PKI——公钥基础设施
0 摘要
本节介绍PKI的相关概念、公钥加密技术，数字签名及数字证书。并从加密技术的原理出发重点介绍了PKI如何保障信息的机密性、完整性、身份验证与操作的不可否认性。最后以win2008为例，介绍了如何部署https服务器。
1 PKI概述
（1）PKI：Public Key Infrastructure 公钥基础设施。
（2）作用：通过加密技术和数字签名保证信息的安全。
（3）PKI的组成：公钥加密技术、数字证书、CA（Certificate Authority 证书颁发机构）、
RA（Registration Authority注册机构、为CA的分支，一般用不上）。
（4）信息安全的三要素：机密性、完整性、身份验证与操作的不可否认性。
（5）应用场景：1）SSL/HTTPS；2）IPsevVPN；3）部分远程访问VPN；4）电子商务、电子政务、网上银行、网上证券等。
2 公钥加密技术
（1）作用：实现对信息加密、数字签名等安全保障。
（2）加密算法：
- 1）eg：x+10=y，x为原数据/原文，y为密文，10为密钥，整个公式称为加密算法。发送一个密文，需要使用密钥将其解密得到原文。
- 2）加密算法分为对称加密算法、非对称加密算法、Hash算法。
2.1 对称加密算法
（1）特点：加解密的秘钥一致。
（2）常用算法：DES(Data Encryption Standard)、3DES(Triple DES)、AES(Advanced Encryption Standard) 。
2.2 非对称加密算法
（1）特点：
- 1）通信双方各自产生一对公私钥；
- 2）双方各自交换公钥；
- 3）公钥和私钥为互相加解密关系；
- 4）公私钥不可互相逆推。
（2）公私钥的作用：
- 1）公钥提供给对方，让对方给信息加密，加密结果仅自己的私钥能解密。
- 2）私钥自己用，对摘要加密得到数字签名，对方有公钥可以验证签名是否正确，可以用于进行身份验证/操作的不可否认性。
（3）常用算法：RSA、DH。
tips:
（1）公钥是指公开密钥，是公开的；
（2）私钥是指私人密钥，是保密的，只有自己知道。
2.3 Hash算法(不可逆)
（1）作用：计算得到信息的“摘要”，用于验证信息的完整性。
（2）常用算法：MD5、SHA。
3 数字签名及数字证书
3.1 数字签名
数字签名：用私钥对摘要（Hash值）加密得到的密文就是数字签名
3.1 数字证书
（1）证书由权威公正的第三方机构CA签发，用于公证公钥的合法性。
（2）证书格式遵循X.509标准（ 证书都长一个模样）。
（3）数字证书包含信息如下：
- 1）使用者的公钥信息
- 2）使用者的标识信息（名称、IP、电子邮件地址等）
- 3）有效期
- 4）颁发者标识信息——即颁发者的名称
- 5）颁发者的数字签名（颁发者采用私钥加密过，其他人员可以采用颁发者提供的公钥验证证书真伪）
4 PKI工作原理与过程——以非对称加密技术、数字证书为例
4.1 公钥与私钥配合保证信息机密性
相比于对称加密算法，非对称加密算法利用公钥与私钥相互配合，才能够保证信息的机密性。
（1）在通信开始前，用户AB需要互换公钥。
（2）A发出信息，并采用B的公钥（由于公钥与私钥间可以互相加解密，为保证信息只有用户B能够解密）对信息进行加密，发出密文。
（3）B收到信息后，采用自己的私钥对密文进行解密，得到原信息。
4.2 用A的私钥对摘要(Hash值)加密保证信息完整性和进行身份验证
虽然利用公钥与私钥配合能够保证信息机密性，不被他人破解而导致信息泄露，但是该方法无法保证信息的完整性（即该信息是否被非法改动）以及无法进行身份验证。
（1）在通信开始前，用户AB需要互换公钥。
（2）A发出信息，并采用B的公钥（由于公钥与私钥间可以互相加解密，为保证信息只有用户B能够解密）对信息进行加密，发出密文。
（3）A对密文利用不可逆算法得到信息摘要，并用自己的私钥对摘要进行加密。
（4）A将密文和加密的摘要发给B。
（5）B用户利用A的公钥对加密摘要进行解密，可以解密，证明信息确实是A发的。同时利用不可逆算法得到密文的摘要，对比两个摘要是否一致。一致时则验证了信息的完整性，不一致时则表明信息被篡改。
（6）B用户用自己的私钥对密文进行解密，得到原信息。
tips:
（1）公钥加密技术已经可以保证信息的机密性、完整性、身份验证/操作的不可否认性，且还可以完成数字签名。但为了公证公钥的合法性，需要引入第三方机构CA以及数字证书。
（2）对信息采用对方的公钥加密，是为了保证信息的机密性。保证这个信息只有用户B可以看到。若用用户A的私钥对信息加密，则大家都可以看到信息，无法保证信息的机密性。
（3）采用Hash值是为了保证信息的完整性。
（4）用自己的私钥对Hash值进行加密，是为了实名认证，即进行身份验证/操作的不可否认性。
（5）总结：
①机密性：使用对方的公钥加密；
②身份验证/数字签名：使用自己的私钥。
③完整性：用自己的私钥对Hash值进行加密。
4.3 数字证书公正公钥A的合法性
以上步骤保障了信息的机密性、完整性、身份验证/操作的不可否认性，但是是建立在用户AB至今彼此确信对方的公钥准确可靠的前提下，在实际环境中，任何用户都不可能存有所有机器的公钥，如果临时对话时才交换公钥，该过程若是黑客用自己的公钥替换了A或B的公钥，那么后续信息黑客可以随意传递。因此，需要有权威机构对每个用户的公钥做公证，确保用户身份与公钥对应，就像人与身份证对应一样。
（1）用户A向CA申请注册数字证书。
（2）制做证书：CA将使用者相关信息及公钥写入证书，并用Hash算法得到证书内容的摘要(hash值1)，用CA的私钥对hash值进行加密，得到颁发者签名，并附在数字证书上。
（3）CA将证书颁发给用户A。
（4）其余步骤与4.2节类似，用户A将密文、加密的摘要、数字证书发给B。
（5）用户B先验证证书真伪。用户B用Hash算法得到证书内容的hash值2，同时用CA的公钥解密数字证书上颁发者签名，对比两者是否一致。一致时则验证了证书的完整性，不一致时则表明证书信息被篡改。
（6）一致后用CA的公钥解密数字证书，将数字证书上用户A的公钥与交换得到的用户A的公钥进行对比，验证交换得到的公钥确实属于用户A。
（7）用户B再验证信息完整性、进行实名认证及解密密文。
5 部署HTTPS服务器
以win2008为服务器，win7为客户机，完成以下三个小实验：①客户机可以访问服务器的http网站和https网站；②客户机只能访问服务器的https网站，不能访问http网站；③客户机必须提供证书才能访问服务器的https网站。
win2008中需要配置以下服务器：
（1）IIS服务器→提供web服务；
（2）DNS服务器→提供域名解析服务；
（3）CA证书颁发机构→公证WEB服务器证书；
5.1 win2008配置WEB服务器
（1）打开win2008、win7，连接至同一交换机，配置IP，win2008IP为10.1.1.1、win7IP为10.1.1.2。查看是否能够互相ping通。其中win2008的DNS需要指向自己，可以使用自己的IP地址也可以设置回环地址127.0.0.1。(注意，再配置IP时，遇到IPV6一般将IPV6取消勾选）
（2）win2008右键我的电脑→管理→点击角色→添加角色→弹出向导下一步→勾选WEB服务→下一步。
（3）选择为web服务器安装的角色服务，勾选动态网站功能→下一步→安装。
tips:
CA的服务窗口是一个网页形式，是个动态网页，需要基于IIS，因此需要把“应用程序开发”勾选上。
（4）查看默认网站。开始→管理工具→IIS→右键默认站点→编辑绑定。
tips:
默认网站不能停用，更不能删除，因为当安装CA后，CA会自带站点，且自带的站点会放入WEB服务器的默认站点路径里面去，利用WEB服务器的默认站点发布CA的网站，因此不能动。
（5）发布动态网站。右键网站→添加网站→填写名称路径等信息→确定。
（6）设置默认首页。相比于win2003服务器，win2008服务器搭配网站时，点击该网站就能在右边出现属性窗口，找到默认文档等需要设置的属性。双击默认文档，将需要发布的网站首页添加进去，并置为最优。
5.2 win2008配置DNS服务器
（1）win2008右键我的电脑→管理→点击角色→添加角色→弹出向导下一步→勾选DNS服务→下一步→新建主分区→添加主机。具体参考《第12节 DNS服务器部署与安全》。
（2）win7验证网站是否发布成功。发布的静态网页和动态网页都成功。
5.3 win2008部署CA服务器
（1）win2008右键我的电脑→管理→点击角色→添加角色→弹出向导下一步→勾选AD证书服务→下一步。
（2）勾选所需要的服务类型→下一步→选择独立→选择根CA→新建私钥→选择算法→CA机构命名（可以不改或根据域名修改）→设置CA机构证书有效期→设置文件位置（保持默认）→角色服务（保持默认）→安装。
（3）验证CA是否安装成功。可以检查服务器已安装的角色或者在开始→管理工具中查看是否可以找到。
（4）安装完成后在默认网页可以看到新增许多内容。
5.4 WEB服务器注册证书
（1）以服务器的名义申请证书文件。打开IIS服务→选择服务器→找到服务器证书→创建证书→填写用户单位信息→设置用户公钥类型→设置申请证书名称及存放位置→完成。
（2）将证书提交给CA。win2008打开IE浏览器→输入10.1.1.1\CertSrv（输入的地址为CA的证书申请默认窗口，放在WEB服务器的默认网站中-微软服务器默认生成的都是这个，只能用IP访问）→申请证书→高级证书申请→选择以base64编码的…→打开上一步完成的IIS-SQ证书，通过ctrl+a全部复制，并粘贴→提交。
tips:
win2008访问IE时经常会弹出这个框，可按如下方法关闭，右键计算机→管理→选中最上面的服务器→选则配置IE ESC→勾选禁止。
（3）CA机构颁发证书。开始→管理工具→证书颁发机构→挂起的申请→选中右键→所有任务→颁发→查看颁发。
（4）去CA官网上下载证书。win2008IE浏览器→输入10.1.1.1\CertSrv→查看挂起的证书申请状态→保存的申请证书→
tips:
证书链：当有多个证书，如A、B、C，且依次信任时，形成了一个证书链。
（5）将证书导入到服务器中。打开IIS服务→选择服务器→找到服务器证书→完成证书申请→选中证书路径并自定义名称。
（6）查看当前证书类型。
（7）win2008选中需要设置为https的网站→编辑绑定→添加→确定。
（7）上win7客户机上尝试用https形式访问相应的网站。
5.5 限制网站使用https协议
（1）要求客户只能用https方式访问（通过443端口）。该网站既提供80端口又提供443端口，选中网站→找到SSL设置并双击→勾选要求SSL，客户证书忽略→应用。
（2）win7访问网站。输入www.dianying.com，无法访问网站，因为使用的是80端口，需要在前面加上https:\.访问，则弹出以下警告，因为浏览器不信任该CA机构，可以选择继续浏览此网站。
tips:
（1）百度等网站没有弹出不安全的窗口，是因为他们的证书是由中国通用的CA颁发的，浏览器中已经内置信任过的CA.
（2）查看浏览器中内置了的CA。可以在工具→浏览器选项→内容→证书颁发者查看。
（3）公司小范围内做加密了的网站，没必要去公网的CA去注册证书，因为要花钱，可以自己搭CA。