PKI原理與應用

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散康
5 years ago
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1 PKI 原理與應用交通大學資訊工程系曾文貴 1

2 最早有關密碼的書

3 WWI 密碼室 3

4 Enigma (WWII, 德國 ) 4

5 5

6 Big machine (WWII, 美國 ) 6

7 聽不懂即可 ( 少數民族語言 ) 7

8 新時代 (Cray-XMP) 8

9 新時代 (U.S. Navy) 9

10 新時代 ( 特殊 IC) 10

11 解碼成果 ( 美國 ) 11

12 安全需求機密性 (privacy) 資料內容不外洩給非授權的人完整性 (integrity) 資料未被竄改驗證性 (authentication) 個人身份證明資料來源證明不可否認性 (non-repudiation) 無法否定送過的訊息 12

13 紙本世界 vs 電子世界紙本世界電子世界機密性實體保護加密完整性紙張特性雜湊函數驗證性手寫簽名數位簽章不可否認性紙張特性 + 簽名數位簽章 13

14 身份證明 : 紙本世界身份證參與的人來確認不易仿冒簽名本人驗簽參與的人來確認 14

15 身份證明 : 電子世界電子憑證 ( 數位證書 ) 自動確認易拷貝? 誰來確認電子憑證是真的? 有效的? 簽名如何做? 驗簽如何做? 15

16 電子憑證 (certificate) X.509 v3 16

17 如何相信這張憑證是 F1220XXXXX 的? 17

18 PKI: 公開金鑰基礎建設 PKI: Public Key Infrastructure 由主管單位使用單位使用者政策硬體軟體執行程序等單元組成提供使用者在電子世界裡取的合法的電子憑證, 代表身份確認他人電子憑證真確性的機制數位簽章的機制確認簽章的機制 ( 驗章 ) 加密機制解密機制 18

19 PKI 模組資訊安全政策註冊管理中心 RA (Registration Authority) 憑證管理中心 CA(Certificate authority) 目錄服務系統 (Directory service) PKI 應用程式憑證申請程式憑證驗證程式簽章驗章程式加密解密程式 19

20 資訊安全政策定義組織的最高資訊安全原則資訊安全發展方向憑證的處理方式管理金鑰與機密資料方針風險層級的定義金鑰使用規範 20

21 憑證的生命週期產生公布使用期限到期逾期使用遺失收回註銷 21

22 憑證的申請 CA 使用者申請 RA ( 政府單位銀行 ) 目錄服務 X500/LDAP/ Website 登錄註銷查詢認證 22

23 憑證的發行使用者 U 透過前端應用程式向 RA 申請憑證 RA 確認 U 的身份與資格 U 透過前端應用程式產生電子憑證所需資訊 ( 含公開金鑰 U-PK) 電子憑證相對的私密金鑰 U-SK( 簽章或加密用 ), 存入自己的電腦或智慧卡 RA 將傳給 CA CA 產生 U 的電子憑證 U-Cert 傳給 RA RA 將 U-Cert 給小明, 並公布到目錄服務 23

24 憑證的驗證連到發行 U- Cert 的 CA 的目錄服務確認憑證未過期與未被註銷拿到 CA 的憑證 CA-Cert 利用應用程式及密碼演算法, 驗證 U-Cert 是否為 U 的憑證如果為正確, 使用之否則, 拒絕使用 24

25 憑證的使用 : 驗章 U 對訊息 M 做簽章利用密碼簽章法計算 =f 1 (U-SK, M) 公布 (M, ) 他人確認 (M, ) 的正確性拿到 U 的憑證 U-Cert 驗證 U-Cert 利用密碼驗章法計算 b=f 2 (U-Cert, M, ) b=1 接受 b=0 拒絕 25

26 簽章者 U (U-Cert, M, ) 驗章者 A Check: f 2 (CA-Cert, U-Cert) f 2 (U-Cert, M, ) Compute = f 1 (U-SK, M) U-Cert Revoked? CA-Cert 目錄服務 X500/LDAP/ Website 26

27 憑證的使用 : 加密他人加密訊息 M 給 U 拿到 U-Cert 驗證 U-Cert 利用密碼加密法計算 =g 1 (U-Cert, M) 傳送給 U U 解密利用密碼解密法計算 M=g 2 (U-SK, M) 27

28 Check b=f 2 (CA-Cert, U-Cert) Compute =g 1 (U-Cert, M) 加密者 A 接收者 U (U, ) U-Cert Revoked? CA-Cert Compute M= g 2 (U-SK, ) 目錄服務 X500/LDAP/ Website 28

29 憑證的註銷在 U-Cert 的使用期限到期前, 因為某些原因,CA 可以註銷之 CA 在其目錄服務中有一憑證廢止清冊 (Certificate Revocation List, CRL), 供所有人查詢 CA-CRL= (#1, #2,, ) =f 1 (CA-SK, #1, #2, ) 驗證 CA-CRL 取得 CA-Cert 驗章 29

30 私密金鑰的管理每一張憑證 U-Cert ( 內含 U 的公開金鑰 U-PK) 有一相對應的私密金鑰 U-SK U-SK = 345a54bc648ffde398123afd 89eda36 thousands of bits 儲存智慧卡 (suggested) 密碼計算在智慧卡裡執行電腦檔案備份需使用通行碼 (password) 保護 30

31 憑證的信賴架構得到 U-Cert, 需要 CA-Cert 來驗證 U-Cert 如何驗證 CA-Cert? 解決方法 :X.500 憑證驗證架構 31

32 X.509 Hierarchy 信賴起點 CA1 CA2 CA3 CA4 CA5 CA6 Alice: A-Cert Bob: B-Cert Carol: C-Cert David: D-Cert Eve: E-Cert 32

33 每一個 CA 簽發憑證給其下的 CA 每一使用者擁有 CA1 的憑證認證路徑 (validation path) Alice 驗證 David 的憑證 D-Cert CA1 CA3 CA6 33

34 CA 互簽憑證 CA1 CA2-Cert CA1-Cert CA2 每一 CA 簽發憑證給其下的 CA 及其上的 CA 憑證路徑 Alice 擁有 CA4 的憑證 Alice 驗證 David 的憑證 D-Cert CA4 CA2 CA1 CA3 CA6 34

35 PKI 的應用身份認證與簽章自然人憑證 : 由 GCA 所發個人所得稅報稅監理所資料查詢金融憑證 : 由各金融單位所發轉帳外匯買賣網路股票交易訊息加密電子商務 35

36 應用實例 : SSL/TLS Transport Layer Security 建立 client-server 間的安全通道身份認證通道加密應用範圍 Web browsing Instant messaging Applications (HTTP, FTP, Telnet, SMTP, ) SSL/TLS TCP IP 36

37 37

38 38

39 39

40 電子簽章法 2001 年通過為推動電子交易之普及運用, 確保電子交易之安全, 促進電子化政府及電子商務之發展, 特制定本法 40

41 RSA 公開金鑰簽章技術參數選擇 p, q: large primes N=pq, (N)=(p-1)(q-1) 公開金鑰 PK=(N, e), gcd(e, (N))=1 私密金鑰 SK=(N, d), d e -1 (mod (N)) 41

42 RSA 簽章演算法計算 = f 1 (SK, M) = h(m) d mod N h(m): 雜湊 (hash) 函數 M M h h(m) e mod N SK=(N, d) 42

43 RSA 驗章演算法輸入 :PK, M, 檢查 h(m) = e mod N M M h h(m) =? accept/reject e mod N PK=(N, e) 43

44 安全條件無法分解 N 從公開金鑰 PK=(N, e), 無法計算 d 沒有 SK=(N, d), 無法計算 =h(m) d mod N 到目前為止, 沒有人 / 實用機器可以破解 44

45 RSA 原理 Euler s Theorem: x (N) mod N=1, for x with gcd(x, N)=1 ed = k (N)+1 為何檢查 h(m) =? e mod N e mod N = h(m) de mod N = h(m) k (N)+1 mod N = (h(m) (N) ) k h(m) mod N = 1 k h(m) mod N = h(m) mod N = h(m) 45

46 DSS 公開金鑰簽章標準參數選擇 p=kq+1 p, q: large prime, q =160 g: a generator of the subgroup G q = {a k mod p a Z p * } y=g x mod p 公開金鑰 PK=(p, g, y) 私密金鑰 SK=(p, g, x) 46

47 簽章演算法 Randomly choose k Compute r=(g k mod p) mod q Compute s=k -1 (h(m)+xr) mod q 簽章 =(r, s) --> 320 bit long only 驗章演算法輸入 PK, M, (r, s) Compute w=s -1 mod q Compute v= ((g h(m)w y rw ) mod p) mod q Accept if and only if v=r 47

48 DSA 原理為何檢查 v= ((g h(m)w y rw ) mod p) mod q ((g h(m)w y rw ) mod p) mod q = ((g h(m)w g xrw ) mod p) mod q = (g w(h(m)+xr) mod p) mod q = (g k mod p) mod q = r 48

49 RSA 公開金鑰加密技術參數選擇 p, q: large primes N=pq, (N)=(p-1)(q-1) 公開金鑰 PK=(N, e), gcd(e, (N))=1 私密金鑰 SK=(N, d), d e -1 (mod (N)) RSA 加密演算法計算 = g 1 (PK, M) = M e mod N RSA 解密演算法計算 M=g 2 (SK, ) = d mod N 49

50 結論 PKI 成功的因素具備足夠的安全性政府政策支持容易使用多樣的應用互通性與彈性密碼技術開發更有效率的演算法更安全的密碼演算法創新性的應用 50

狂飆青春系列$5$─遊戲不再只是遊戲

$狂飆青春系列$5$─遊戲不再只是遊戲$ 一前言狂飆青春系列 ( 三 ) 遊戲不再只是遊戲資訊與網路篷勃快速發展, 網路線上遊戲產業一支獨秀且快速發燒, 線上遊戲中玩家的相互鬥智與相互合作, 提高遊戲的樂趣, 同時吸引龐大的網路族群, 儼然是網際網路後新興的娛樂型態