📖 密钥分发

🎯 课程摘要：密钥分发是密码系统中的重要问题，分为网外分发和网内自动分发两类。对称密钥的分发通过密钥分发中心(KDC)实现，KDC 为登记用户临时分配会话密钥，著名协议为 Kerberos。公钥的分发则通过认证中心(CA)签发数字证书实现，证书遵循 X.509 标准，全球范围内由公钥基础结构(PKI)提供证书签发与认证服务，采用层级认证结构。

📝 详细笔记

1. 密钥分发的概念

• 对称密钥密码体制：通信双方共享的密钥需要保密
• 公钥密码体制：公钥公开，但私钥仍需保密
• 核心原则：密钥系统的安全性完全依赖于对密钥的安全保护

密钥分发的分类：

密钥必须通过安全的通路进行分发。

2. 对称密钥的分发——KDC

对于对称密钥密码体制，目前常用的密钥分发方式是建立密钥分发中心(KDC)。

• KDC：一个公众都信任的机构
• 任务：给需要进行秘密通信的用户临时分配一个会话密钥
• 前提：用户 A 和 B 都是 KDC 的登记用户，登记时分别拥有自己与 KDC 通信的主密钥 K_A 和 K_B

KDC 密钥分发过程

⚠️ 重点注意事项

1. 在网络上传送的密钥都是用于加密的密钥，并且需要加密后才能传送；解密用的密钥都不在网上传送
2. KDC 分配给用户的主密钥（如 K_A 和 K_B）应当定期更换，以减少攻击者破译密钥的机会
3. KDC 可以在报文中加入时间戳，以防止报文的截获者利用之前已记录下的报文进行重放攻击

Kerberos 协议

• 由美国麻省理工学院(MIT)开发
• 是目前最出名的密钥分发协议

3. 公钥的分发——CA 认证中心

公钥密码体制中的公钥是公开的（私钥仍需保密）。若每个用户都知道其他用户的公钥，用户之间即可实现安全通信。然而，如果通过网络随意公布用户的公钥，会面临极大的安全风险。

风险示例：

• 攻击者 C 伪装成用户 A 欺骗用户 B
• C 用自己的私钥 SK_C 对伪造报文进行数字签名，并附上自己的公钥 PK_C，谎称该公钥是 A 的
• B 收到后如何知道公钥 PK_C 不是 A 的？

显然，这需要有一个值得信赖的机构将公钥与其对应的实体进行绑定。

认证中心(CA)

• 认证中心(CA)：将公钥与对应实体（人或机器）进行绑定的值得信赖的机构
• 性质：一般由政府出资建立
• 数字证书：CA 为用户公钥签发的证书，包含公钥及其拥有者的身份标识信息（如人名、公司名或 IP 地址等）

CA 签发证书的过程

⚠️ 重点注意事项

1. CA 为用户产生的公钥／私钥对中的私钥必须由证书拥有者自己秘密保存
2. 任何人都可从可信的地方（例如代表政府的报纸）获取 CA 自身的公钥，并用该公钥验证某个证书是否是 CA 签发的真实证书
3. 一旦证书被鉴别为真实，则可相信证书中的公钥确实属于证书中声称的用户

4. 公钥基础结构（PKI）

若全世界仅使用一个 CA 来签发证书，则会出现负载过重和单点故障等问题。

• PKI：Internet 采用 RFC 5280 文档给出的、在全球范围内为所有 Internet 用户提供证书签发与认证服务的公钥基础结构

PKI 层级认证结构

• 层级关系：下级 CA 的证书由上级 CA 签发和认证

• 根认证中心：所有用户都信赖顶级的根认证中心；对中间 CA 可以信任也可以不信任

• 证书验证追溯过程：

  1. 用户可在自己信任的 CA 获取个人证书
  2. 验证来自不信任 CA 签发的证书时，需到上一级 CA 验证该证书真伪
  3. 若上一级 CA 也不可信，则到更上一级 CA 验证
  4. 一直追溯到可信任的 CA，最终有可能追溯到顶级的根认证中心

• 数字证书标准：X.509（RFC 5280）

💡 核心总结

• 密钥分发分为网外分发（信使）和网内自动分发两类，大型网络采用后者
• 对称密钥分发通过 KDC 实现：KDC 用主密钥加密会话密钥和票据，著名协议为 Kerberos
• 公钥分发通过 CA 认证中心签发数字证书实现，证书包含公钥和身份标识，由 CA 私钥签名
• 全球公钥分发采用 PKI 层级结构，证书验证可追溯至根认证中心
• 证书标准遵循 X.509（RFC 5280）

❓ 课后思考 / 经典考题

1. 画图说明 KDC 为用户 A 和 B 分配会话密钥 K_AB 的完整过程，并指出票据的作用。
2. KDC 分发密钥时有哪些注意事项？为何要加入时间戳？
3. 为什么不能通过网络随意公布用户的公钥？CA 如何解决公钥与实体绑定的问题？
4. 简述 CA 签发数字证书的完整过程，并说明验证证书的依据是什么。
5. 什么是 PKI？为什么要采用层级认证结构而非单一 CA？画图说明证书验证的追溯过程。