PKI是Public Key Infrastructure的缩写，其主要功能是绑定证书持有者的身份和相关的密钥对（通过为公钥及相关的用户身份信息签发数字证书），为用户提供方便的证书申请、证书作废、证书获取、证书状态查询的途径，并利用数字证书及相关的各种服务（证书发布，黑名单发布，时间戳服务等）实现通信中各实体的身份认证、完整性、抗抵赖性和保密性。

根据数字证书格式及密钥管理方式的不同，PKI也包括多种模式，如X.509模式、PGP模式、IBE/CPK模式、EMV模式等。X.509模式的PKI也称作PKIX。由于X.509标准已经成为数字证书格式的事实标准，因此大部分情况下PKI特指PKIX。如非特殊说明，本文中PKI均指PKIX。

PKI体系框架主要包括三部分内容。

1．数字证书与私钥

用户或系统只有拥有自己的公钥和私钥后，才能实现数字签名和加解密功能。由于公钥是随机产生的，因此从公钥无法直接判断属于哪个用户。

为解决公钥与用户映射关系问题，PKI引入了数字证书，用于建立公钥与用户之间的对应关系。数字证书实际上是一种特殊的文件格式，包含用户身份信息、用户公钥信息和CA私钥的数字签名。X.509标准规定了数字证书的具体格式。数字证书中只包含公钥，并不包括私钥。由于数字证书中包含CA私钥的数字签名，因此数字证书具有防伪性。由于数字证书中不包含秘密信息，因此数字证书具有公开性。数字证书作为网络身份证，可有效解决网络世界中“你是谁”的问题。

为保证私钥的安全性，一般将私钥保存在硬件密码设备中（如个人的私钥可保存在USBKey或lC卡中，系统的私钥可保存在加密机或加密卡中），而且不允许私钥导出硬件密码设备：通过口令、指纹等方式来访问控制该硬件密码设备。如果将私钥保存在硬盘文件中，则需要通过口令进行加密保护，但私钥文件容易被复制。

2．数字证书的管理

为解决数字证书的签发问题，PKI引入CA，对数字证书进行集中签发。CA是Certificate Authority的缩写，字面含义是证书权威，也称作CA中心、认证中心。CA中心拥有自己的公钥和私钥，使用其私钥给用户（包含CA中心自己）签发数字证书。

CA实际是一种特殊的公钥管理中心，为实现数字证书的安全性，对数字证书的全生命周期进行管理，主要包括：数字证书的签发和更新、数字证书的作废（注销、撤销或吊销）、数字证书的冻结（挂失）和解冻、数字证书的查询或下载、数字证书状态查询等。当私钥丢失时，如果没有备份和恢复机制，将导致公钥加密的所有数据都无法解密，可能给用户带来损失。为解决私钥的备份与恢复问题，PKI引入了KMC，用于对私钥的全生命周期进行管理。KMC是Key Management Center的缩写。用户公私钥对可由KMC产生，提交CA签发数字证书后，将私钥和数字证书同时安全移交给用户，而KMC将私钥留作备份，可按需要给用户恢复。用户公私钥对也可由用户自己产生（使用软件或密码设备），在向CA中心申请数字证书时，可将私钥安全提交KMC留作备份。

为防止用户身份被冒用，应保证用户私钥的唯一性，不允许备份恢复。为防止公钥加密后的数据无法解密，应提供用户私钥的备份恢复机制。为解决这两种矛盾的应用需求，PKI引入双证书机制：签名证书和加密证书。签名证书及私钥只用于签名验签，不能用于加密解密，该公私钥对必须由用户自己产生，KMC不备份签名私钥。加密证书及私钥只用于加密解密，不能用于签名验签，该公私钥对必须由KMC产生，且KMC对加密私钥进行备份。

CA中心存储着所有数字证书，并通过公开服务形式供用户随时查询或下载。为解决数字证书查询或下载的性能问题．避免CA中心成为性能瓶颈，PKI引入了LDAP技术，通过LDAP方式对外提供高速证书查询或下载服务。LDAP为轻量目录访问协议，是Light-weight Directory Access Protocol的缩写。

当用户私钥泄露后，CA中心有责任将该用户的证书标记为失效。但用户如何获得对方证书是否失效的状态呢？为方便用户获得证书状态，PKI引入了CRL和OCSP技术。CRL为证书作废列表，是Certificate Revocation List的缩写，也称作证书黑名单。OCSP为在线证书状态协议，是Online Certificate Status Protocol的缩写。

在保证CA系统安全性的前提下，为方便证书业务远程办理、方便证书管理流程与应用系统结合，PKI引入了RA，专门用RA对用户提供面对面的证书业务服务，负责用户证书办理／作废申请、用户身份审核、制作证书并移交用户等功能，而涉及证书签发时则提交CA系统集中处理。RA是Registry Authority的缩写，又称作RA中心、注册中心。有时候，证书管理流程会与应用业务流程结合，并不单独体现出来，如对于网上银行，证书管理流程就会融合到网银业务流程中。

为保证CA系统在数字证书管理方面的规范性、合规性和安全性，PKI引入电子认证服务机构，以第三方运营的方式对外提供数字证书相关服务。《电子签名法》规定：“电子签名需要第三方认证的，由依法设立的电子认证服务提供者提供认证服务。”显然，电子签名法不仅赋予了电子签名的法律效力，而且明确了电子认证服务提供者的法律地位。电子认证服务提供者，又称作电子认证服务机构或CA中心，需要独立运营，不仅需要满足政策法规的各项要求，而且需要满足业务运营的业务需求。

3．数字证书的应用

基于数字证书可实现四种基本安全功能：身份认证、保密性、完整性和抗抵赖性。

基于证书接口中间件（模块或组件），应用系统可以很方便地使用数字证书技术，从而提高应用系统的身份认证强度、保证应用系统中各种敏感数据的保密性、保证应用系统中各种敏感数据和交易记录的完整性、用户各种操作或交易的不可否认性（抗抵赖性）。

PKI技术经过30多年的发展历程，已经形成比较完善的标准规范体系，几乎覆盖应用系统的各个方面，目前很多软件都已经支持数字证书技术，如操作系统、数据库系统、Web服务器、应用服务器等。由于受应用环境多样性和应用技术复杂性的影响或限制，在不同的应用环境和应用技术下，数字证书技术应用的方式可能差异很大。

网上报税和网上银行是数字证书应用的典型案例。国内大部分省份上千万家企业已经通过数字证书在进行网上报税。数字证书（俗称U盾）已经成为国内网上银行的标准配置。如果没有数字证书，企业用户将不允许使用网上银行。上亿个人用户已经通过数字证书访问网上银行实现转账或汇款等资金操作。

PKI体系框架如下图：