数字证书——密码学笔记（六）

一、数字证书

数字证书可用于：发送安全电子邮件、访问安全站点、网上证券、网上招标采购、网上签约、网上办公、网上缴费、网上税务等网上安全电子事务处理和安全电子交易活动。

数字证书的格式一般采用X.509国际标准。目前，数字证书认证中心主要签发安全电子邮件证书、个人和企业身份证书、服务器证书以及代码签名证书等几种类型证书。

数字证书的格式遵循ITUTX.509国际标准。

1.1 证书结构

证书结构	基本证书域（TBSCertificate）
	签名算法域（signatureAlgorithm）
	签名值域（signatureValue）

1.2 基本证书域结构

名称	描述	说明
version	版本号
serialNumber	序列号
signature	签名算法
issuer	颁发者
validity	有效日期
subject	主体
subjectPublicKeyInfo	主体公钥信息
issuerUniqueID	颁发者唯一标识符	本标准中不使用
subjectUniqueID	主体唯一标识符	本标准中不使用
extensions	扩展项	按本标准的扩展项进行定义，参考下一节

1.3 标准的扩展域结构

名称	描述	关键度
authorityKeyIdentifier	机构密钥标识符	非关键
subjectKeyIdentifier	主体密钥标识符	非关键
keyUsage	密钥用法	双证书标记为关键，单证书标记为非关键
extKeyUsage	扩展密钥用途	如果密钥的用法只限于所指示的用途时标记为关键，否则标记为非关键
privateKeyUsagePeriod	私有密钥使用期	非关键
certificatePolicies	证书策略	非关键
policyMappings	策略映射	如果证书用户需要正确解释发布的CA设定的规则时标识为关键，否则标识为非关键
subjectAltName	主体替换名称	非关键
issuerAltName	颁发者替换名称	非关键
subjectDirectoryAttributes	主体目录属性	非关键
basicConstraints	基本限制	CA证书标记为关键，终端实体证书标记为非关键
nameConstraints	名称限制	如果证书用户系统应检验所处理的认证路径与此扩展中的值是否一致时标记为关键，否则标记为非关键
policyConstraints	策略限制	如果证书用户需要正确地解释认证机构CA设定的规则时标识为关键，否则标识为非关键
CRLDistributionPoints	CRL分发点	非关键
inhibitAnyPolicy	限制所有策略	如果证书用户需要正确地解释认证机构CA设定的规则时标识为关键，否则标识为非关键
freshestCRL	最新的CRL	非关键
id-pkix	私有的 Internet 扩展	非关键
authorityInfoAccess	机构信息访问	非关键
SubjectInformationAccess	主体信息访问	非关键
IdentifyCardNumber	个人身份证号码	非关键
InuranceNumber	个人社会保险号	非关键
ICRegistrationNumber	企业工商注册号	非关键
OrganizationCode	企业组织机构代码	非关键
TaxationNumber	企业税号	非关键

二、X.509数字证书的编码

X.509证书的结构是用ASN1(Abstract Syntax Notation One)进行描述数据结构，并使用ASN1语法进行编码。

ASN1采用一个个的数据块来描述整个数据结构，每个数据块都有四个部分组成：

数据块数据类型标识（一个字节）
数据块长度（1-128个字节）
数据块的值

数据块结束标识（可选）

1.数据块数据类型标识（一个字节）

数据类型包括简单类型和结构类型。

简单类型是不能再分解类型，如整型（INTERGER）、比特串（BIT STRING）、字节串（OCTET STRING）、对象标识符（OBIECT IDENTIFIER）、日期型（UTCTime）等

结构类型是由简单类型和结构类型组合而成的，如顺序类型（SEQUENCE,SEQUENCE OF）、选择类型（CHOICE）、集合类型（SET）等。

顺序类型的数据块值由按给定顺序成员成员数据块值按照顺序组成
选择类型的数据块值由多个成员数据数据块类型中选择一个的数据块值
集合数据块类型由成员数据块类型的一个或多个值构成

这个标识字节的结构如下:

1.1 Bite-bit 7

用来表示TAG类型，共有四种，分别是universal（00）、application（01）、context-specific（10）和private（11）。

这两位为universal（00）时，bit5-bit1的值表示不同的universal的值：

标记（TAG）对应类型

[UNIVERSAL 1] BOOLEAN [有两个值:false或true]

[UNIVERSAL 2] INTEGER [整型值]

[UNIVERSAL 3] BIT STRING [0位或多位]

[UNIVERSAL 4] OCTET STRING [0字节或多字节]

[UNIVERSAL 5] NULL

[UNIVERSAL 6] OBJECT IDENTIFIER [相应于一个对象的独特标识数字]

[UNIVERSAL 7] OBJECT DESCRIPTOR [一个对象的简称]

[UNIVERSAL 8] EXTERNAL, INSTANCE OF [ASN.1没有定义的数据类型]

[UNIVERSAL 9] REAL [实数值]

[UNIVERSAL 10] ENUMERATED [数值列表，这些数据每个都有独特的标识符，作为ASN.1定义数据类型的一部分]

[UNIVERSAL 12] UTF8String

[UNIVERSAL 13] RELATIVE-OID

[UNIVERSAL 16]SEQUENCE,SEQUENCE OF [有序数列，SEQUENCE里面的每个数值都可以是不同类型的，而SEQUENCE OF里是0个或多个类型相同的数据]

[UNIVERAL 17]SET,SET OF[无序数列，SET里面的每个数值都可以是不同类型的，而SET OF 里是0个或多个类型相同的数据]

[UNIVERSAL 18] NumericString [0－9以及空格]

[UNIVERSAL 19] PrintableString [A-Z、a-z、0-9、空格以及符号'()+,-./:=?]

[UNIVERSAL 20] TeletexString, T61String

[UNIVERSAL 21] VideotexString

[UNIVERSAL 22] IA5String

[UNIVERSAL 23] UTCTime [统一全球时间格式]

[UNIVERSAL 24] GeneralizedTime

[UNIVERSAL 25] GraphicString

[UNIVERSAL 26] VisibleString, ISO646String

[UNIVERSAL 27] GeneralString

[UNIVERSAL 28] UniversalString

[UNIVERSAL 29] CHARACTER STRING

[UNIVERSAL 30] BMPString

[UNIVERSAL 31]... reserved for future use

这两位为context-specific（10）时，bit5-bit1的值表示特殊内容：

[0] -- 表示证书的版本
[1] -- issuerUniqueID,表示证书发行者的唯一id
[2] -- subjectUniqueID,表示证书主体的唯一id

[3] -- 表示证书的扩展字段

1.2 bit6

表示是否为结构类型（1位结构类型，0则表明编码类型是简单类型）。

1.3 bit5-bit1

是类型的TAG值。根据bit8-bit7的不同值有不同的含义，具体含义见上面的描述。

如SEQUENCE类型数据块，其TAG类型位UNIVESAL（00），属于结构类型（1），TAG的值为16（10000），所以其类型标示字段值为（10100011），即为0xA3。

2. 数据块长度（1-128个字节）

长度字段，有两种编码格式。

若长度值小于等于127，则用一个字节表示，bit8=0，bit7-bit1存放长度值；

若长度值大于127，则用多个字节表示，可以有2到127个字节。第一个字节的第8位为1，其它低7位给出后面该域使用的字节的数量，从该域第二个字节开始给出数据的长度，高位优先。

还有一种特殊情况，这个字节为0x80，表示数据块长度不定，由数据块结束标识结束数据块。

3. 数据块的值

存放数据块的值，具体编码随数据块类型不同而不同。

4. 数据块结束标识（可选）

结束数据块的值，两个字节（0x0000），只有在长度值为不定时才会出现。

三、X.509证书的结构

1. X.509证书基本部分

1.1 版本号

标识证书的版本（版本1、版本2或是版本3）

1.2 序列号

标识证书的唯一整数，由证书颁发者分配的本证书的唯一标识符。

1.3 签名

用于签证书的算法标识，由对象标识符加上相关的参数组成，用于说明本证书所用的数字签名算法。例如，SHA-1和RSA的对象标识符就用来说明该数字签名是利用RSA对SHA-1杂凑加密。

1.4 颁发者

证书颁发者的可识别名（DN）

1.5 有效期

证书有效期的时间段。本字段由“Not Before”和“Not After”两项组成，它们分别由UTC时间或一般的时间表示（在RFC2459中有详细的时间表示规则）。

1.6 主体

证书拥有者的可识别名，这个字段必须是非空的，除非你在证书扩展中有别名。

1.7 主体公钥信息

主体的公钥（以及算法标识符）

1.8 颁发者唯一标识符

标识符——证书颁发者的唯一标识符，仅在版本2和版本3中有要求，属于可选项。

1.9 主体唯一标识符

证书拥有者的唯一标识符，仅在版本2和版本3中有要求，属于可选项。

2. X.509扩展部分

可选的标准和专用的扩展（仅在版本2和版本3中使用），扩展部分的元素都有这样的结构：

   ExtensiExtension ::= SEQUENCE {

        exextnID      OBJECT IDENTIFIER,

        crcritical    BOOLEAN DEFAULT FALSE,

        exextnValue   OCTET STRING }

extnID：表示一个扩展元素的OID
critical：表示这个扩展元素是否极重要

extnValue：表示这个扩展元素的值，字符串类型

扩展部分包括：

2.1 发行者密钥标识符

证书所含密钥的唯一标识符，用来区分同一证书拥有者的多对密钥。

2.2 密钥使用

一个比特串，指明（限定）证书的公钥可以完成的功能或服务，如：证书签名、数据加密等。

如果某一证书将KeyUsage扩展标记为“极重要”，而且设置为“KeyCertSign”，则在SSL通信期间该证书出现时将被拒绝，因为该证书扩展表示相关私钥应只用于签写证书，而不应该用于SSL。

2.3 CRL分布点

指明CRL的分布地点。

2.4 私钥的使用期

指明证书中与公钥想联系的私钥的使用期限，它也有Not Before和Not After组成。若此项不存在时，公私钥的使用期是一样的。

2.5 证书策略

由对象标识符和限定符组成，这些对象标识符说明证书的颁发和使用策略有关。

2.6 策略映射

表明两个CA域之间的一个或多个策略对象标识符的等价关系，仅在CA证书里存在。

2.7 主体别名

指出证书所拥有者的别名，如电子邮件地址、IP地址等，别名是和DN绑定在一起的。

2.8 颁发者别名

指出证书颁发者的别名，如电子邮件地址、IP地址等，但颁发者的DN必须出现在证书的颁发者字段。

2.9 主体目录属性
指出证书拥有者的一系列属性。可以使用这一项来传递访问控制信息。

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