数字证书在密改项目中的作用与应用实现

摘要：

本文从政策法规和技术标准方面，梳理了信息系统密码应用的必要性及要达到的目标，并重点从技术要求入手，说明数字证书在保障身份真实性、数据机密性、数据完整性、不可否认性方面的技术实现。希望能为密码应用开发者提供参考价值。

Abstract:

This article base on the national laws, regulations and technical standards, straighten up the necessity of information system cryptography application and the goal to be achieved. Focuses on the technical requirements to explain the technical realization of digital certificate in the protection of identity authenticity, data confidentiality, data integrity and non repudiation. Hope to provide reference value for cryptography application developers.

关键词：密码应用数字证书 CA 电子签名

1.引言

当前，很多信息系统还在使用MD5、DES、RSA这些比较久远的，安全强度已经不够的密码算法，严重影响到我们的网络安全。为了加强和规范密码应用，国标委今年3月发布了技术标准--GB/T 39786-2021《信息安全技术信息系统密码应用基本要求》，该标准将于今年10月1日是起实施。

2.密码应用政策法规

为了保障网络安全，维护网络空间主权和国家安全、社会公共利益，保护公民、法人和其他组织的合法权益，促进经济社会信息化健康发展，国家发布了《中华人民共和国网络安全法》。其第十条提到：“建设、运营网络或者通过网络提供服务，应当依照法律、行政法规的规定和国家标准的强制性要求，采取技术措施和其他必要措施，保障网络安全、稳定运行，有效应对网络安全事件，防范网络违法犯罪活动，维护网络数据的完整性、保密性和可用性”。而保障网络与信息安全，“密码是解决网络与信息安全最有效、最可靠、最经济的手段”[1]。

为了规范密码应用和管理，促进密码事业发展，保障网络与信息安全，维护国家安全和社会公共利益，保护公民、法人和其他组织的合法权益，国家发布了《中华人民共和国密码法》。其第二十七条提到：“法律、行政法规和国家有关规定要求使用商用密码进行保护的关键信息基础设施，其运营者应当使用商用密码进行保护，自行或者委托商用密码检测机构开展商用密码应用安全性评估”。

为了规范商用密码应用安全性评估工作，发挥密码在保障网络安全中的核心支撑作用，国家密码局发布了《商用密码应用安全性评估管理办法（试行）》。其第二条提出：“本办法所称商用密码应用安全性评估，是指在采用商用密码技术、产品和服务集成建设的网络和信息系统中，对其密码应用的合规性、正确性和有效性等进行评估”。

3.密码应用技术要求

如何做到密码应用的合规性、正确性和有效性，国家最新发布了GB/T 39786-2021《信息安全技术信息系统密码应用基本要求》。该标准根据等级保护的五个级别进行划分，从物理和环境安全、网络和通信安全、设备和计算安全、应用和数据安全四个方面提出了密码应用技术要求，从管理制度、人员管理、建设运行和应急处置四个方面提出了密码应用管理要求。

密码应用技术要求方面，主要是实现四性：“机密性、完整性、真实性、不可否认性”。需要使用密码加密功能实现机密性；使用消息鉴别码（MAC）或数字签名实现完整性；使用对称加密、动态口令、数字签名等实现真实性；使用数字签名等密码技术实现实体行为的不可否认性。

4.数字证书在密码应用上的作用

数字证书一般是指公钥数字证书，是由CA(电子认证服务)机构发行的一种电子文档，用于在计算机网络上验证网络用户身份。数字证书格式参考[6] GB/T 20518-2018《信息安全技术公钥基础设施数字证书格式规范》。数字证书主要包括用户身份信息、公钥信息、证书有效期、颁发者及签名信息等。由持有电子认证服务许可的第三方CA机构签发的数字证书，具有用户身份真实、证书不可伪造等特点，可广泛应用于网络世界进行身份鉴别、法律有效的电子签名等。

用户数字证书的存储介质一般为智能密码钥匙，俗称“USBKey”、“U盾”等。对数字证书的调用可以参考[7]GM/T 0020-2012《证书应用综合服务接口规范》。

从GB/T 39786密码应用技术要求方面可以看出，数字证书可用于保障用户身份真实性、数据机密性、数据完整性和不可否认性。

5.数字证书在密码应用上的技术实现

根据《商用密码应用安全性评估量化评估规则》，应用和数据层面的数据保护是重中之重。这里主要针对应用和数据层面的密码应用要求，采用数字证书及相关技术来实现。

5.1身份真实性保护

流程如下：

图1 基于数字证书的身份鉴别流程

流程中，第5步，签名算法采用国密算法SM3withSM2[3]，Signed-Data数据参考技术标准GB/T35275-2017《信息安全技术SM2密码算法加密签名消息语法规范》。第9步，签名验签服务器验证证书有效性时，会通过信任证书链、证书有效期、密钥用法、证书策略、证书约束、证书注销状态等去验证。

本过程符合GB/T15843.3-2016《信息技术安全技术实体鉴别第3部分：采用数字签名技术的机制》规范里的“两次传递单向鉴别机制”。

用户提交到应用系统的鉴别信息主要是数字证书和对随机数的签名信息，这些信息都是非私密和非敏感的，不怕攻击者的截获。被签名信息是服务端产生的一个随机数，这样能防止重放攻击。攻击者那怕拿到了一个鉴别信息，但下次登录认证时，由于服务端产生的随机数不同，攻击者无法拿上一次的鉴别信息去登录系统。

用户的数字证书由持有电子认证服务许可的CA机构颁发。CA机构会充分审核用户的身份再签发证书，能充分保证登录用户的身份真实性，防止假冒的用户。用户的数字证书密钥介质采用具有国密产品资质的USBKey设备，以保证算法和私钥的安全。

5.2数据机密性保护

流程如下：

图2 基于数字证书的数据加密流程

流程中，第A3步，发送方产生随机数作为对称密钥，采用SM4对称加密算法对数据进行加密，再采用接收方加密证书公钥对对称密钥进行加密，最后组装成EnvelopedData数据结构，符合GB/T 35275标准。第A5步，服务端虽然保存EnvelopedData数据，但由于其不掌握加密证书对应私钥，所以无法解密信息，保障了敏感信息的机密性。第B3步，接收方采用加密证书私钥（在USBKey里面）解密EnvelopedData的对称密钥，再采用对称密钥解密出敏感数据。

采用EnvelopedData数据结构加密，既利用了对称加密算法的高效性，又利用了公钥证书的认证性，保证只有合法的用户才能解密出数据原文。

5.3数据完整性、不可否认性保护

采用数字证书电子签名技术，既可满足数据完整性保护，亦可满足数据不可否认性保护。

流程如下：

图3 基于数字证书的数据签名流程

流程和“4.1 身份真实性保护”类似。第4步，可以根据业务的需要，选择是否附署上时间戳签名。时间戳签名由第三方时间戳服务机构提供，用于保证数字签名时间的准确性、权威性。

数据经过数字签名后，无论是对数据原文进行修改还是对签名值进行修改，在接收方验证时均会提示数字签名无效。因此，数字签名能保证签名后的数据的完整性。另外，由于只有签名者才掌握有对应的私钥，其他人无法伪造出相同的数字签名出来，因此，能证明签名的来源是来自于私钥持有人，私钥持有人是不可否认的。

6.结束语

综上所知，采用数字证书和电子签名技术，能保障密码应用的身份真实性、数据机密性、数据完整性、不可否认性。另，采用持有电子认证服务许可的第三方机构颁发的数字证书，符合《中华人民共和国电子签名法》要求，具有法律效力，可应用于电子合同签名、电子招投标等应用场景。

7.参考文献：

《商用密码知识与政策干部读本》，人民出版社，2017年10月第1版
GM/T 0054—2018《信息系统密码应用基本要求》，国家密码管理局，2018年2月发布
GB/T 33560-2017《信息安全技术密码应用标识规范》，国家标准化管理委员会，2017年5月发布
GB/T 35275-2017《信息安全技术 SM2密码算法加密签名消息语法规范》，国家标准化管理委员会，2017年12月发布
GB/T 15843.3-2016《信息技术安全技术实体鉴别第3部分：采用数字签名技术的机制》，国家标准化管理委员会，2016年4月发布
GB/T 20518-2018《信息安全技术公钥基础设施数字证书格式规范》，国家标准化管理委员会，2018年6月发布
GM/T 0020-2012《证书应用综合服务接口规范》，国家密码管理局，2012年11月发布
GB/T 38629-2020《信息安全技术签名验签服务器技术规范》，国家标准化管理委员会，2020年4月发布

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