信息安全原理與應(yīng)用公開密鑰管理

信息安全原理與應(yīng)用公開密鑰管理第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日2討論議題公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）基于身份的密碼學(xué)（IBC）組合公鑰密碼（CPK）第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的概述數(shù)字證書CA的組成密鑰和證書的生命周期PKI信任模型PKI發(fā)展中的問題3第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日4PKI的定義PKI是一個(gè)用公鑰概念與技術(shù)來實(shí)施和提供安全服務(wù)的普適性基礎(chǔ)設(shè)施。PKIX的定義：是一組建立在公開密鑰算法基礎(chǔ)上的硬件、軟件、人員和應(yīng)用程序的集合，它應(yīng)具備產(chǎn)生、管理、存儲(chǔ)、分發(fā)和廢止證書的能力。第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI系統(tǒng)的組成

5第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI系統(tǒng)的組成注冊中心RA：分擔(dān)CA的功能，作為CA和最終用戶之間的接口，增強(qiáng)CA系統(tǒng)的安全性。CA是證書的簽發(fā)機(jī)構(gòu)，它是PKI的核心。證書庫是一種網(wǎng)上公共信息庫，用于存儲(chǔ)CA已簽發(fā)證書及公鑰、撤銷證書及公鑰，可供公眾進(jìn)行開放式查詢。密鑰和證書管理涉及密鑰備份與恢復(fù)、自動(dòng)密鑰更新和建立密鑰歷史檔案。一個(gè)完整的PKI還必須提供良好的應(yīng)用接口系統(tǒng)PKI策略的制定信任模型涉及不同PKI管理的用戶交叉認(rèn)證6第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的概述數(shù)字證書CA的組成密鑰和證書的生命周期PKI信任模型PKI發(fā)展中的問題7第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日8PKI中的證書證書(certificate)，有時(shí)候簡稱為certPKI適用于異構(gòu)環(huán)境中，所以證書的格式在所使用的范圍內(nèi)必須統(tǒng)一證書是一個(gè)機(jī)構(gòu)頒發(fā)給一個(gè)安全個(gè)體的證明，所以證書的權(quán)威性取決于該機(jī)構(gòu)的權(quán)威性一個(gè)證書中，最重要的信息是個(gè)體名字、個(gè)體的公鑰、機(jī)構(gòu)的簽名、算法和用途簽名證書和加密證書分開最常用的證書格式為X.509v3第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日9X.509證書格式第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日10X.509證書示意圖第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日數(shù)字證書的類型CA證書服務(wù)器證書個(gè)人證書企業(yè)證書安全電子郵件證書安全電子交易（SET）證書代碼簽名（ObjectSigning）證書WAP（WirelessApplicationCertificate）證書11第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的概述數(shù)字證書CA的組成密鑰和證書的生命周期PKI信任模型PKI發(fā)展中的問題12第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日CA的組成

13第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的概述數(shù)字證書CA的組成密鑰和證書的生命周期PKI信任模型PKI發(fā)展中的問題14第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日密鑰和證書的生命周期

15第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的概述數(shù)字證書CA的組成密鑰和證書的生命周期PKI信任模型PKI發(fā)展中的問題16第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI信任模型PKI信任模型相關(guān)概念PKI信任模型評價(jià)若干PKI信任模型17第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI信任模型相關(guān)概念一般說來，如果一個(gè)實(shí)體假定另一個(gè)實(shí)體會(huì)嚴(yán)格并準(zhǔn)確地按照它所期望的那樣行動(dòng)，那么它就信任該實(shí)體。信任域，簡單來說就是信任的范圍。信任錨就是PKI體系中的信任起點(diǎn)。在公鑰基礎(chǔ)設(shè)施中，當(dāng)兩個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)中的一方給對方的公開密鑰或雙方給互相的公開密鑰頒發(fā)證書時(shí)，兩者之間就建立了信任關(guān)系。在一個(gè)實(shí)體需要確認(rèn)另一個(gè)實(shí)體身份時(shí)，它先需要確定信任錨，再由信任錨找出一條到達(dá)待確認(rèn)實(shí)體的各個(gè)證書組成的路徑，該路徑稱為信任路徑。18第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI信任模型PKI信任模型相關(guān)概念PKI信任模型評價(jià)若干PKI信任模型19第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI信任模型評價(jià)信任域擴(kuò)展的靈活度信任路徑的長度信任路徑構(gòu)建的難易度信任關(guān)系的可靠度證書管理的難易程度應(yīng)用范圍和具體實(shí)施的難度20第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI信任模型PKI信任模型相關(guān)概念PKI信任模型評價(jià)若干PKI信任模型21第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日若干PKI信任模型嚴(yán)格層次結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)狀信任模型混合信任模型橋CA信任模型Web模型22第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日嚴(yán)格層次結(jié)構(gòu)模型23第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日網(wǎng)狀信任模型

24第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日混合信任模型

25第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日橋CA信任模型

26第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日Web模型

27第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的概述數(shù)字證書CA的組成密鑰和證書的生命周期PKI信任模型PKI發(fā)展中的問題28第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日PKI發(fā)展中的問題證書的使用復(fù)雜。證書撤銷問題難以解決，給證書管理增加了難度。各個(gè)CA的用戶之間還存在交叉認(rèn)證和信任管理的問題。PKI部署一般需要包括CA、KMC、LDAP等部分，部署較為復(fù)雜，29第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日30討論議題公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）基于身份的密碼學(xué)（IBC）組合公鑰密碼（CPK）第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日IBCIBC的原理IBC的方案IBC的實(shí)際問題31第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日32Identify-BasedCryptosystem1984年，Shamir首先引入了Identity-BasedCryptosystems(IBC)的概念.IBC的基本思想：把標(biāo)識(shí)和公鑰合成一體，標(biāo)識(shí)本身代表了公鑰，無需通過第三方進(jìn)行標(biāo)識(shí)和公鑰的綁定。最初的提出是為了解決證書管理的問題。IBC的適用場合：可信系統(tǒng)，比如一個(gè)大型的跨國公司的系統(tǒng)或者擁有多個(gè)分支機(jī)構(gòu)的銀行系統(tǒng)但Shamir當(dāng)時(shí)只提出了一個(gè)簽名方案第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日IBCIBC的原理IBC的方案IBC的實(shí)際問題33第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日34IBC方案

IBC方案一般分為三步:

生成系統(tǒng)參數(shù),選定特權(quán)信息為用戶生成密鑰信息，并寫入智能卡進(jìn)行加密簽名等操作第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日IBE方案基本過程

35第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日IBS方案基本過程

36第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日IBCIBC的原理IBC的方案IBC的實(shí)際問題37第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日IBC的實(shí)際問題密鑰托管密鑰撤銷38第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日39Revocationofpublickeys做法：用公鑰“receiver-address||current-date”加密消息這樣發(fā)送者無需更新私鑰就可以很方便的給其他人發(fā)送加密信息，但是接收者如果要解密消息必須更新自己的私鑰。適用的場合：臨時(shí)公鑰；對未來進(jìn)行加密。第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日40討論議題公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）基于身份的密碼學(xué)（IBC）組合公鑰密碼（CPK）第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日41CPK的思路如何解決大規(guī)模密鑰的存儲(chǔ)正向思維：對大量的密鑰進(jìn)行壓縮逆向思維：由較小的因子矩陣生成大量的密鑰CPK采用橢圓曲線算法作為基本的公鑰算法公私鑰通過組合公鑰算法從密鑰因子矩陣中生成采用映射算法將標(biāo)識(shí)映射到因子矩陣第四十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日42CPK的初始化

在CPK中，系統(tǒng)參數(shù)包括:橢圓簽名密碼參數(shù)：E:y2=x3+ax+b,G=(x,y)為橢圓曲線上的基點(diǎn)E

，點(diǎn)的加法P+Q及標(biāo)量乘法P=k?G為基本運(yùn)算私鑰因子矩陣與公鑰因子矩陣;映射算法.第四十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日43密鑰因子矩陣

私鑰因子矩陣公鑰因子矩陣（保密）（公開）第四十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日44映射算法將散列輸出調(diào)整成長度為190比特的映射序列YS，以每5比特構(gòu)成w0，w1，…，w37的字符串，決定被選元素的列坐標(biāo)與行坐標(biāo)。YS=HASH(ID)=w0，w1，w2，…，w32；w33…，w37w0的值u指示列的起始坐標(biāo)，以后的列坐標(biāo)是在前列坐標(biāo)加1實(shí)現(xiàn)。w1-w32依次指示行坐標(biāo)。w33-w37指示系統(tǒng)密鑰坐標(biāo)第四十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日45標(biāo)識(shí)密鑰的組合計(jì)算標(biāo)識(shí)私鑰isk的計(jì)算以有限域Zn上的加法實(shí)現(xiàn)，設(shè)r[wi,(u+i)mod32]表示私鑰矩陣skm中行坐標(biāo)為wi、列坐標(biāo)為（u+i）mod32的元素。實(shí)體A的私鑰為：

iskA＝∑r[wi，(u+i)mod32]modn標(biāo)識(shí)公鑰IPK的計(jì)算以橢圓曲線Ep(a,b)上的點(diǎn)的加法實(shí)現(xiàn)，設(shè)R[wi,(u+i)mod32]表示公鑰矩陣PKM中行坐標(biāo)為wi、列坐標(biāo)為（u+i）mod32的元素，按照復(fù)合定理，對應(yīng)公鑰為：IPKA＝∑R[wi，(u+i)mod32]（點(diǎn)加）第四十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日46CPK的優(yōu)點(diǎn)私鑰因子矩陣需要妥善地保存在密鑰管理中心，而公鑰因子矩陣則可以在公共媒體中公布，也可以保存在專用媒體中直接分發(fā)給用戶使用。

當(dāng)組合公鑰系統(tǒng)的因子矩陣大小為m×n

由這些因子組合出的密鑰量卻為

mn

第四十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日47CPK的安全性私鑰因子矩陣的機(jī)密性是組合公鑰技術(shù)安全性的關(guān)鍵。 由于對橢圓曲線密碼系統(tǒng)來說，僅知道公鑰（因子）r·G，要求出對應(yīng)的私鑰（因子）r是極其困難的。所以試圖通過公鑰因子矩陣逆推出對應(yīng)的私鑰因子的攻擊方法是不可行的。CPK中共謀的問題 第四十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日48參考文獻(xiàn)王昭，袁春編著，信息安全原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，北京，2010，1南湘浩、陳華平、陳鐘、李益發(fā)，組合公鑰(CPK)體制標(biāo)準(zhǔn)(v3.0)，2009為人所不知的PKI十大風(fēng)險(xiǎn)，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2003年第2期AdiShamir，Identity-basedCryptosystemsandSignaturescheme,1984Y.DesmedtandJ.-J.Quisquater.Public-keysystemsbasedonthedifficultyoftampering,ProceedingsofCrypto’86,LNCS263,pp.111-117,1986.第四十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日參考文獻(xiàn)H.Tanaka.Arealizationschemefortheidentitybasedcryptosystem,ProceedingsofCrypto’87,LNCS293,pp.341-349,1987.DanBonehy，MatthewFranklin，Identity-BasedEncryptionfromtheWeilPairing，Crypto‘2001，2001S.TsujiandT.Itoh.AnID-basedcryptosy