什么是数字证书？

什么是数字证书？

NCE系统内部服务之间进行通信或NCE与外部系统进行对接时，会进行信息交互，如对接日志服务器发送日志等。通信过程中，保障系统通信安全是系统稳定和正常运作的前提，而数字证书是实现通信安全可靠的纽带。数字证书是验证通信双方身份的电子文件，它通过加密技术确保网络通信中各方身份的真实性以及信息的完整性和保密性。

数字证书是一套完整体系，包含信任证书、身份证书、证书吊销列表和公私钥。我们称管理数字证书及信任关系的标准化体系为PKI（Public Key Infrastructure）。下面通过一个例子，详细介绍数字证书中各部分的含义。

A与B是同一组织的两名情报员，A将发现的信息传递给B。但A与B互不认识，无法确认对方是谁，可能一开始与A交换信息的对象就不是B。那么，如何确认对方的身份呢？此时我们可能会找到组织C，通过C提供的“信物”，确认对方身份。

映射到数字世界，A与B为两个通信实体，C就是A和B信任的机构。为了让A和B互相信任，C给A和B分别颁发了证书，代表A和B的身份。A与B通信时，互相交换证书，由于证书都是C颁发的，所以A和B信任对方的证书，继而信任对方。证书就是实体在通信时的身份凭证，证书颁发机构，即CA（Certificate Authority）机构。

• 通信实体：可以是人、设备、公司或各种机构，例如NCE。
• CA机构：提供证书服务的第三方机构（如证书的申请、审批、发放和吊销），是通信双方信任的根本，CA一般分为三个服务，包括注册证书申请信息、颁发证书、提供证书废除列表。
• 信任证书：“根证书+合法CA证书”集合，用于证明颁发身份证书的CA机构是双方预先信任的对象。并不是所有CA颁发的身份证书都会被信任，只有在信任证书里的CA才能被信任。
  • 根证书是顶级CA机构颁发给自己的证书，是“源头信任凭证”。
  • 合法CA证书即顶级CA机构颁发给其他子CA机构，证明子CA身份的证书。“根证书+子CA证书+身份证书”形成了证书链。
• 身份证书：CA给通信实体颁发带有CA签名的证书。CA签名是防伪标识，一般由CA使用自己的私钥为申请者的证书进行签名。在一些情况下，申请者也可以使用自己的私钥进行签名，称为自签名证书。自签名证书是一种“低成本、自担保”的证书形式，适合信任关系预先建立的场景。如图所示展示了信任证书与身份证书的关系。
• 吊销列表：CA通过证书吊销来终止证书的使用，CA将被吊销的证书序列号加入到其吊销列表中，加入到吊销列表里的证书不再受信任。
• PKI（Public Key Infrastructure）：即数字证书体系的框架。

信任证书与身份证书

当然身份证明可能是比较容易伪造的，A仍旧无法确认对方的信物是真的，为了进一步确保“信物”这一身份证明是真实的，组织C在信物上添加了一种特殊隐形药水，只有A拥有对应的显色药剂，能检验这种物质的存在。同时，为了防止信息传递过程中被其他人截获与篡改，A和B利用隐形药水和显色药剂对传递的内容也进行了加密和解密。

这种隐形药水和显色药剂就形成了一对非对称密钥，即公钥和私钥。它们配合数字证书共同实现身份验证和数据加密。

• 公钥：由所有者或CA产生。公钥用于验证收到的身份信息，也用于给发送的信息加密。
• 私钥：与公钥成对产生构成密钥对，由所有者或CA产生。私钥必须自己保管好，私钥用于生成身份信息的防伪码，也用于给收到的信息进行解密。

如下图所示，展示了公私钥签名和验签的过程。

公私钥签名和验签

为什么需要数字证书？

NCE系统内部服务之间进行通信或NCE与外部系统进行对接时，会进行信息交互，如NCE系统与北向三方系统、网元等进行通信，此时需要使用数字证书以解决“身份可信”和“通信安全”问题，以下是需要数字证书的原因：

• 信息产生源可信：数字证书能保证通信双方是互相信任的。
• 信息传输途径安全：信息传输过程中是发送方使用接收方的公钥加密传输，如果被黑客截取了，黑客无法对内容进行破解或篡改，只有接收方的私钥能解密查看。
• 通信过程不可抵赖：信息发送时发送方使用私钥进行加密，接收方使用对应的公钥才能解密，因此一旦接收方解密成功，发送方无法否认消息不是自己发送的，从而达到了不可抵赖性的目的。

数字证书是如何工作的？

1. 证书签发：获取身份信息的防伪码
   证书签发指由CA完成对通信实体身份审核和公钥绑定，以申请者自己生成公私钥的流程为例（公私钥可以由申请者生成，也可以由CA统一生成）：

   1. 生成公私钥：申请者生成一对公钥（可公开）和私钥（必须保密）。
   2. 提交申请：申请者向CA提交“身份证明（如企业营业执照、域名所有权证明）”和自己的公钥，申请绑定身份与公钥的证书。
   3. CA审核与签名：CA验证申请者身份的真实性后，用哈希（Hash）算法计算“实体身份+公钥”的哈希值（也称证书的摘要，即将任意长度数据转化为固定长度哈希值，具有“唯一性”（不同数据哈希值不同）和“不可逆性”（无法从哈希值反推原始数据）），之后CA用自己的私钥对该哈希值加密，生成CA签名。最后将“身份信息+公钥+CA签名+有效期+信任证书”打包，生成数字证书并发放给申请者。
      
      证书签发图示

2. 证书验证：验证身份信息的防伪码
   证书验证指当通信双方（如NCE与浏览器）交换证书时，接收方需要验证对方证书的合法性，避免使用伪造证书。验证步骤如下：

   1. 获取CA公钥：接收方预安装了权威CA的公钥。
   2. 验证CA签名：接收方解析对方的证书，提取“身份信息+公钥”和“CA签名”，先用CA公钥解密“CA签名”，得到原始哈希值H1；再用同样的方法计算“身份信息+公钥”的哈希值H2，若H1=H2，则说明证书为真实的。最后检验有效期满足即可。
      
      证书验证图示

3. 信息加密传输：防泄漏篡改、防抵赖
   1. 信息传输过程中，发送方使用接收方的公钥加密待传输的信息，接收方收到信息后，使用自己的私钥解密查看，从而确保信息传递过程中消息无泄漏或篡改。
   2. 为了防止发送方事后否认自己发送的消息，发送方需使用哈希算法生成信息的哈希值H1，并使用自己的私钥加密哈希值H1。接收方收到信息后，使用发送方的公钥解密获得哈希值H1，并计算信息的哈希值H2，H1=H2则证明信息是发送方本人发送的，发送方不可抵赖。
      
      信息加密传输图示

数字证书有哪些应用场景？

数字证书的应用场景非常广泛，如NCE与浏览器、北向三方系统、网元等通信，以下是NCE常用场景：

数字证书应用场景图示