公鑰基礎(chǔ)設(shè)施與安全電子商務(wù)

[摘要] 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI為解決電子商務(wù)安全問題提供了一個解決方案。本文主要以PKI原理為出發(fā)點(diǎn)，從電子商務(wù)安全中的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)密性、身份驗證及信任關(guān)系建立等角度，介紹了PKI在電子商務(wù)安全中的應(yīng)用實現(xiàn)并提出實施中的安全問題。

[關(guān)鍵詞] 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI 電子商務(wù) 安全保障

電子商務(wù)的基礎(chǔ)是信息化和網(wǎng)絡(luò)化，因此當(dāng)信息化和網(wǎng)絡(luò)化的浪潮襲擊了全球以后，電子商務(wù)也得以實現(xiàn)。但電子商務(wù)發(fā)展至今，阻礙其發(fā)展的關(guān)鍵因素還是安全問題。近年來，伴隨寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，公鑰密碼技術(shù)有了其用武之地，加密、解密的系統(tǒng)開銷已不再是其應(yīng)用的障礙。

一、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施體系結(jié)構(gòu)概述

1.公鑰基礎(chǔ)設(shè)施簡介

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(Public Key Infrastructure)就是利用公鑰理論和技術(shù)建立的提供信息安全服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。公鑰體制是目前應(yīng)用最廣泛的一種加密體制，在這一體制中，加密密鑰與解密密鑰各不相同，發(fā)送信息的人利用接收者的公鑰發(fā)送加密信息，接收者再利用自己專有的私鑰進(jìn)行解密。這種方式既保證了信息的機(jī)密性，又能保證信息具有不可抵賴性。到目前為止，它是公認(rèn)的保障網(wǎng)絡(luò)社會的最佳體系結(jié)構(gòu)。

2.公鑰基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)組成

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的體系結(jié)構(gòu)的主要組件至少應(yīng)包括以下部分：終端實體，是PKI用戶系統(tǒng)，終端實體可以是軟件系統(tǒng)，也可以是硬件系統(tǒng)，或是軟硬件系統(tǒng)的結(jié)合，它是PKI證書的用戶，因此其主要的功能是申請證書、下載證書、申請作廢證書、查詢證書的狀態(tài)及CRL等。認(rèn)證中心CA(Certificate Authority)即數(shù)字證書的簽發(fā)機(jī)關(guān)，C A必須具備權(quán)威性的特征。它通過對一個包含身份信息和相應(yīng)公鑰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字簽名來捆綁用戶的公鑰和身份。注冊中心RA(Registration Authority)是數(shù)字證書的申請注冊、證書簽發(fā)和管理機(jī)構(gòu)，是用戶和CA的接口，它所獲得的用戶標(biāo)識的準(zhǔn)確性是CA頒發(fā)證書的基礎(chǔ)。RA是CA的證書發(fā)放、管理的延伸。它負(fù)責(zé)證書申請者的信息錄入、審批以及證書發(fā)放等工作(安全審計)。同時，對發(fā)放的證書完成相應(yīng)的管理功能(安全管理)。RA系統(tǒng)是整個CA中心得以正常運(yùn)營不可缺少的一部分。數(shù)字證書庫是證書的集中存放地，是網(wǎng)上的一種公共信息庫，供廣大公眾進(jìn)行開放式查詢。到證書庫訪問查詢，可以得到想與之通信實體的公鑰、密鑰備份及恢復(fù)系統(tǒng)。如果用戶丟失了密鑰，會造成已經(jīng)加密的文件無法解密，引起數(shù)據(jù)丟失，為了避免這種情況，PKI提供密鑰備份及恢復(fù)機(jī)制。整個PKI系統(tǒng)中，只有CA會和普通用戶發(fā)生聯(lián)系，其他所有部分對用戶來說都是透明的。

二、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施在電子商務(wù)安全中的作用

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施是利用公鑰理論和技術(shù)建立的提供加密和數(shù)字簽名等安全服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。它以公開密鑰密碼算法為基礎(chǔ)，結(jié)合對稱密碼算法、摘要算法，通過數(shù)字簽名、數(shù)字證書等技術(shù)來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、不可否認(rèn)性以及身份鑒別。公鑰基礎(chǔ)設(shè)施作為一項有效的工具，提供在Intranet，Extranet及Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境問交換數(shù)據(jù)的信任基礎(chǔ)。其主要目的是通過自動管理密鑰和證書，為用戶建立起一個安全的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，使用戶可以在多種應(yīng)用環(huán)境下方便地使用加密和數(shù)字簽名技術(shù)，從而保證電子商務(wù)的交易安全。PKI應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能：公鑰密碼證書管理、黑名單的發(fā)布和管理、密鑰的備份和恢復(fù)、自動更新密鑰、自動管理歷史密鑰、支持交叉認(rèn)證。

三、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施在電子商務(wù)安全方面的應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性

PKI的主要的功能之一就是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性，即：數(shù)據(jù)在傳輸過程中，不能被非授權(quán)者偷看。PKI是建立在公共密鑰理論的基礎(chǔ)上的，從公共密鑰理論出發(fā)，公鑰和私鑰配合使用可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性。數(shù)據(jù)的發(fā)送者希望其所發(fā)送的數(shù)據(jù)能安全的傳送到接收者手中，并且只被有權(quán)查看該數(shù)據(jù)的接收者所閱讀。數(shù)據(jù)發(fā)送者首先利用接收者的公鑰將其明文加密，然后將密文傳送給接收者，接收者收到數(shù)據(jù)以后，利用其私鑰將其解密，還原為明文，即使是數(shù)據(jù)被非法截獲，因為沒有接收者的私有密鑰，別人也無法將其解碼。這樣使數(shù)據(jù)的發(fā)送者可以放心地發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.身份標(biāo)識和認(rèn)證

PKI另一個主要的功能就是在電子交易中進(jìn)行身份驗證，交易雙方利用PKI提供的電子證書(Digital ID)來證實并驗證其身份。在網(wǎng)絡(luò)這一虛擬的環(huán)境中進(jìn)行實時議價、采購、付款等商務(wù)活動，并保證交易的有效性，即交易不可被否認(rèn)的功能。PKI已經(jīng)成為識別用戶身份的事實上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要想用數(shù)字證書進(jìn)行身份驗證就必須具有PKI。在身份驗證過程中，利用發(fā)送者的私有密鑰加密可以驗證發(fā)送者的身份，而用接收者的私有密鑰解密可以同時保證傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)密性。由于發(fā)送方私有密鑰的保密性，使得接收方既可以根據(jù)驗證結(jié)果來拒收該報文，也能使其無法偽造報文簽名及對報文進(jìn)行修改，原因是數(shù)字簽名是對整個報文進(jìn)行的，是一組代表報文特征的定長代碼，同一個人對不同的報文將產(chǎn)生不同的數(shù)字簽名。這就解決了接收方可能對數(shù)據(jù)進(jìn)行改動的問題，也避免了發(fā)送方逃避責(zé)任的可能性。

3.信任關(guān)系的建立

在電子商務(wù)環(huán)境下，其活動可以分為以下幾類：BtoB，企業(yè)與企業(yè)問的電子商務(wù)；BtoC，企業(yè)與消費(fèi)者間的電子商務(wù)；CtoC，消費(fèi)者與消費(fèi)者間的電子商務(wù)；BtoC，企業(yè)與政府間的電子商務(wù)。在虛擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對于如此錯綜復(fù)雜的關(guān)系，應(yīng)建立一個有效的相互信任機(jī)制來保證雙方間的交易安全，以促進(jìn)整個電子商務(wù)活動效率提高。如何在Internet環(huán)境下建立公平、安全的交易信任關(guān)系是電子商務(wù)領(lǐng)域的一個最重要的也最具有挑戰(zhàn)性的課題?；贗nternet的各種優(yōu)勢，各企業(yè)希望通過向每一個有權(quán)訪問這個網(wǎng)絡(luò)的用戶簽發(fā)證書的方式，使自己的客戶和合作伙伴可以通過外聯(lián)網(wǎng)來訪問自己的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。對最終用戶來說可能同時接受許多訪問的授權(quán)，但他們并不想管理多個證書，而是希望只要擁有一個證書就能通過所有合作伙伴的網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證。這一問題的關(guān)鍵解決思路在于如何保證多廠商PKI環(huán)境具有可互操作性。

在前面提到：PKI的關(guān)鍵組成部分是CA，它負(fù)責(zé)生成、分發(fā)和撤消數(shù)字證書，通過認(rèn)證過程將一個公共密鑰值和一個人、一臺計算機(jī)或一個實體聯(lián)系起來，并且具有分層的組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)企業(yè)打算通過為得到可靠性和信任，而使用PKI而與另一家企業(yè)進(jìn)行通信時，就出現(xiàn)了如何建立信任關(guān)系這一難題。為了保證CA分層體系之問具有可操作性，不同的分層體系，必須能夠索取和驗證每個CA體系的有效性。由于早期的PKI產(chǎn)品使用的是專利協(xié)議，不同PKI產(chǎn)品間的可互操作性幾乎為零。但PKIX(Public Key Infrastructure and X．509)標(biāo)準(zhǔn)和X．509證書標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)大大增加了互操作性。目前解決電子交易中的信任關(guān)系問題主要有以下幾種方案。

(1)直接信任模型。即：在A、B兩家企業(yè)都擁有自己的CA機(jī)構(gòu)，并且兩家企業(yè)的CA產(chǎn)品都是同一家供應(yīng)商提供的前提下，保持兩家企業(yè)現(xiàn)有的家譜結(jié)構(gòu)不變，讓頂層的CA機(jī)構(gòu)安全地交換它們的公開密鑰，并分別在A、B兩家企業(yè)內(nèi)部傳播對方企業(yè)的公開密鑰，這是一種直接信任關(guān)系建立。當(dāng)然這個過程實現(xiàn)起來相當(dāng)繁瑣，而信任關(guān)系作廢時的處理也則更加復(fù)雜。

(2)交叉信任模型。即：A、B兩家企業(yè)的頂層的CA機(jī)構(gòu)分別為對方的頂層CA機(jī)構(gòu)的公開密鑰簽發(fā)一個證明證書，其它驗證關(guān)系保持不變。這樣，A、B兩家企業(yè)就建立起了一種交叉信任關(guān)系。當(dāng)B企業(yè)的最終用戶收到一封來自A企業(yè)的最終用戶的信件時，它就可以沿著證書路徑上溯檢索到A企業(yè)的頂層證書，再使用A企業(yè)的證書對其最終用戶進(jìn)行驗證。同時，當(dāng)A企業(yè)的最終用戶想訪問B企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)的數(shù)據(jù)時，身份驗證工作由交叉證書直接完成，他可以直接利用A企業(yè)簽發(fā)的證書連接到B企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

(3)供應(yīng)鏈管理(Supply Chain Management)模型。供應(yīng)鏈?zhǔn)侵竾@著核心企業(yè)，在從采購原材料開始，到制造中間產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡(luò)把產(chǎn)品送到消費(fèi)者手中的過程中，通過對信息流、物流、資金流的控制，將供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商直到最終用戶連成一個整體的功能網(wǎng)鏈。通過“淘汰制”對鏈中成員進(jìn)行慎重選擇，建立一個相互間客觀信任的供應(yīng)鏈，在此基礎(chǔ)上形成有特色的“鏈”文化。對于企業(yè)與企業(yè)間、企業(yè)與消費(fèi)者間、消費(fèi)者與消費(fèi)者間這三種不同關(guān)系，建立信任機(jī)制的手段也不盡相同。當(dāng)然，這是一種非PKI體系結(jié)構(gòu)中的信任關(guān)系建立模型。

四、基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的電子商務(wù)安全問題研究

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施是以公鑰加密為基礎(chǔ)的，為網(wǎng)絡(luò)安全提供了安全保障的基礎(chǔ)設(shè)施。從理論上來講，它是目前比較完善有效的實現(xiàn)身份認(rèn)證和保證數(shù)據(jù)完整性、有效性的手段。但在實際實施中，也存在著一定的安全問題，包括針對公鑰、私鑰和安全協(xié)議的攻擊。

1.針對證書持有者態(tài)度的攻擊

這類攻擊源于證書持有者的消極態(tài)度，如盲目簽名、證書持有者長時間不用證書、私鑰可能泄露時不及時申請注銷證書等等情況都給攻擊者留下了可乘之機(jī)和時間。

2.針對CRL的攻擊

在PKI中，若用戶私鑰泄露、證書過期或由于安全原因需要變更證書中某些屬性的時候， 必須向CA申請注銷與之相關(guān)的舊證書。證書被注銷后，與其相關(guān)的公鑰和私鑰將不再有效。用其實施的行為也不再有效證書注銷方法常用的是CRL (Certificate Status Protoco1)CRL將申請注銷的證書以鏈表形式組織并在PKI中發(fā)布和傳播。由于證書注銷信息在PKI中傳播需要一段時間。若攻擊者可以避免被注銷進(jìn)程鎖定，則攻擊者即攻破了PKI的注銷機(jī)制，他可以用被某個CA注銷的證書來進(jìn)行非法訪問。

3.針對定制協(xié)議的攻擊

在PKI中，協(xié)議的安全和完善是至關(guān)重要的。它是PKI的安全基石。然而，即使是安全的協(xié)議，也可能被攻擊者利用。定制協(xié)議攻擊是通過定制一個協(xié)議，并用它來與安全協(xié)議進(jìn)行交互，從而影響安全協(xié)議產(chǎn)生可以利用的消息。 這類攻擊多是針對公鑰的認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行的。其條件是PKI中允許在多個協(xié)議中使用同一個公鑰，這時可用定制的協(xié)議來影響安全協(xié)議。用安全協(xié)議產(chǎn)生的信息來冒充某個參與者而成功完成協(xié)議定制協(xié)議攻擊在本質(zhì)上是利用多個協(xié)議間的交互來實施的，避免此類攻擊的基本原則是在某個密鑰被使用時，在產(chǎn)生的消息和消息標(biāo)示符之間實施一個密碼綁定，從而保證一個協(xié)議中的消息不能被另一個協(xié)議中的某些消息替代，在避免上述幾方面攻擊的前提下，PKI不失為一個保證網(wǎng)絡(luò)安全的一個非常合理和有效的解決方案 。目前已有許多協(xié)議基于PKI，如SSL，TLS，S／MIME，SET，IPSEC，無論是使用IPSEC構(gòu)建VPN，還是使用SET的電子商務(wù)都離不開PKI的支持。并且從長遠(yuǎn)來看，PKI將逐漸集成到更多的操作系統(tǒng)和應(yīng)用中去，并實現(xiàn)對用戶透明。而利用PKI作電子商務(wù)的安全基礎(chǔ)平臺，使用PKI發(fā)布的數(shù)字證書實現(xiàn)在線交易所必須的認(rèn)證和加密功能，必將是實現(xiàn)安全電子商務(wù)的主要發(fā)展方向。

五、 結(jié)語

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施體系結(jié)構(gòu)是保證電子商務(wù)安全的一套完整有效的解決方案，其中包含了復(fù)雜的技術(shù)，與電子商務(wù)應(yīng)用是協(xié)同工作的。其發(fā)展非常迅速，已進(jìn)入到無線和嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，雖然仍存在各種缺陷和不足，但已有很多國家和公司正在對其進(jìn)行完善，提出了各種改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和方法如SPKI等，隨著系統(tǒng)的成熟和技術(shù)的進(jìn)步，它將在電子商務(wù)中起到更加重要的作用。

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