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數字證書（CA證書）是由可信任的第三方權威機構（CA中心）頒發給個人或企業用戶，用來驗證身份、數據簽名、數據加密等操作。CA證書是整個公鑰基礎設施（PKI，Public Key Infrastructure）體系的核心，目前國內CA中心由國家密碼管理局管理，基本上每個省都有一個CA中心，用來簽發省內CA證書和提供相關應用。

數字證書是一個經證書授權中心數字簽名的包含公開密鑰擁有者信息以及公開密鑰的文件。最簡單的證書包含一個公開密鑰、名稱以及證書授權中心的數字簽名。目前，數字證書均采用X.509國際標準。數字證書的結構包含如下信息。

版本號：書所遵循的X.509標準的版本。

序列號：唯一標識證書且由證書頒發機構頒發的編號。

證書算法標識：證書頒發機構用來對數字證書進行簽名的特定公鑰算法的名稱。

頒發者名稱：實際頒發該證書的證書頒發機構的標識。

有效期：數字證書保持有效的時間段，并包含起始日期和過期日期。

使用者名稱：數字證書所有者的姓名。

使用者公鑰信息：與數字證書所有者關聯的公鑰以及與該公鑰關聯的特定公鑰算法。

頒發者唯一標識符：可以用來唯一標識數字證書頒發者的信息。

使用者唯一標識符：可以用來唯一標識數字證書所有者的信息。

擴充信息：與證書的使用和處理有關的其他信息。

證書頒發機構的數字簽名：使用證書算法標識符字段中指定的算法以及證書頒發機構的私鑰進行的實際數字簽名。

數字證書就是對公鑰加上認證機構的數字簽名所構成的。要驗證公鑰的數字簽名，需要通過某種途徑獲取認證機構自身的合法公鑰。下面以數字簽名和散列算法的實際應用例，來說明數字證書的基本用途。

（1）Bob有兩把鑰匙，一把是公鑰，另一把是私鑰。

（2）Bob把公鑰送給他的朋友們Craol、Alice每人一把。

（3）Alice要給Bob寫一封保密的信。她寫完后用Bob的公鑰加密，就可以達到保密的效果，如圖1所示。

圖1  Alice信件加密

（4）Bob收信后，用私鑰解密，就看到了信件內容。這里要強調的是，只要Bob的私鑰不泄露，這封信就是安全的，即使落在別人手里，也無法解密，如圖2所示。

圖2  信件解密

（5）Bob給Alice回信，決定采用“簽名”寫完后先用散列函數，生成信件的摘要（Digest），如圖3所示。

圖3  生成信件摘要

（6）然后，Bob使用私鑰，對這個摘要加密，生成“數字簽名”（Signature），如圖4所示。

圖4  生成數字簽名

（7）Bob將這個簽名，附在信件下面，一起發給Susan，如圖5所示。

圖5  附簽名信件

（8）Alice 收信后，取下數字簽名，用 Bob 的公鑰解密，得到信件的摘要。由此證明，這封信確實是Bob發出的，如圖6所示。

圖6  公鑰解密

（9）Alice再對信件本身使用散列函數，將得到的結果，與上一步得到的摘要進行對比。如果兩者一致，就證明這封信未被修改過，如圖7所示。

圖7  修改驗證

（10）復雜的情況出現了。Craol想欺騙Alice，他偷偷使用了Susan的電腦，用自己的公鑰換走了Bob的公鑰。此時，Alice實際擁有的是Craol的公鑰，但是還以為這是Bob的公鑰。因此，Craol 就可以冒充 Bob，用自己的私鑰做成“數字簽名”寫信給 Alice，讓 Alice用假的Bob公鑰進行解密。

（11）后來，Alice感覺不對勁，發現自己無法確定公鑰是否真的屬于Bob。她想到了一個辦法，要求Bob去找“證書中心”（CA，Certificate Authority），為公鑰做認證。證書中心用自己的私鑰，對Bob的公鑰和一些相關信息一起加密，生成“數字證書”（Digital Certificate），如圖8所示。

圖8  生成數字證書

（12）Bob拿到數字證書以后，就可以放心了。以后再給Alice寫信，只要在簽名的同時，再附上數字證書就可以了，如圖9所示。

圖9  附證書信件

（13）Alice收信后，用CA的公鑰解開數字證書，就可以拿到Bob真實的公鑰了，然后就能證明“數字簽名”是否真的是Bob簽的，如圖10所示。

圖10  確認簽名

基于數字證書的安全認證如下。

認證是安全通信的前提，如果認證出問題，A不是和A想要聊天的人B在聊天，而是和一個C（假冒B）在聊天，則接下來所有的安全措施都是白搭。以目前常用的數字證書（Digital Certificate）認證為例。

CA（Certificate Agent）存放A、B數字證書，在數字證書里包含有各自的RSA公鑰與加密算法。

A、B各自保管自己的RSA私鑰與加密算法，RSA公鑰與私鑰類似鎖與鑰匙的關系，即RSA私鑰加密，可以用RSA公鑰解密，反過來亦是如此。

A與B安全通信認證過程如下。

（1）A向CA請求B的數字證書。

（2）CA把B的數字證書做輸入參數，生成一個散列。

（3）CA用自己的私鑰加密散列，生成一個數字簽名（Digital Signature）

（4）CA把數字簽名附在B的數字證書之后，即B的數字證書+CA數字簽名，發送給A。

（5）A擁有CA的公鑰（預裝或離線方式獲得），可以解密CA的數字簽名（CA私鑰加密），得到散列，同時對接收到的 B 的數字證書做散列運算，也得到一個散列，如果兩個散列相等，則認為此證書安全可靠，在傳輸途中沒有被篡改，稱這個過程為數據完整性（Data Integrity）保護。

（6）A請求認證B，B用自己的私鑰加密自己的身份信息，發送給A，由于A已經從CA處獲得B的公鑰，所以可以解密B的加密報文。既然公鑰與私鑰是一對一的關系，由于只有B自己知道私鑰，以此邏輯推斷，A通信的對象為真實的B。

（7）B認證A的過程類似。