CA认证系统设计

1、CA认证系统设计1.1 系统简介本系统是参照国际领先的 CA系统的设计思想，继承了国际领先CA系统的成熟性、先进性、安全可靠及可扩展性，自主开发的、享有完全自主知识产权的数字证书服务系统。系统具有完善的功能，能够完成从企业自主建立标准CA到政府、行业建立大型服务型 CA等全面的需求。CA系统采用模块化结构设计，由最终用户、RA管理员、CA管理员、注册中心（RA）、认证中心（CA）等构成，其中注册中心（RA）和认证中心（CA）又包含相应的模块，系统 架构如下图：LOAFR县警'节朋书身心汴册由白RA）认证中心CA）图1 CA系统模块架构图CA系统能提供完善的功能， 包括：证书签发、证书生

2、命周期管理、证书吊销列表（CRL）查询服务、目录查询服务、CA管理、密钥管理和日志审计等全面的功能。CA系统按照用户数量的不同分为小型iTrusCA 、标准型iTrusCA 、企业型iTrusCA和大型iTrusCA ,不同类型系统的网络建设架构是不同的CA系统具有下列特点：A,符合国际和行标准；B,证书类型多样性及灵活配置。能够发放包括邮件证书、个人身份证书、企业证书、服 务器证书、代码签名证书和 VPN证书等各种类型的证书；C.灵活的认证体系配置。系统支持树状的客户私有的认证体系，支持多级 CA,支持交 叉认证；D.高安全性和可靠性。使用高强度密码保护密钥，支持加密机、智能卡、 USB K

3、EY等 硬件设备以及相应的网络产品（证书漫游产品）来保存用户的证书；E.高扩展性。根据客户需要，对系统进行配置和扩展，能够发放各种类型的证书；系统 支持多级CA ,支持交叉CA ;系统支持多级 RA oF.易于部署与使用。系统所有用户、管理员界面都是B/S模式，CA/RA策略配置和定制 以及用户证书管理等都是通过浏览器进行，并具有详细的操作说明。G.高兼容性。支持各种加密机、多种数据库和支持多种证书存储介质。1.2 认证体系设计认证体系是指证书认证的逻辑层次结构，也叫证书认证体系。证书的信任关系是一个树 状结构，由自签名的根 CA为起始，由它签发二级子 CA,二级子CA又签发它的下级CA, 以

4、此递推，最后某一级子 CA签发最终用户的证书。认证体系理论上可以无限延伸，但从技术实现与系统管理上，认证层次并非越多越好。层次越多，技术实现越复杂，管理的难度也增大。证书认证的速度也会变慢。一般的，国际上最大型的认证体系层次都不超过 4层，并且浏览器等软件也不支持超过 4层的认证体系本方案设计的用户的 CA认证系统采用如下图所示的认证体系：用户证书 用户证林图2用户CA认证体系图如图所示，认证体系采用3层结构:第一层是自签名的用户根 CA,是处于离线状态的，具有用户的权威性和品牌特性。第二层是由用户根 CA签发的用户子CA,处于在线状态，它是签发系统用户证书的子CA 。第三层为用户证书，由用户

5、子 CA签发，从用户证书的证书信任链中可以看出整个用户的CA认证体系结构，用户证书在用户的应用范围内受到信任。采用这种认证体系具有下列特点:(1)体现用户的权威性从认证体系上看，用户CA具有自己的统一的根 CA,由用户进行统一管理，负责整个用户的认证体系、CA策略和证书策略的定制与管理，这样充分体现了用户的权威性(2)具有很好的可扩展性如图所示体系具有很好的可扩展性，采用三层结构为体系的扩展预留了空间(因为大多数应用都只支持四层以下)，根据用户实际应用需求， 将来可以在子CA下，签发下级子CA;或者针对别的应用再签发子 CA这样，使得用户CA认证体系具有很好的可扩展性。(3)具有很好的可操作性

6、采用三层体系结构，相对比较简单，在 CA的创建和管理上也相当比较容易。虽然从技术上认证体系支持无限扩展，但是层次越多，技术实现越复杂，管理的难度也增大。而采用三层结构是目前业界比较通用的、标准的做法。这样，使得用户CA认证体系具有很好的可操作性。1.3 系统网络架构采用CA系统将为用户建设一个 CA中心和一个RA中心，CA系统的所有模块可以安装在同一台服务器上，也可以采用多台服务器分别安装各模块。系统网络架构如下图所示：图3 CA系统网络架构示意图如图所示，将CA系统的CA认证中心和RA注册中心各模块安装在 CA服务器上，为了 保证系统的安全，CA服务器必须位于安全的区域，即采用防火墙与外界进

7、行隔离。最终用户 使用浏览器，访问CA服务器，进行证书申请和管理。管理员(包括 CA管理员和RA管理 员，可以是同一个管理员担任)使用浏览器，访问 CA服务器，进行证书管理和 CA管理。1.4 证书存储介质本方案推荐使用 USB KEY来保存用户的证书及私钥。 USB KEY是以USB为接口的存 储设备，它便于携带和使用，可以实现在所有的机器(具有 USB接口)上的漫游，可以满足 用户移动办公的需求。 USB KEY可以设置用户口令保护，增强了证书及私钥的安全性。为了在发生USB KEY丢失等情况时，私钥可以恢复或者还可以用私钥解密以前的加密邮件，在申请证书时，密钥对可以在系统中产生而不是在U

8、SB KEY中产生，当证书申请成功后，再将私钥和证书导入到 USB KEY中；同时系统可以以文件的形式保留私钥和证书的 备份，这就提供了在 USB KEY丢失时对用户私钥和证书的保护措施。1.5 CA系统功能CA系统具有完善的功能，采用iTrusCA系统设计的用户CA认证系统也具有完善的功能， 包括：(1)证书签发通过CA认证系统，能够申请、产生和分发数字证书，具有证书签发功能。用户访问 CA 认证系统，提交证书申请请求，申请数字证书；RA管理员访问管理员站点，审查和批准用户的证书申请请求；CA认证中心根据RA管理员的批准，签发用户证书，并将数字证书发布到 目录服务器中。用户 CA认证系统，获

9、取签发的证书。(2)证书生命周期管理通过CA认证系统，可以实现证书的生命周期管理，包括:证书申请 最终用户使用浏览器，访问 CA认证系统，可以进行证书申请，在线提交证书 申请请求；证书批准 管理员登录管理员站点， 完成证书批准功能，可以查看和审批最终用户的证书 申请请求；证书查询 最终用户可以通过 CA认证系统，查询自己或别人的数字证书；证书下载通过CA认证系统，可以下载签发的数字证书；证书吊销 最终用户在使用证书期间，有可能会出现一些问题，如：证书丢失、忘记密码等，最终用户就需要将原证书吊销。用户吊销证书时，可以直接访问CA认证系统，在线的向CA提交证书吊销请求，CA认证系统根据用户的选择，

10、自动吊销用户的证书， 并将吊销的证书添加到证书吊销列表（CRL）中，按照证书吊销列表的发布周期进行发布；证书更新在用户证书到期前，用户需要更新证书，用户访问CA认证系统，查询用户的证书状态，对即将过期的用户证书进行更新。（3） CRL服务功能CA认证系统支持证书黑名单列表（ CRL）功能，能够配置指定 RA的CRL下载地点及 CRL发布时间。CA认证系统定时产生 CRL列表，并将产生的 CRL发布至Web层CRL服 务模块，可以通过手工下载该 CRL。(4)目录服务功能CA认证系统支持目录服务，支持LDAP V3规范，CA认证系统在签发用户证书时或者对证书进行吊销处理时，会及时更新目录内容。证

11、书目录服务的功能提供给用户进行证书查 询的功能，用户可以通过电子邮件( Email)、用户名称(Common Name )、单位名称(Organization )和部门名称(OU)等字段查找 CA认证系统签发的用户证书。(5) CA管理功能CA认证系统具有完善的 CA管理功能，包括：管理员管理RA管理员管理，包括初始化 RA管理员申请、增加 RA管理员、删除RA管理员；CA管理员管理，包括初始化 CA管理员申请、后续 CA管理员证书申请、吊销 CA管理 员证书。账号管理个人账号管理，包括注册信息，证书信息等管理；RA账号管理，包括 RA账号申请、批准、吊销、额外管理员证书申请等。策略管理证书策

12、略配置管理，高度灵活和可扩展的配置CA所签发证书的有效期、主题、扩展、版本、密钥长度、类型等方面;LDAP 等;RA策略配置管理，包括语言、联系方法、证书类型、是否发布到CA策略配置管理，包括证书 DN重用性检查、CA别名设置等。(6)日志与审计功能系统具有完善的日志与审计功能，可以查看和统计各种日志，包括:统计各CA、RA账号证书颁发情况;记录所有RA与CA的操作日志;对所有操作人员的操作行为进行审计o(7) CA密钥管理系统支持CA密钥管理功能，包括:CA密钥产生和存储(软件与硬件)；CA证书(包括根 CA和子CA)的产生和管理;CA密钥归档与备份1.6 证书应用开发接口（ API）为了实

13、现基于数字证书的安全应用集成，提供了完整的证书应用开发接口（API）,提供C、JAVA和COM等多种接口，包括：个人信任代理（PTA）个人信任代理（PTA）是客户端的软件包，既包括安装在客户端的文件加密/解密程序，也包括用于数字签名和签名验证的ActiveX控件。文件加/解密模块可以产生随机数密钥对文件进行加密，以及使用输入的密钥对文件进行解密；ActiveX控件由用户访问相关网页时下载到客户端浏览器中，实现使用本地的证书（私钥）对文件进行数字签名，以及对签名进行验 证。证书解析模块（CPM）证书解析模块是一系列平台下的动态链接库，用于解析DER或PEM编码的X.509数字证书，将证书中的信息

14、，包括用户信息、证书有效期、证书公钥等信息分解为字符串。数据签名验证模块（SVM ）数据签名及验证模块是一系列平台下的动态链接库或插件，可以应用于客户端和服务器端，实现对传输数据的数字签名，和对数字签名及其证书进行验证。证书的验证可使用CRL或OCSP来进行有效性验证。1.7 系统工作流程设计（1）证书发放流程本方案设计的用户 CA认证系统的证书发放采用集中发证的方式，即由管理员集中申请好证书，保存在 USB KEY中，发放给用户使用。其工作流程如下图所示:图4证书发放流程图(a)管理员使用浏览器，访问用户 CA认证系统，进入证书申请页面，替最终用户填写证书申请信息，向用户 CA认证系统提交证

15、书申请请求。在本地(本地的USB KEY上)产生证书的公私钥对，并将公钥和用户信息一起作为证书申请请求，提交给CA认证系统；(b)CA认证系统根据管理员提交的证书申请请求，批准并签发用户证书，将用户证书发布到数据库中。同时，将用户证书返回到管理员端，保存到 USB KEY中；(c)管理员将申请好证书的 USB KEY发放给最终用户。(2)证书吊销流程在用户证书的私钥受到威胁、或者用户私钥丢失时，需要吊销用户的证书，根据用户信息系统的应用情况，本方案设计证书吊销由管理员进行，其工作流程如下：(a)管理员在发现用户违反使用规定，或者用户自己向管理员发送邮件，请求吊销自己的证书时，管理员访问 CA认

16、证系统管理员模块，进行用户证书吊销用户;(b)管理员通过证书管理功能页面，查询到需要吊销的用户证书；(c)管理员选择吊销操作，选择吊销用户证书的原因， 向CA认证系统发送证书吊销请求；(d)CA认证系统根据管理员的证书吊销请求，自动的吊销用户的证书，并将吊销的用户 证书发布到证书吊销列表中，同时对数据库中保存的用户证书的最新状态进行更新；(e)CA认证系统给管理员返回证书吊销成功信息，同时给用户发送电子邮件，告诉用户 证书已经被吊销，不能再使用自己的证书。(3)证书更新流程最终用户在其证书即将过期之前，需要访问CA认证系统，更新自己的证书，其流程为：(a)最终用户在证书即将过期前(一般为一个月

17、)，访问用户CA认证系统，登录用户服务页面，点击 证书更新”选项；(b)系统自动识别用户是否具有用户CA认证系统颁发的数字证书，并且判断是否过期，如果即将过期，便提示进行更新；(c)用户选择需要更新的证书，点击提交，向 CA认证系统提交证书更新请求。在提交证 书更新请求时，在 USB KEY中，重新产生更新证书的公私钥对，将公钥和即将过期的证书 一起，作为证书更新请求，提交给CA认证系统；(d)CA认证系统自动批准证书更新请求，自动更新用户证书，将更新的证书发布到目录 服务器，同时将更新证书返回到用户端，自动保存到 USB KEY中。1.8 系统性能和特点分析采用iTrusCA系统建设的用户C

18、A认证系统拥有下列性能和特点：(1)符合国际和行业标准系统在设计中遵循了相应的国际和工业标准，包括X.509标准、PKCS系列标准、IETF的PKIX工作组制定的PKI相关RFC标准，以及HTTP、SSL、LDAP等互联网通讯协议等。 严格遵循这些标准，使得系统具有很好的开放性，能够与各种应用结合，成为真正的安全基 础设施。(2)证书类型多样性及灵活配置系统能够提供各种证书的签发功能，本方案设计的CA认证系统能够签发个人身份证书。将来根据用户的需要，可以进行扩展，通过灵活配置可以签发企业证书、服务器证书、代码 签名证书和VPN证书等。(3)灵活的认证体系配置系统采用认证体系设计”一节设计的CA认证体系，采用树状结构，支持多级 CA,支持 交叉认证。(4)注册机关(RA)建设方式多样化本方案设计的CA认证系统采用一个 RA的配置，根据用户的要求，将来可以配置多个 RA和多级RA,