本文介绍了公钥安全系统的基础，包括其优点和使用时需要的组件。还阐述了 Windows 2000 PKI 组件如何在保证协作性、安全性、灵活性和易用性的同时提供所需的服务。

    本白皮书有两个目的：解释公钥技术及其用途；解释 Microsoft? Windows? 2000 操作系统本身提供的 PKI 的功能和优点。了解这两方面有助于您决定怎样利用 PKI 技术以改进业务过程，并提高安全处理对外事务的能力。

    在本文中，您将了解到什么是公钥基础结构；它能给您的操作带来哪些好处；以及 Windows 2000 PKI 如何提供“协作性”、“安全性”、“灵活性”和“易用性”。

    本文件着重强调 Windows 2000 PKI 所带来的商业利益。如果读者想了解更多的技术说明,请参考： MS Windows 2000 公钥基础结构

    公钥加密为商业提供了三项非常有价值的能力。首先，它保障了数据的隐私权。其次，它允许使用用户和机器的可靠标识，或者叫做“身份验证”。最后，它具有不可否认的特点 - 它能证明某人采取过某项操作。商业方面运用这些能力的示例包括：

隐私权
    ·给通过 Internet 发送的电子邮件加密，以防止中途偷阅。
    ·客户访问您的站点时给网络通信加密，保护其订购信息和信用卡号码。
    ·为 NetMeeting? 会议软件会话加密，防止被窃听。

身份验证
    ·验证企业 Intranet 来访者的身份，以便允许其阅读某些文件。
    ·让客户相信他访问的网站是您的网站，而不是那些伪装的恶意网站。
    ·以真诚的方式为客户提供贵公司的年度报告。

不可否认性
    ·在您的电子商务站点强行创建不可修改的客户购买请求记录。
    ·签署合法的电子合同。

    公钥系统取决于公钥和私钥之间的数学关系。您不可能根据其中一把猜出另一把。公钥加密有两项基本操作：加密和签署。

    加密的目的是保护数据，只有预期的收阅方才能阅读。在公钥加密中，如果 Bob 想给 Alice 发些秘密的数据，就可用她的公钥加密后发送给她。 Alice 收到加密数据后，就用她的私钥来解密。这里有一个重要概念，即,Alice 可四处分发她的公钥，以便世界上的任何人都能给数据加密，但只有她自己能解密。如果 Bob 和 Chuck 都有她公钥的副本，那么即使 Chuck 截获了 Bob 给 Alice 的加密消息，他也无法解密，因为只有 Alice 的“私”钥能解密，而且也只有她有私钥。

    签署也要用到加密，但此时的目的是为了证明数据的来源。如果 Alice 希望别人知道她是某段消息的作者，她可用她的私钥加密，然后公开发表。此操作不保护数据的隐私权，因为很多人有她的公钥，任何人都可用她的公钥来解密此数据。但是，用 Alice 的公钥解密的前提是，数据要用她的私钥加密，而只有她有私钥，因此该信息肯定是 Alice 发出的。

    这两种操作可用来提供三项功能 - 隐私权、身份验证和不可否认性，使分布式安全性成为可能，从而保证了电子商务、Intranet、Extranet 和其它网上商业行为的成功实施。

    不论是电子邮件、通过 Internet 发送的信用卡号码还是网络通信等形式的数据，公钥加密都可通过数据加密来提供隐私保护，因为公钥可自由投递，完全陌生的人之间也可通过获得对方的公钥并加密数据而建立简单的私人联系。

    身份验证的另一个方法是，让客户相信，您提供了一特定的数据，而且此数据没被损坏。公钥加密能以“数字签名”的方式做到这一点，所谓数字签名指的是上面所述的公钥签署操作的一种延伸概念。如果 Bob 希望以数字方式签署其公司的年度报告，他首先要用一种叫做“散列算法”的算法生成此报告的唯一指纹。散列算法是专门设计的，它保证即使文档中只有一个字节的改动都会造成完全不同的散列。然后，他用其私钥加密报告和该散列。Alice（或任何其他人）可先用 Bob 的公钥来给该签名报告解密，验证其来源和真实性，然后自己计算指纹，并和收到的指纹对比。如果两者相符，则可证明两件事：报告未受到损坏；它的确是 Bob 发出的。

    ·管理密钥 ：PKI 方便了颁发新密钥、检查或吊销现有密钥、以及管理不同颁发者发行的密钥的信任程度。
    ·发行密钥 ：PKI 为客户端明确定义了定位和获得公钥，以及查看某公钥是否有效的途径。如果不能获得公钥和知道它的有效性，您的用户就不能利用公钥服务。
    ·使用密钥 ：PKI 为用户提供了便于使用密钥的途径 - 它不仅将密钥置于用户需要的地方，而且还提供了执行公钥加密的便于使用的应用程序，使之能保障电子邮件、电子商务和网络的安全。

    有了这些功能后，应用程序开发人员就可用它们开发出更安全的应用程序了。但是，那些应用程序需要有安全、便于使用、灵活的方式来管理、发行和使用公钥，这正是需要 PKI 的原因。

    实施 PKI 最好的地方是操作系统。操作系统已经提供了几个其它基础结构，如打印基础结构（它将文档移至打印机）和文件服务基础结构（它从共享存储器获得文件）。在这两种情况下，操作系统都提供了透明、方便地利用网络服务的能力，就和 PKI 一样。

    若要用实物比喻的话，请看您的皮包。如果您有驾驶执照，就可用它来比喻数字证书了。驾驶执照上有一个唯一的密钥（您的执照号码）和一些属性（到期日、您的姓名、地址、头发颜色等）。它由可信的机构颁发，上面有钢印，以防假冒。任何信任颁发驾照机构的人在检查钢印的完整性后,会相信其真实性。但是，该比喻在此处有不同之处 - 真实世界中，只有政府才能颁发驾驶执照，所以任何人都知道 Joe's Really Good DMV 颁发的驾照是无效的。对于数字证书，您该如何判断呢？

    答案在于“证书等级”概念。如图 1 所示的等级中，每个颁发者或“证书颁发机构”(CA) 用自己的私钥签署颁发的证书。证书颁发机构自己把一对密钥中的公钥打包到证书中,而证书则由更高级别的 CA 颁发。这种模式可按需要持续许多级，每级证书颁发机构都要证明它颁发的证书的真实性。但是，最后肯定需要一个顶级证书颁发机构，称为“根级证书颁发机构”。由于此等级结构中没有比根级证书颁发机构更高的级别了，因此没有人能证明其证书来源和真实性。于是，根级证书颁发机构签署自己的证书，它只要声明它是根级就可以了。

    显然，接受根级证书颁发机构关于其身份的声明是不安全的。若要验证根级证书颁发机构的证书，则必须用“外部”的方法来获得其公钥的可信副本，即，该副本来自网络外的第三方，用该密钥来验证根级证书的真实性。Microsoft 在许多采用了公钥的产品中（如 Internet Explorer）为许多知名的根级证书颁发机构提供公钥，以允许用户透明地验证这些根级证书颁发机构。根级证书颁发机构还提供其公钥的副本，以便用户从公共网站上下载。通过“外部”发送根级密钥后，用户就可验证根级证书，从而验证整个证书链。更妙是，由于每个证书的数字签名都有防伪作用，因此，证书链可在象 Internet 这样不安全的媒介上自由传递。

    每个证书颁发机构都有责任决定证书中应包括什么属性，以及在颁发证书前用什么机制来验证这些属性。对内部证书颁发机构来说，各单位可制定自己的策略，但您应该知道，其它单位的策略可能与您的大不一样。

    证书颁发机构还颁布“颁发证书吊销列表”(CRL)。当某证书被吊销后（不论是因为所有人的私钥泄露还是因为持有人已经与颁发者脱离关系），证书颁发机构会将它添加到 CRL，然后公布 CRL，以便客户端检查。这种方法就象信用卡发行商公布的失窃的信用卡列表一样，任何授权请求都必须先清除此列表，然后才能获准。

    应用程序可利用数字证书来推广公钥加密带来的好处，而且能结合加密技术的功能（如签署和加密），实现电子商务、网络的安全访问和其它有吸引力的服务。Microsoft 所有利用公钥加密技术的应用程序本身就启用了公钥。例如，Microsoft Outlook ? 的消息传递和协作客户端本身就支持签名和加密，此外还能利用数个来源的证书发行者和根级证书。Internet Explorer、Microsoft Money 和 Internet Information Server 能设置加密的网络会话。已启用 PKI 的应用程序还能依靠工业标准协议来加快开发，并可实现与其它单位之间更方便的协作。

    Windows 2000 PKI 建立在四个要素之上：
    ·协作性 ，即与基于其它标准的 PKI 组件交换信息、证书和服务的能力
    ·安全性 ，使用了稳定的加密算法和步骤，并且依靠成熟的、久经考验的代码和算法，从而保证了安全性
    ·灵活性 ，即以最少的麻烦将 PKI 配置到完全符合您的单位和业务要求的能力。
    ·易用性 ，便于 PKI 管理员、获得和使用证书的最终用户，以及启用 PKI 的应用程序的应用程序开发人员使用。

    Windows 2000 PKI 的基础是 Microsoft 加载可靠 PKI 组件的长期销售跟踪记录。Windows PKI 的主要组件有：
    ·证书服务 (Certificate Services)，它是一种核心操作系统服务，允许商业单位作为自己的证书颁发机构，发行和管理数字证书
    ·Active Directory? 目录服务，它是一种核心操作系统服务，提供了查找网络资源的唯一位置；在 PKI 中它充当发行服务。
    ·已启用 PKI 的应用程序，如 Internet Explorer、Microsoft Money、Internet Information Server、Outlook 和 Outlook Express，以及许许多多能和 Windows 2000 PKI 一起使用的第三方应用程序。
    ·Exchange Key Management Service (KMS) 是 Microsoft Exchange 的一个组件，它可获取用于加密电子邮件的密钥并对其进行归档。在以后的 Windows 版本中，KMS 会包含在 Windows 操作系统中，成为全企业的 KMS

    存在这些标准的理由很简单：获得真正的协作性的唯一途径是大力推广和使用开放的、不受供应商局限的标准。Microsoft 已经接受了关键的 PKI 安全性标准，并应用在其产品中。表 1 中列出了这些标准和解释其重要性的简单说明。

表 1 Windows 2000 支持的 PKI 标准

    算法或协议安全性的最终测试方法是，看它已成功地被大众使用了多长时间。Microsoft 谨慎地采用了已经通过这种测试期的成熟的算法和协议，而不是那些由单个供应商开发的，未经过大范围公开解析和检查的算法或协议。Windows 2000 支持所有主要的加密算法，包括 RSA 和 DSS（公钥加密）、MDS、MD5 和 SHA-1（散列算法）以及 RC2 和 RC4（私钥算法）。

    证书、CRL 和策略信息都存储在 Active Directory 中，这意味着可用 Active Directory 本身的功能对它们进行复制、镜像和分区操作。Active Directory 目录服务还能提供精确的访问控制，因此，管理员可精确指定谁能查看、更改和复制目录信息。与 Active Directory 集成的 PKI 组件可用其策略机制来控制谁可请求证书，谁可从目录中获得证书，证书的有效期有多长等。

    Microsoft Windows NT? 操作系统的设计从一开始就强调提供稳定的安全性。系统中的每一个对象 - 包括内存块、硬盘文件、进程和软盘驱动器和打印机这样的物理设备 - 都有自己的访问控制，而且操作系统在允许用户访问系统前会严格检查他们的身份。此外，Windows NT 和 Windows 2000 都提供完全的审核和日志记录。

    Windows NT 系列的安全性不是简单的推断，它经过第三方安全专家的验证。Windows NT 3.5 是美国政府评估的，满足 "Orange Book" 安全标准的 C2 级要求；Windows NT 3.5.1 的评估也是按英国政府 ITSEC 过程中基本相同的级别 (E2/F-C2) 进行的。Windows NT 4.0 已成功地通过了同一 E3/F-C2 级的评估，并即将完成 C2 评估。Windows 2000 发行时，Microsoft 计划提交进行 Common Criteria 评估，这是新兴的标准，它将统一美国和英国的评估过程。

    Microsoft 还将加密算法实施方案提交到美国国家标准学会 (National Institute of Standards and Technology，NIST)，按联邦信息处理标准 (Federal Information Processing Standard，FIPS) FIP-140-1 标准进行评估。FIPS 140-1 相当于一个基准，所有商业版的 DES、DSS 和 SHA-1 算法都要根据它进行评判。

    这些评估非常重要，因为它们按严格的、广为接受的信息保护和保障要求进行测试，并且是由独立的安全专家执行的。成功通过这些评估意味着用户不必只听 Microsoft 的一面之词，他们可自己去看第三方评估的结果。

    灵活性带来的收益有两种。首先，也是最明显的，它可降低获得所有权的总成本。配置良好的 PKI 可按需求设置，而不需要您花钱买额外的服务器、补充模块或每个证书的许可。第二个好处是提高了安全性 - 您可以只部署那些需要的 PKI 组件，并可按您喜欢的方式配置它们，这样就能够按自己的业务需求定制 PKI 的安全服务了。因为您可按“自己”喜欢的方式来配置该产品，所以要用组件提供一种没有安全设置的服务不会有太大的风险。

    如果您用过由 SSL 保护的网站，那么您可能对独立的 CA 模型（见图 2）比较熟悉。在独立模型中，某些第三方实体掌握着贵单位的根级密钥和证书，由它为您的用户颁发和吊销所有的证书。这种第三方实体可能是商业证书颁发机构，如 VeriSign、Thawte、Belsign 或 GTE Cybertrust，也可能是银行、法律公司、贸易协会或任何其它您委托发行证书的组织。

    此模型允许您在单位内/外进行委托信任，以便同外部安全地交换电子邮件和电子商务交易信息。独立 CA 还使您从复杂的证书颁发、吊销和跟踪工作中解放出来。但是，它需要您将证书管理委托给某些外部的实体，而且许多第三方 CA 要对发行的每个证书收取费用。

    在证书用于允许访问本地人力资源应用程序的情况下，颁发单位建立了自己的本地 CA，以便在本地进行管理，并确保证书只能颁发给雇员。在证书用于允许访问企业内部网 (Intranet)的情况下，颁发单位虽然打算保留对已颁发给雇员的证书的控制权，但仍然允许企业伙伴也可以拥有证书。在电子邮件签名证书的情况中，关键是要有任何人都能验证的证书，所以选择了商业 CA。

    当然，对于应用了任何种类的证书检查标准的 PKI 来说，都必须有可供核对的 CRL 和证书。过去这是部署 PKI 的一个主要障碍，因为传统的 PKI 系统没有好的办法来在发送者和接收者之间提供证书和 CRL 信息。Windows 2000 PKI 将证书和 CRL 信息保存到 Active Directory (AD)，这样 AD 和 LDAP 客户端就能够读取了；此外，客户端可从网络服务器上获得 CRL 和证书数据，而且发送人（或其管理员）可选择在每个发出的消息中包括整个证书和 CRL 链。这允许您让该目录处理信息的验证工作，同时可选择将信息发送到自己无法获取信息的客户端。

    关于 Windows 2000 PKI 执行证书验证的一个重要说明是，搜索、匹配和验证过程都是“透明”的。虽然任何验证都可扩展以详细解释证书和 CRL 的检查过程和结果，但发送者和接收者（不论是程序还是人）都不需要知道验证是如何进行的以及采用了什么标准。

    选择信任根级证书的同时也就是选择了信任由根级签署的证书。根据采用的 CA 模型的不同，这种选择的实际影响可大（选择信任大型的、广为使用的商业根级 CA）可小（如选择信任您自己的会计部门）。通常，这些是为整个企业做出的决定，但 Windows 2000 PKI 允许单个用户（或其管理员）自己做出信任决定。此外，管理员可根据组策略忽略或强化用户的信任决定。

    您还可选择让您信任的证书用于何种目的。X.509 v3 证书标准允许您指明证书是用于签名，加密还是兼而有之。例如，您可能希望每个人都有签名证书，但能加密的证书却只限于某些部门和个人。Microsoft 将此功能扩大到允许指定其它用途，包括签署软件组件，用智能卡登录，或恢复加密文件。使用 Windows 2000 PKI 时，颁发者能完全控制证书的用途。

    Windows 2000 PKI 提供了灵活的工具，使您能控制用户能/不能改变自己的信任决定和证书用途 - 包括验证策略。这些工具以 AD“组策略”为基础，并提供了从总策略转移到具体策略的变通方法。组策略是可以继承的；组织结构中的每一级都可有自己的设置，决定此级别应继承哪些设置，忽略哪些设置。策略管理：

    ·新添加的用户和计算机是否被自动注册并发给证书
    ·认为哪些根级证书是受信任的，较低级别的对象能否修改此列表
    ·具体的组策略中的设置是“可以”还是“必须”被较低级别的对象继承

    三个下属部门都有各自的一套组策略：

    ·市场组的组策略允许管理员在本地信任列表中添加或删除根级 CA，此列表是从企业根级别继承的列表的副本。但是市场组的管理员不能更改其它设置。
    ·研发部门的组策略强制规定该部门的用户只能信任由网络管理员指定的根级 CA，用户的本地信任列表不可更改。
    ·合资企业组有自己的本地根级别，由本地管理员做所有的信任决定。不用根级策略的任何信息，即使这些信息因继承而变得可以使用了。

    Windows 2000 PKI 完全支持这些安全要求。例如，现在的国防部证书策略规定，低保障的 CA 的证书必须每 5 年重新颁发，而中、高保障的证书必须每 3 年重新颁发。解决办法只需简单地定义两个有效期不同的证书模板。另一个例子是，管理员能完全控制何时及如何生成和分配 CRL，这意味着象信用卡发行商这样的发布新 CRL 有具体时间限制的单位可自动符合这些限制。

    Microsoft 做出了巨大的努力，使 Windows 2000 PKI 便于以下三个用户群使用：最终用户、管理员和开发人员。最终的结果是，Windows 2000 PKI 变得便于使用，因为 PKI 组件的特点是：

    ·包括在平台内 ，因此无需购买或安装额外的组件。这一点在需要混合使用部门或单位 CA 时尤其有用，因为 CA 软件本身就是操作系统内核的一部分。
    ·高度自动化 ，因此，与 PKI 相关的任务可作为系统的普通功能处理
    ·与用户熟悉的工具完全集成 ，包括 Microsoft 管理控制台 (MMC)、Internet Explorer 和用户和管理员已经知道如何使用的其它管理工具

    需要管理自己的证书时，用户可使用 MMC 的 Certificate Manager 管理单元，或者通过 Internet Explorer 的安全设置对话框来完成。用户可通过其中任何一种方法来：申请新证书；查看自己的或其它证书及其验证链；查看这些证书有哪些授权；以及进行其它操作。

    这种使用的方便性还可扩展到用 Microsoft PKI 支持库写的应用程序（参见 “便于开发人员使用”以了解更多信息。）任何第三方开发人员都可方便地在应用程序中加入对 Windows 2000 PKI 全部功能的访问，使程序支持 PKI，不需要用户学习新东西。例如，电子邮件应用程序可加入一个简单的复选框或选择按钮，让用户加密或签署邮件，同时不需要用户了解所用加密方法的基础。

    在 Windows 2000 中，MMC 是管理员完成所有管理工作（包括与 PKI 管理相关的工作）的标准工作区。通过 Certificate Services MMC 管理单元，管理员可轻松的完成 PKI 正常维护所需的所有日常工作：

    ·必要时吊销证书。
    ·查看证书或 CRL 的属性（包括验证间隔、最后一次的更新时间以及证书的成员身份）。
    ·定义证书属性模板，新创建的证书会自动继承这些属性。
    ·有合适的权限时，可更改用户、组和计算机的组策略设置。

    这些任务与现有的 MMC 完全集成，管理员可用熟悉的相同的工具和命令来完成这些任务。例如，图 9 显示，若要吊销某证书，管理员要做的全部工作就是用鼠标右键单击该证书，然后选择“吊销证书”命令。

    Active Directory 用户和组管理单元允许管理员管理 Active Directory 本身。除了您熟悉的标准目录管理任务外，管理员还可创建组策略以在整个网络上应用信任决定，通过某个证书颁发者颁发的证书来自动注册用户或机器，或者管理单个证书或 CRL 的位置和可用性。

    有了 Windows 2000 安全服务，希望开发理解 PKI 的应用程序的开发人员发现它比想象的还容易。这些服务免得每个开发人员都成为加密专家，从而节省了时间并提高了安全性。Windows 2000 提供三组独立的安全服务：

    ·CryptoAPI 1.0 提供已预先编写的公钥和私钥加密服务。无需了解所用算法和协议的复杂本质就可让应用程序获得加、解密服务功能。
    ·CryptoAPI 2.0 为理解证书的应用程序提供证书处理服务功能。它为应用程序提供的能力有：申请证书，验证证书链，以及从本地或 Active Directory 证书存储区上获得与证书相关的信息。
    ·Security Services Provider Interface (SSPI) 允许开发人员使用 Windows 2000 网络安全设置服务。支持 SSPI 的应用程序可将证书映射到 Windows 帐户，建立 SSL 会话，打开网络上的 IPSEC 通道，并且利用 Windows 2000 网络安全服务的全部功能

    Windows 2000 本身还支持智能卡和加密加速器；这意味着开发人员不费吹灰之力就可利用这些服务。只要制造商提供了 CroptoAPI 厂家模块，任何设备几乎不用再编程就可使用。

    公钥加密带来了重要的商业利益，包括能更隐秘、更安全、更有保障地进行电子商务和普通商业运作。要想提供这些优点，必须建立公钥基础结构，使之便于管理、发行和使用公钥。Windows 2000 提供的 PKI 与操作系统完全集成，能提供灵活、安全及可协作的服务，而且这些服务便于使用、部署和管理。

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