是，在實踐中這存在一個很大的缺陷，密鑰如何安全地傳輸給對方？如果將密鑰用明文傳輸，可能會被竊聽，如果用密文傳輸，那么接收者還是無法解讀。實際情況是，為了解決對稱密碼算法中的密鑰傳輸問題，需要一系列復(fù)雜的步驟，包括建立密鑰分發(fā)中心等。

Whitfield Diffie和Martin Hellman在1976年提出了公鑰密碼算法的設(shè)計思想，發(fā)送者用公鑰加密，接收者用私鑰解密。公鑰一般是公開的，不必擔心竊聽，私鑰又不存在傳輸?shù)膯栴}。這解決了對稱密碼中難以解決的密鑰配送問題。但是，開始并沒有找到合適的算法。1978年，Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman發(fā)明了RSA算法，這使得公鑰密碼算法變得現(xiàn)實可用。當然，在后續(xù)的研究中又發(fā)明了一系列的算法，例如，橢圓加密算法（ECC）和ElGamal等。

但是，在非對稱密碼算法中，接收者依然無法判斷收到的公鑰是否是合法的，因為有可能是中間人假冒的。事實上，僅靠公鑰密碼本身，無法防御中間人攻擊。于是，需要（認證機構(gòu)）對公鑰進行簽名，從而確認公鑰沒有被篡改。加了數(shù)字簽名的公鑰稱為證書（公鑰證書，一般簡稱為證書）。有了證書來認證，可以有效地防御中間人攻擊，隨之帶來了一系列非技術(shù)性工作，例如，誰來發(fā)證書？如何發(fā)證書？不同機構(gòu)的證書怎么互認？紙質(zhì)證書作廢容易，數(shù)字證書如何作廢？解決這些問題，需要制定統(tǒng)一的規(guī)則，即公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Public Key Infrastructure，PKI）體系。

PKI是指支持公鑰管理體制的基礎(chǔ)設(shè)施，提供鑒別、加密、完整性和不可否認性服務(wù)1）。通俗地講，PKI是集機構(gòu)、系統(tǒng)（硬件和軟件）、人員、程序、策略和協(xié)議為一體，利用公鑰概念和技術(shù)來實現(xiàn)和提供安全服務(wù)的、具有普適性的安全基礎(chǔ)設(shè)施2）。PKI體系是通過頒發(fā)與管理公鑰證書的方式為終端用戶提供服務(wù)的系統(tǒng)，最核心的元素無疑是證書，圍繞證書構(gòu)成了該體系的要素：使用PKI的用戶，頒發(fā)證書的機構(gòu)（Certificate Authority，CA）和保存證書的倉庫。

2 作為基礎(chǔ)的ISO/IEC 9594-8

在整個PKI體系中，ISO/IEC 9594-8為其中的基礎(chǔ)標準，該標準最新版本為ISO/IEC 9594-8： 2017，發(fā)布于2017年5月，該標準與國際電信聯(lián)盟電信標準分局（ITU-T）共同開發(fā)，被同步發(fā)布為ITU-T X.509（10/2016）。在業(yè)界，一般沿用ITU-T X.509，而很少用ISO/IEC 9594-8。

ITU-T X.509最早發(fā)布于1988年，從一開始就與ISO 9594-8保持了合作同步開發(fā)。X.509的版本變遷非常復(fù)雜，目前最新版本為V8。ITU-T X.509（10/2016）最重要的貢獻是定義了公鑰證書的數(shù)據(jù)格式，在此基礎(chǔ)上，定義了公鑰證書框架和屬性證書（attribute certificates）框架。其中包括證書撤銷列表（Certificate Revocation Lists，CRLs）和特定權(quán)限管理基礎(chǔ)設(shè)施（Privilege Management Infrastructure，PMI）等PKI要素。

值得指出的是，ISO/IEC 9594為開放系統(tǒng)互連（Open Systems Interconnection，OSI）的系列標準之一，這意味著ISO/IEC 9594-8在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有著重要的意義。事實情況的確如此，為了在Internet應(yīng)用基于X.509的PKI，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）在1995年成立了PKIX工作組。

3 PKI相關(guān)的國家標準

ITU-T X.509并沒有特定某個國家標準與之對應(yīng)，但是主要內(nèi)容都被分拆至不同的標準中。例如，GB/T 20518—2006專門定義了數(shù)字證書格式，作為配套標準的GB/T 20519—2006《信息安全技術(shù) 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施 特定權(quán)限管理中心技術(shù)規(guī)范》（已廢止）和GB/T 16264.8—2005《信息技術(shù) 開放系統(tǒng)互連 目錄 第8部分：公鑰和屬性證書框架》則配合構(gòu)成完整的權(quán)限管理系統(tǒng)標準。整體而言，全國信息安全標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 260）發(fā)布的國家標準與上述國際標準基本保持了一致，只是成文的組織形式略有區(qū)別。

數(shù)字證書格式在不同的領(lǐng)域或者不同的國家，應(yīng)用時是否需要與ITU-T X.509保持一致，只是習(xí)慣問題，或者是否看重國際互認。但是，作為PKI體系在各個國家應(yīng)用，一般會重新進行規(guī)范，而且類似CA機構(gòu)建立等問題，本身就是行政管理的范疇。

表1～5根據(jù)SAC/TC 260的標準分類，給出了PKI相關(guān)國家標準的目錄，并進行了簡要的介紹。表1中為即將實施的2個標準，都比較基礎(chǔ)，尤其是GB/T 20518—2018，是PKI中最重要的國家標準。

GB/T 25056—2018將代替GB/T 25056—2010。兩個版本的最大變化是對算法要求，以及修改了相關(guān)的密碼協(xié)議。新版本引用了兩個重要的標準，GM/T 0014—2012《數(shù)字證書認證系統(tǒng)密碼協(xié)議規(guī)范》和GM/T 0019—2012《通用密碼服務(wù)接口規(guī)范》。

GB/T 20518—2006主要參考RFC 2459，后來更新為RFC 3280，目前最新的版本為RFC 5280，就時效性而言，也需要更新。GB/T 20518—2018標識的規(guī)范性引用文件為GB/T 16264.8—2005，而該標準等同采用的ISO/IEC 9594-8：2001，也就是說對應(yīng)的是X.509 V4，而RFC 2459對應(yīng)的則是X.509 V3。GB/T 20518的改版主要也是因為對國產(chǎn)算法的支持，例如，在附錄E中增加了對SM2和SM3密碼算法的支持，刪除了MD5和SHA-1的介紹。

根據(jù)SAC/TC 260的分類，PKI相關(guān)標準主要在“驗證與證明”中，表2中給出了該類標準中PKI相關(guān)的國家標準。

GB/T 35285—2017主要解決從技術(shù)上實現(xiàn)可靠的電子簽名以及如何驗證電子簽名的可靠性問題。

GB/T 32213—2015基于非對稱密碼學(xué)，構(gòu)造了更安全的口令鑒別協(xié)議。由于口令便于記憶，不需要其他載體，而且基于口令的鑒別協(xié)議簡單高效，因此在相當長的一段時間內(nèi)，口令還是作為重要的鑒別技術(shù)存在。

GB/T 31508—2015主要討論了證書策略（Certificate Policy，CP），即數(shù)字證書可以應(yīng)用于什么場景，以及適用于什么樣的安全要求等。只有這樣，證書的依賴方才可以閱讀響應(yīng)的證書策略，從而正確地評估證書的安全程度，例如，某證書僅用于測試，或者僅用于訪問網(wǎng)絡(luò)，或者僅用于金融交易并且有10萬元擔保。

GB/T 29767—2013將橋CA證書策略劃分為4個應(yīng)用級和1個測試級，并參考RFC 3647對各個級別的證書策略做了明確說明。

GB/T 26855—2011也主要參考RFC 3647規(guī)定了證書策略和認證業(yè)務(wù)聲明（Certificate Practice Statement，CPS）應(yīng)該共同遵守的文檔標題框架。

GB/T 25061—2010主要參考RFC 3275，規(guī)定了創(chuàng)建和表示XML數(shù)字簽名的語法和處理規(guī)則。

GB/T 25064—2010定義了電子簽名與主要參與方，電子簽名的類型、驗證和仲裁要求，并且規(guī)范了電子簽名的數(shù)據(jù)格式，包括基本數(shù)據(jù)格式、驗證數(shù)據(jù)格式和簽名策略數(shù)據(jù)格式。

GB/T 25065—2010規(guī)定了產(chǎn)生可靠電子簽名的簽名生成應(yīng)用程序（Signature Creation Application，SCA）的要求。

GB/T 21054—2007按照GB 17859—1999《計算機信息系統(tǒng) 安全保護等級劃分準則》中5個安全等級的劃分，對PKI系統(tǒng)安全保護進行了等級劃分。

GB/T 21053—2007根據(jù)GB/T 21054—2007的等級劃分，規(guī)定了不同PKI等級的安全要求。

GB/T 20520—2006主要對時間戳協(xié)議的請求響應(yīng)消息格式作出了規(guī)定，并在此基礎(chǔ)上增加了對時間戳的產(chǎn)生和辦法方式、時間戳系統(tǒng)組成、時間戳管理、時間戳系統(tǒng)安全的要求。

GB/T 19713—2005主要參考RFC 2560，規(guī)定了一種無須請求證書撤銷列表（CRL）即可查詢數(shù)字證書狀態(tài)的機制（即在線證書狀態(tài)協(xié)議-OCSP）。

GB/T 19714—2005主要依據(jù)RFC 2510，描述了PKI中的證書管理協(xié)議，定義了與證書產(chǎn)生和管理相關(guān)的各方面所需要的協(xié)議消息，這些消息主要包括申請證書、撤銷證書、密鑰更新、密鑰恢復(fù)和交叉認證等。

表3中為現(xiàn)行的PKI國家標準中被分類至集成應(yīng)用與身份管理的集成應(yīng)用2項標準。

GB/T 29241—2012從PKI系統(tǒng)和PKI應(yīng)用的5個互操作能力等級，完成了分等級的PKI互操作性評估準則，為PKI系統(tǒng)和PKI應(yīng)用提供了互操作能力等級評估的依據(jù)。GB/T 19771—2005主要討論了公鑰證書的產(chǎn)生、更新和撤銷，簽名的產(chǎn)生和驗證，以及證書和證書認證路徑檢驗等內(nèi)容。

表4是現(xiàn)行國家標準中分類為集成應(yīng)用及身份管理的身份管理2項標準。

GB/T 35288-2017規(guī)定了電子認證服務(wù)機構(gòu)的崗位劃分及從業(yè)人員崗位技能要求。GB/T 35289-2017規(guī)定了電子認證服務(wù)機構(gòu)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求、保障服務(wù)質(zhì)量要求及服務(wù)質(zhì)量分級，明確了電子認證服務(wù)機構(gòu)服務(wù)質(zhì)量的具體指標要求。

表5是已經(jīng)廢止的標準，僅供參考，不再詳細介紹。

4 小結(jié)

綜上所述，PKI可以認為是一系列的規(guī)范和標準，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出的為了實現(xiàn)安全基礎(chǔ)服務(wù)目的的技術(shù)都可以稱為PKI。從這個角度講，需要強調(diào)兩點：第一，標準化是PKI的內(nèi)在要求，或者說，PKI本身就是一類標準的總稱；第二，PKI是廣義詞匯，原則上說，任何以公鑰密碼技術(shù)為基礎(chǔ)的安全基礎(chǔ)設(shè)施都是PKI?；诖耍疚氖紫冉榻B了PKI基礎(chǔ)標準X.509（ISO/IEC 9594-8），然后介紹了目前的PKI相關(guān)國家標準，其中包括現(xiàn)行標準19項，即將實施標準2項，已經(jīng)廢止的標準7項。