數(shù)字證書(shū)的存儲(chǔ)和IC卡、USB Key的安全性

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：中國(guó)一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月28日

    數(shù)字證書(shū)的產(chǎn)生、分發(fā)和存儲(chǔ)
　　
    首先，讓我們來(lái)回顧一下數(shù)字證書(shū)產(chǎn)生和分發(fā)的簡(jiǎn)要過(guò)程。一個(gè)網(wǎng)上用戶怎樣才能得到一張數(shù)字證書(shū)呢？①他先要向RA提出注冊(cè)申請(qǐng)。②用戶的申請(qǐng)經(jīng)RA審批通過(guò)后，RA向CA提交注冊(cè)建立請(qǐng)求。③CA建立對(duì)于該用戶的注冊(cè)，并將注冊(cè)建立結(jié)果返回給RA。④RA將注冊(cè)結(jié)果通知用戶。注冊(cè)結(jié)果中包含了兩組數(shù)字，分別稱為“參考號(hào)”和“授權(quán)碼”。⑤用戶方的軟件生成一對(duì)公鑰和私鑰。⑥用戶向CA提出證書(shū)請(qǐng)求。這個(gè)請(qǐng)求信息中還包含了用戶的公鑰和用戶的可甄別名等信息，這些信息在CA創(chuàng)建證書(shū)時(shí)要用到。⑦CA創(chuàng)建該用戶的數(shù)字證書(shū)。⑧通過(guò)適當(dāng)方式將證書(shū)分發(fā)給用戶。

    CA將證書(shū)分發(fā)給用戶的途徑有多種。第一種途徑是帶外分發(fā)（Out-of-band Distribution），即離線方式。例如，在北京國(guó)稅的證書(shū)項(xiàng)目中，密鑰對(duì)是由軟件運(yùn)營(yíng)商代替客戶生成，證書(shū)也是由運(yùn)營(yíng)商代替客戶從CA下載，然后把私鑰和下載的證書(shū)一起儲(chǔ)存在軟盤(pán)里，再交給用戶的。這樣做的好處是免去了用戶上網(wǎng)下載證書(shū)的麻煩。第二種途徑是帶內(nèi)分發(fā)（In-band distribution），即用戶從網(wǎng)上下載數(shù)字證書(shū)到自己的電腦中。下載時(shí)，用戶要向CA出示“參考號(hào)”和“授權(quán)碼”，以向CA證明自己的身份。這樣做成本較低，但對(duì)使用計(jì)算機(jī)不太熟悉的用戶來(lái)說(shuō)，可能在下載時(shí)會(huì)碰到一些麻煩。除了以上兩種方式外，CA還把證書(shū)集中放置在公共的數(shù)據(jù)庫(kù)中公布，用戶可以隨用隨查詢隨調(diào)用。

    數(shù)字證書(shū)和私鑰儲(chǔ)存的介質(zhì)有多種，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)、軟盤(pán)、智能卡或USB key里。 　

    需要澄清的概念
　　
    一、關(guān)于私鑰的唯一性

    嚴(yán)格地講，私鑰既然是世上唯一且只由主體本身持有，它就必須由主體的計(jì)算機(jī)程序來(lái)生成。因?yàn)槿绻趧e處生成將會(huì)有被拷貝的機(jī)會(huì)。然而在實(shí)際應(yīng)用上并非如此，出于某些特殊需要（例如，如果只有一份私鑰，單位的加密文件就會(huì)因?yàn)殡x職員工帶走私鑰而無(wú)法解密。）加密用的公/私鑰對(duì)會(huì)要求在可信的第三方儲(chǔ)存其備份。這樣，加密用的私鑰可能并不唯一。然而簽名用的私鑰則必須保持唯一，否則就無(wú)法保證被簽名信息的不可否認(rèn)性。 

    在生成用戶的密鑰對(duì)時(shí)，用于加密的公/私鑰對(duì)可以由CA、RA產(chǎn)生，也可以在用戶終端的機(jī)器上用專用的程序（如瀏覽器程序或認(rèn)證軟件）來(lái)產(chǎn)生。用于數(shù)字簽名的密鑰對(duì)原則上只能由用戶終端的程序自行產(chǎn)生，才能保證私鑰信息的私密性以及通信信息的不可否認(rèn)性。

    有人可能會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：在北京國(guó)稅的證書(shū)項(xiàng)目中，加密和簽名的密鑰對(duì)都是由軟件運(yùn)營(yíng)商代替客戶生成的，這是否破壞了上述的私鑰唯一性原則呢？答案是否定的。這時(shí)候，私鑰的唯一性要依靠法律合同的保證以及操作過(guò)程中相應(yīng)制度的約束，使得不可否認(rèn)性得到支持。出于這種機(jī)制，我們?nèi)匀豢梢哉J(rèn)為，用戶的簽名私鑰是唯一的。
　　
    二、證書(shū)，私鑰，到底保護(hù)哪一個(gè)？

    我們常常聽(tīng)到有人說(shuō)：“保管好你的軟盤(pán)，保管好你的KEY，不要讓別人盜用你的證書(shū)。”有些教科書(shū)上也這樣講。應(yīng)該說(shuō)，這句話是有毛病的。數(shù)字證書(shū)可以在網(wǎng)上公開(kāi)，并不怕別人盜用和篡改。因?yàn)樽C書(shū)的盜用者在沒(méi)有掌握相應(yīng)的私鑰的情況下，盜用別人的證書(shū)既不能完成加密通信，又不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名，沒(méi)有任何實(shí)際用處。而且，由于有CA對(duì)證書(shū)內(nèi)容進(jìn)行了數(shù)字簽名，在網(wǎng)上公開(kāi)的證書(shū)也不怕黑客篡改。我們說(shuō)，更該得到保護(hù)的是儲(chǔ)存在介質(zhì)中的私鑰。如果黑客同時(shí)盜走了證書(shū)和私鑰，危險(xiǎn)就會(huì)降臨。
　　
    為什么說(shuō)USB key安全性好 　

    不同的存儲(chǔ)介質(zhì)，安全性是不同的。如果證書(shū)和私鑰儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)里，計(jì)算機(jī)一旦受到黑客攻擊，（例如被埋置了木馬程序）證書(shū)和私鑰就可能被盜用。
　　
    使用軟盤(pán)或存儲(chǔ)型IC卡來(lái)保存證書(shū)和私鑰，安全性要比硬盤(pán)好一些，因?yàn)檫@兩種介質(zhì)僅僅在使用時(shí)才與電腦相連，用完后即被拔下，證書(shū)和私鑰被竊取的可能性有所降低。但是黑客還是有機(jī)會(huì)，由于軟盤(pán)和存儲(chǔ)型IC卡不具備計(jì)算能力，在進(jìn)行加密運(yùn)算時(shí)，用戶的私鑰必須被調(diào)出軟盤(pán)或IC卡進(jìn)入外部的電腦，在這個(gè)過(guò)程中就會(huì)造成一定的安全隱患。

    使用智能卡（含CPU的IC卡）儲(chǔ)存數(shù)字證書(shū)和私鑰是更為安全的方式。為什么這樣說(shuō)呢？原來(lái)智能卡具有一定的計(jì)算機(jī)的功能，芯片中的CPU就是一臺(tái)小小的計(jì)算機(jī)。

    產(chǎn)生公私密鑰對(duì)的程序（指令集）是智能卡生產(chǎn)者燒制在芯片中的ROM中的，密碼算法程序也是燒制在ROM中。公私密鑰對(duì)在智能卡中生成后，公鑰可以導(dǎo)出到卡外，而私鑰則存儲(chǔ)于芯片中的密鑰區(qū)，不允許外部訪問(wèn)。

    智能卡中密鑰文件存儲(chǔ)在E2PROM之中。對(duì)密鑰文件的讀寫(xiě)和修改都必須由卡內(nèi)的程序調(diào)用。從卡接口的外面，沒(méi)有任何一條命令能夠?qū)γ荑€區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行讀出、修改、更新和刪除、。除非設(shè)計(jì)和編寫(xiě)卡操作系統(tǒng)(COS)的人自己在COS上留了后門(mén)，只有他才知道如何從外部調(diào)出密鑰區(qū)的內(nèi)容。但我們可以排除黑客與COS設(shè)計(jì)者相勾結(jié)的這種幾率極小的可能性。

    在加密和簽名的運(yùn)算過(guò)程中，外部計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件使用智能卡API調(diào)用的方式，輸入?yún)?shù)、數(shù)據(jù)和命令，啟動(dòng)智能卡內(nèi)部的數(shù)字簽名運(yùn)算、密碼運(yùn)算等，并獲得返回結(jié)果。由于智能卡內(nèi)部的CPU可以完成這些操作，全過(guò)程中私鑰可以不出智能卡介質(zhì)，黑客的攻擊程序沒(méi)有機(jī)會(huì)去截獲私鑰，因此這就比證書(shū)和私鑰放在軟盤(pán)或硬盤(pán)上要安全得多。

    從物理上講，對(duì)智能卡芯片中的內(nèi)容作整體拷貝也是幾乎不可能的。雖然聽(tīng)說(shuō)有人能夠從智能卡芯片在操作過(guò)程中發(fā)生的微弱的電磁場(chǎng)變化，或者I/O口上反映出的微弱的電平變化中分析出芯片中的代碼。但現(xiàn)在國(guó)際上對(duì)智能卡生產(chǎn)商的技術(shù)要求很高，要求上述的指標(biāo)要低到不能夠被測(cè)出來(lái)。國(guó)際上能夠生產(chǎn)智能卡的公司只有少數(shù)幾家，他們都采用了種種安全措施，確保智能卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)不能用物理方法從外部拷貝。

    USB Key和智能卡除了I/O物理接口不一樣以外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和技術(shù)是完全一樣的，其安全性也一樣。只不過(guò)智能卡需要通過(guò)讀卡器接到電腦的串行接口上，而USB Key通過(guò)電腦的通用串行總線（USB）接口直接與電腦相接。另外，USB接口的通信速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于串行接口的通信速度?，F(xiàn)在出品的電腦已經(jīng)把USB接口作為標(biāo)準(zhǔn)配置，而使用智能卡則需要加配讀卡器。出于以上原因，各家CA都把USB Key作為首選的證書(shū)和私鑰存儲(chǔ)介質(zhì)而加以推廣。美中不足的是目前USB Key的成本還略顯昂貴，各家銀行在推行USB Key介質(zhì)的證書(shū)時(shí)，要加收50至80元的成本費(fèi)。

    仍需注意的問(wèn)題

    這里需要指出的是，有些號(hào)稱智能卡的產(chǎn)品實(shí)際上只是不含CPU的存儲(chǔ)型IC卡，它僅僅具有存儲(chǔ)功能。上文已經(jīng)介紹過(guò)，存儲(chǔ)型IC卡的安全性與軟盤(pán)相仿，對(duì)于這兩種不同類型的IC卡，用戶需要甄別清楚。

    第二個(gè)問(wèn)題是，盡管智能卡在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)安全機(jī)制給以了充分的考慮和保證，然而，由于人為因素，也可能帶來(lái)安全隱患。例如智能卡上提供一個(gè)閃存（flash）隨機(jī)存儲(chǔ)區(qū)域，是供寫(xiě)入一般用戶數(shù)據(jù)或增加卡片功能的程序之用的。敏感的數(shù)據(jù)和程序不允許寫(xiě)在閃存區(qū)，必須寫(xiě)在安全存儲(chǔ)區(qū)。制作智能卡時(shí)，安全區(qū)要通過(guò)硬件方法做掩模處理。硬件的掩模處理費(fèi)工費(fèi)時(shí)成本高，一般需要3個(gè)月。有些卡商為了降低成本縮短工期迎合客戶要求，將應(yīng)該放在安全區(qū)中的敏感數(shù)據(jù)和程序放在閃存區(qū)中，閃存區(qū)里的內(nèi)容是可以從卡片外部進(jìn)行讀寫(xiě)的，這就造成了可能被黑客侵入的安全隱患。這就要求我們對(duì)合作的IC卡廠商的工藝流程也要仔細(xì)審查。

    另外，為了防止USB key 不慎丟失而可能被他人盜用，不少證書(shū)應(yīng)用系統(tǒng)在使用過(guò)程中還設(shè)置了口令認(rèn)證機(jī)制。如口令輸入得不對(duì)，即使掌握了USB key，也不能登錄進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)。這種雙因素認(rèn)證機(jī)制可以使USB key更加安全可靠，值得提倡。