【密码学】一篇文章讲透数字证书

数字证书介绍

数字证书是一种用于认证网络通信中参与者身份和加密通信的证书，人们可以在网上用它来识别对方的身份。

我们在上一篇博客中介绍了数字签名的作用和原理，数字签名可以防止消息被否认。有了公钥算法和数字签名算法后，通信变得越来越安全，但在公钥分发上仍然存在一些问题，如果攻击者将公钥替换掉，则很容易对系统发起攻击。

而数字证书则可以很好地解决公钥分发的问题。在密码技术中数字证书也被称为公钥证书或身份证书，它是用来证实公钥持有者身份的电子文件。证书中包主要含公钥的相关信息、用户身份信息及来自发行者的数字签名。

数字证书原理

下面通过一个示例说明证书的应用场景。假想场景中Alice需要向Bob发送消息， Bob会将公钥发送给Alice， Alice使用公钥对消息进进行加密， Bob使用私钥进行解密。为了防止攻击者攻击， Bob使用数字证书来完成公钥的分发。整个过程如图下图所示。

在这里插入图片描述

1） Bob生成密钥对，密钥对包括Bob公钥和私钥；
2） Bob使用公钥生成证书签名请求（CSR），并将其发送给证书认证机构（CA）；
3）证书认证机构CA根据Bob的证书签名请求生成Bob证书，证书中主要包含Bob的公钥和CA的数字签名；
4） Bob将证书发送给Alice；
5） Alice从CA获取根证书，并使用CA证书中的CA公钥对Bob证书中CA的签名进行验证，从而判断Bob证书的真实性；
6）验证通过后， Alice从Bob的证书中提取Bob公钥；
7） Alice使用Bob的公钥将明文加密并发送至Bob；
8） Bob收到密文后使用私钥解密得到明文。

在数字证书使用流程介绍中出现了两份证书——Bob证书和CA证书。通过图12-1可以看出， Bob的证书由证书认证机构签发，一般情况下Bob不能自己给自己签发证书。 Bob并不是权威机构，若Bob给自己签发证书，那么该证书就失去了“公信力”。但是CA证书却是一份“自签发”证书，也就是说数字证书机构使用自身的私钥对自身的公钥进行签名。换句话说CA不但作为Alice和Bob的“裁判”，也当了自己的“裁判”。所以数字证书机构的私钥保密性异常重要，一旦CA的私钥泄密那么将产生巨大的影响。

X.509证书标准

X.509基于ASN.1标准，由国际电信联盟的标准化部门（ITU-T）定义，它是数字证书的一种标准格式。 X.509证书包含公钥、标识信息（主机名、组织或个人）、证书颁发机构签名或自签名等信息。

CA根证书是一份特殊证书，数字认证机构CA使用自身的私钥对自身的公钥签名， CA证书也可称为“自签发证书”。而Bob的证书由CA通过CA私钥签发， Bob本身不能给自己签发证书。

X.509证书在互联网领域取得了广泛的应用，但是多数X.509证书“尺寸”较大，对于物联网设备来说，处理X.509证书需要消耗更多的内存资源和传输资源。就目前的实际情况而言， X.509证书可能不适用于物联网应用。

总结

数字证书的作用包括以下几个方面：

认证身份：数字证书可以证明通信中参与者的身份，防止身份伪造和冒充。
加- 密通信：使用数字证书中的公钥进行加密通信，保护通信内容不被窃听或篡改。
数据完整性保护：使用数字证书中的数字签名保证通信内容的完整性，防止数据被篡改。
可信性：数字证书由认证机构颁发，证明通信参与者的身份和信用，增强通信的可信度。

总之，数字证书是数字安全通信的重要工具，它可以有效地保护通信的机密性、完整性和可信性，保证通信的安全性。