數(shù)字證書的存儲和IC卡、USB Key的安全性

文章出處：http://56733.cn 作者：中國一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月28日

    數(shù)字證書的產(chǎn)生、分發(fā)和存儲
　　
    首先，讓我們來回顧一下數(shù)字證書產(chǎn)生和分發(fā)的簡要過程。一個網(wǎng)上用戶怎樣才能得到一張數(shù)字證書呢？①他先要向RA提出注冊申請。②用戶的申請經(jīng)RA審批通過后，RA向CA提交注冊建立請求。③CA建立對于該用戶的注冊，并將注冊建立結(jié)果返回給RA。④RA將注冊結(jié)果通知用戶。注冊結(jié)果中包含了兩組數(shù)字，分別稱為“參考號”和“授權(quán)碼”。⑤用戶方的軟件生成一對公鑰和私鑰。⑥用戶向CA提出證書請求。這個請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)建證書時要用到。⑦CA創(chuàng)建該用戶的數(shù)字證書。⑧通過適當(dāng)方式將證書分發(fā)給用戶。

    CA將證書分發(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，在北京國稅的證書項目中，密鑰對是由軟件運營商代替客戶生成，證書也是由運營商代替客戶從CA下載，然后把私鑰和下載的證書一起儲存在軟盤里，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)字證書到自己的電腦中。下載時，用戶要向CA出示“參考號”和“授權(quán)碼”，以向CA證明自己的身份。這樣做成本較低，但對使用計算機不太熟悉的用戶來說，可能在下載時會碰到一些麻煩。除了以上兩種方式外，CA還把證書集中放置在公共的數(shù)據(jù)庫中公布，用戶可以隨用隨查詢隨調(diào)用。

    數(shù)字證書和私鑰儲存的介質(zhì)有多種，可以存儲在計算機硬盤、軟盤、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算機程序來生成。因為如果在別處生成將會有被拷貝的機會。然而在實際應(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因為離職員工帶走私鑰而無法解密。）加密用的公/私鑰對會要求在可信的第三方儲存其備份。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，否則就無法保證被簽名信息的不可否認性。 

    在生成用戶的密鑰對時，用于加密的公/私鑰對可以由CA、RA產(chǎn)生，也可以在用戶終端的機器上用專用的程序（如瀏覽器程序或認證軟件）來產(chǎn)生。用于數(shù)字簽名的密鑰對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性。

    有人可能會產(chǎn)生疑問：在北京國稅的證書項目中，加密和簽名的密鑰對都是由軟件運營商代替客戶生成的，這是否破壞了上述的私鑰唯一性原則呢？答案是否定的。這時候，私鑰的唯一性要依靠法律合同的保證以及操作過程中相應(yīng)制度的約束，使得不可否認性得到支持。出于這種機制，我們?nèi)匀豢梢哉J為，用戶的簽名私鑰是唯一的。
　　
    二、證書，私鑰，到底保護哪一個？

    我們常常聽到有人說：“保管好你的軟盤，保管好你的KEY，不要讓別人盜用你的證書。”有些教科書上也這樣講。應(yīng)該說，這句話是有毛病的。數(shù)字證書可以在網(wǎng)上公開，并不怕別人盜用和篡改。因為證書的盜用者在沒有掌握相應(yīng)的私鑰的情況下，盜用別人的證書既不能完成加密通信，又不能實現(xiàn)數(shù)字簽名，沒有任何實際用處。而且，由于有CA對證書內(nèi)容進行了數(shù)字簽名，在網(wǎng)上公開的證書也不怕黑客篡改。我們說，更該得到保護的是儲存在介質(zhì)中的私鑰。如果黑客同時盜走了證書和私鑰，危險就會降臨。
　　
    為什么說USB key安全性好 　

    不同的存儲介質(zhì)，安全性是不同的。如果證書和私鑰儲存在計算機的硬盤里，計算機一旦受到黑客攻擊，（例如被埋置了木馬程序）證書和私鑰就可能被盜用。
　　
    使用軟盤或存儲型IC卡來保存證書和私鑰，安全性要比硬盤好一些，因為這兩種介質(zhì)僅僅在使用時才與電腦相連，用完后即被拔下，證書和私鑰被竊取的可能性有所降低。但是黑客還是有機會，由于軟盤和存儲型IC卡不具備計算能力，在進行加密運算時，用戶的私鑰必須被調(diào)出軟盤或IC卡進入外部的電腦，在這個過程中就會造成一定的安全隱患。

    使用智能卡（含CPU的IC卡）儲存數(shù)字證書和私鑰是更為安全的方式。為什么這樣說呢？原來智能卡具有一定的計算機的功能，芯片中的CPU就是一臺小小的計算機。

    產(chǎn)生公私密鑰對的程序（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。公私密鑰對在智能卡中生成后，公鑰可以導(dǎo)出到卡外，而私鑰則存儲于芯片中的密鑰區(qū)，不允許外部訪問。

    智能卡中密鑰文件存儲在E2PROM之中。對密鑰文件的讀寫和修改都必須由卡內(nèi)的程序調(diào)用。從卡接口的外面，沒有任何一條命令能夠?qū)γ荑€區(qū)的內(nèi)容進行讀出、修改、更新和刪除、。除非設(shè)計和編寫卡操作系統(tǒng)(COS)的人自己在COS上留了后門，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)計者相勾結(jié)的這種幾率極小的可能性。

    在加密和簽名的運算過程中，外部計算機中的應(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，啟動智能卡內(nèi)部的數(shù)字簽名運算、密碼運算等，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，全過程中私鑰可以不出智能卡介質(zhì)，黑客的攻擊程序沒有機會去截獲私鑰，因此這就比證書和私鑰放在軟盤或硬盤上要安全得多。

    從物理上講，對智能卡芯片中的內(nèi)容作整體拷貝也是幾乎不可能的。雖然聽說有人能夠從智能卡芯片在操作過程中發(fā)生的微弱的電磁場變化，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)在國際上對智能卡生產(chǎn)商的技術(shù)要求很高，要求上述的指標(biāo)要低到不能夠被測出來。國際上能夠生產(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。只不過智能卡需要通過讀卡器接到電腦的串行接口上，而USB Key通過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遠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作為首選的證書和私鑰存儲介質(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)的證書時，要加收50至80元的成本費。

    仍需注意的問題

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

    第二個問題是，盡管智能卡在設(shè)計和生產(chǎn)過程中，對安全機制給以了充分的考慮和保證，然而，由于人為因素，也可能帶來安全隱患。例如智能卡上提供一個閃存（flash）隨機存儲區(qū)域，是供寫入一般用戶數(shù)據(jù)或增加卡片功能的程序之用的。敏感的數(shù)據(jù)和程序不允許寫在閃存區(qū)，必須寫在安全存儲區(qū)。制作智能卡時，安全區(qū)要通過硬件方法做掩模處理。硬件的掩模處理費工費時成本高，一般需要3個月。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行讀寫的，這就造成了可能被黑客侵入的安全隱患。這就要求我們對合作的IC卡廠商的工藝流程也要仔細審查。

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