Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống cấp chứng chỉ số dựa trên hạ tầng khóa công khai

Nhiều thủ tục xác thực đã được nghiên cứu và sử dụng như Kerberos, X.509… Một ưu điểm nữa của các hệ mật mã khoá công khai là các ứng dụng của nó trong lĩnh vực chữ kí số, cùng với các k

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

HOÀNG THỊ THÚY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XÂY DỰNG

HỆ THỐNG CẤP CHỨNG CHỈ SỐ DỰA TRÊN HẠ TẦNG KHÓA CÔNG KHAI

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN TAM

Thái Nguyên 10/2013

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Nguyễn Văn Tam, người thầy đã cho tôi những định hướng và những ý kiến rất quý báu về công nghệ PKI cũng như cách để triển khai ứng dụng trên nó

Tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô, bạn bè cùng khoá

đã quan tâm, giúp đỡ tôi tiến bộ trong suốt thời gian qua Tôi xin cảm

ơn trường Đại học Thái Nguyên cũng như trường Đại học Kinh Doanh

và Công nghệ Hà Nội đã hết sức tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học và làm luận văn này

Luận văn được hoàn thành trong thời gian rất hạn hẹp, và chắc chắn còn nhiều khiếm khuyết cần bổ sung thêm Tôi xin cảm ơn các thầy

cô, bạn bè và người thân đã và sẽ có những góp ý chân tình cho nội dung của luận văn này, để tôi có thể tiếp tục đi sâu tìm hiểu về PKI, CA

và hy vọng có thể đưa vào ứng dụng thực tiễn công tác

Hoàng Thị Thúy

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục từ viết tắt iv

Danh mục hình vẽ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ MẬT MÃ 2

1.1 Hệ mật mã khoá đối xứng 3

1.2 Hệ mật mã khoá công khai 4

1.3 Hàm băm 8

1.4 Chữ kí số 11

CHƯƠNG 2 : CHỨNG CHỈ SỐ VÀ HỆ THỐNG CẤP CHỨNG CHỈ CA 13

2.1 Chứng chỉ số (digital certificates) 14

2.1.1 Chứng chỉ khóa công khai 14

2.1.2 Chứng chỉ khoá công khai X.509 16

2.1.3 Thu hồi chứng chỉ 20

2.1.4 Chính sách đối với chứng chỉ số 21

2.1.5 Công bố và gửi thông báo thu hồi chứng chỉ 22

2.2 Hạ tầng khóa công khai – PKI 25

2.3 Hệ thống cấp chứng chỉ số (Certification Authority – CA) 30

2.4 Mô hình tin cậy cho PKI 31

2.4.1 Mô hình CA đơn 31

2.4.2 Mô hình phân cấp 33

2.4.3 Mô hình mắt lưới (xác thực chéo) 34

2.4.4 Mô hình Hub và Spoke (Bridge CA) 36

2.4.5 Mô hình Web (Trust Lists) 37

2.4.6 Mô hình người sử dụng trung tâm (User Centric Model) 38

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẤP CHỨNG CHỈ SỐ

THỬ NGHIỆM 40

3.1 Tổng quan về hệ thống 41

3.1.1 Mô hình hệ thống 41

3.1.2 Một số đặc tính của hệ thống cung cấp chứng chỉ số 41

3.2 Chức năng và quá trình khởi tạo các thành phần trong hệ thống cung cấp chứng chỉ số JavaCA 46

3.2.1 Certificate Authority - CA 46

3.2.2 Registration Authority - RA 47

3.2.3 RAO 47

3.2.4 LDAP và Public Database Server 48

3.3 Qui trình đăng kí, cấp phát chứng chỉ 49

3.4 Thử nghiệm sản phẩm 50

3.4.1 Thử nghiệm phía quản trị 50

3.4.2 Thử nghiệm phía người dùng 50

3.5 Đánh giá chung 50

Kết quả nghiên cứu 53

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Standardization

Telecommunication

Extensions

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.2: Mã hoá thông điệp sử dụng khoá công khai C 5

Hình 1.3: Giải mã thông điệp sử dụng khoá riêng của người nhận 5

Hình 1.4: Sơ đồ hệ mật mã RSA 6

Hình 1.5: Mã hoá thông điệp sử dụng khoá bí mật R để mã thông điệp và khoá công khai C để mã khoá bí mật R 7

Hình 1.6: Giải mã thông điệp sử dụng khoá bí mật C để giải mã thông điệp7 và khoá riêng R để giải mã khoá bí mật C 7

Hình 1.7: Nhiều thông điệp nguồn cho cùng 1 kết quả đích sau mã hoá/ kí số 9

Hình 1.8: Sơ đồ chữ kí RSA 12

Hình 2.1: Khuôn dạng chứng chỉ X.509 17

Hình 2.2: Khuôn dạng danh sách chứng chỉ bị thu hồi 23

Hình 2.3: Dịch vụ kiểm tra online 25

Hình 2.4: Các thành phần PKI 26

Hình 2.5: Mô hình CA đơn 32

Hình 2.6: Mô hình phân cấp 33

Hình 2.7: Mô hình mắt lưới 35

Hình 3.1: Mô hình hệ thống cung cấp chứng chỉ số 41

Hình 3.2: Tệp yêu cầu cấp chứng chỉ 43

Hình 3.3: Chứng chỉ lưu khoá công khai của rootCAtrong hệ thống JavaCA 44

Hình 3.4: Chứng chỉ của người sử dụng 45

Hình 3.5: Mô hình mô phỏng hệ thống JavaCA phân cấp hai tầng 47

Hình 3.6: Mô hình quan hệ và trao đổi dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống 49

Hình 3.7: Mô hình đăng kí và cấp chứng chỉ số 49

MỞ ĐẦU

Các dịch vụ trên mạng Internet/Intranet ngày càng phong phú nhưng mức độ đe dọa đến an ninh thông tin trên mạng như làm thất thoát, sai lệch thông tin, giả mạo thông tin và người dùng ngày càng trở nên nghiêm trọng Nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin an toàn và có tính bảo mật cao đang

là nhu cầu cấp bách hiện nay Thuật toán mật mã khóa công khai, đặc biệt là thuật toán RSA cho phép mã hóa, thực hiện chữ kí số để bảo đảm tính mật, tính xác thực, tính toàn vẹn thông tin khi truyền trên mạng Tuy nhiên, khóa công khái có thể bị giả mạo do vậy Nhà cung cấp phải chứng thực số (Certificate Authority - CA) chứng thực khóa công khai thuộc về ai Chính vì

vậy học viên chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống cấp chứng chỉ số dựa trên hạ tầng khóa công khai” với mục đích tìm hiểu về

chứng chỉ số, hạ tầng khóa công khai PKI và triển khai thử nghiệm một hệ thống cung cấp chứng chỉ số để minh họa

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ MẬT MÃ

Mật mã đã được con người sử dụng từ lâu Các hình thức mật mã sơ khai đã được tìm thấy từ khoảng bốn nghìn năm trước trong nền văn minh Ai Cập cổ đại Trải qua hàng nghìn năm lịch sử, mật mã đã được sử dụng rộng rãi ở khắp nơi trên thế giới để giữ bí mật cho việc trao đổi thông tin trong nhiều lĩnh vực hoạt động giữa con người và các quốc gia, đặc biệt trong các lĩnh vực quân sự, chính trị, ngoại giao

Mật mã trước hết là một loại hoạt động thực tiễn, nội dung chính của

nó là để giữ bí mật thông tin Ví dụ muốn gửi một văn bản từ một người gửi

A đến một người nhận B, A phải tạo cho văn bản đó một bản mã mật tương ứng và thay vì gửi văn bản rõ thì A chỉ gửi cho B bản đã mã mật, B nhận được bản mã mật và khôi phục lại văn bản gốc để hiểu được thông tin mà A muốn gửi cho mình Văn bản gửi đi thường được chuyển qua các con đường công khai nên người ngoài có thể “lấy trộm” được, nhưng vì đó chỉ là bản mã mật nên không đọc hiểu được A có thể tạo ra bản mã mật và B có thể giải bản mã mật thành bản gốc để hiểu được là do hai người đã có một thỏa thuận

về một chìa khoá chung, chỉ với khoá chung này thì A mới tạo được bản mã mật từ bản gốc và B mới khôi phục được bản gốc từ bản mã mật Khoá chung

đó được gọi là khoá mật mã Để thực hiện được một phép mật mã, ta cần có một thuật toán biến bản gốc cùng với khoá mật mã thành bản mã mật và một thuật toán ngược lại biến bản mật cùng với khoá mật mã thành bản gốc Các thuật toán đó được gọi tương ứng là thuật toán lập mã và thuật toán giải mã Các thuật toán này thường không nhất thiết phải giữ bí mật, mà cái luôn cần được giữ bí mật là khoá mật mã Trong thực tiễn, có những hoạt động ngược lại với hoạt động bảo mật là khám phá bí mật từ các bản mã “lấy trộm” được, hoạt động này thường được gọi là mã thám hay phá khoá.[2]

Hệ mã chuẩn DES (viết tắt của Data Encryption Standard, hay Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu) là một phương pháp mật mã hóa được FIPS (Tiêu chuẩn Xử lý Thông tin Liên bang Hoa Kỳ) chọn làm chuẩn chính thức vào năm 1976 Sau đó chuẩn này được sử dụng rộng rãi trên phạm vi thế giới Ngay từ đầu, thuật toán của nó đã gây ra rất nhiều tranh cãi, do nó bao gồm các thành phần thiết kế mật, độ dài khóa tương đối ngắn, và các nghi ngờ về cửa sau để Cơ quan An ninh quốc gia Hoa Kỳ (NSA) có thể bẻ khóa Đây là một ví dụ về mật mã cổ điển DES kết hợp cả hai phương pháp thay thế và chuyển dịch DES thực hiện mã hoá trên từng khối bản rõ là một xâu 64 bit,

có khoá là một xâu 56 bit và cho ra bản mã cũng là một xâu 64 bit Hiện nay, DES và biến thể của nó (3DES) vẫn được sử dụng thành công trong nhiều ứng dụng

Trong các hệ mã đối xứng chỉ có một khoá được chia sẻ giữa các bên tham gia liên lạc Cứ mỗi lần truyền tin bảo mật, cả người gửi A và người nhận B cùng thỏa thuận trước với nhau một khoá chung K, sau đó người gửi dùng eK để lập mã cho thông báo gửi đi và người nhận dùng dK để giải mã bản mật mã nhận được

Người gửi và người nhận có cùng một khoá chung K, được giữ bí mật dùng cho cả lập mã và giải mã Những hệ mật mã cổ điển với cách sử dụng trên được gọi là mật mã khoá đối xứng hay còn gọi là mật mã khoá bí mật Độ

an toàn của hệ mật mã đối xứng phụ thuộc vào khoá Nếu để lộ khoá thì bất

kỳ người nào cũng có thể mã hoá và giải mã thông điệp

Ưu điểm nổi bật của các hệ mật mã khoá đối xứng là việc xây dựng một hệ mật mã có độ bảo mật cao khá dễ dàng về mặt lý thuyết Nhưng nếu không kể đến việc cần có một nguồn sinh khoá ngẫu nhiên thì việc phân phối, lưu trữ bảo mật và thỏa thuận khoá là một vấn đề khó chấp nhận được trong mạng truyền thông ngày nay Trong một mạng có n người dùng, nếu cần khoá cho từng cặp thì cần n(n+1)/2 khoá

Để khắc phục hiện tượng không thể lưu trữ một khối lượng khoá quá lớn đáp ứng được nhu cầu mã dịch, người ta xem xét đến việc sử dụng các hệ mật mã khối với độ dài không lớn lắm như DES… hoặc các hệ mật mã dạng

mà khoá được sinh ra từ một nguồn giả ngẫu nhiên bằng thuật toán Mặc dù

đã thực hiện việc mã hoá và giải mã bằng các hệ mật mã khối hay bằng thuật toán sinh khoá như đã nêu ở trên thì vấn đề phân phối và thỏa thuận khoá vẫn phải được thực hiện Như vậy phân phối và thỏa thuận khoá là một vấn đề chưa thể được giải quyết trong các hệ mật mã khoá đối xứng

1.2 Hệ mật mã khoá công khai

Để giải quyết vấn đề phân phối và thỏa thuận khoá của mật mã khoá đối xứng, năm 1976 Diffie và Hellman đã đưa ra khái niệm về hệ mật mã khoá công khai và một phương pháp trao đổi công khai để tạo ra một khoá bí mật chung mà tính an toàn được bảo đảm bởi độ khó của một bài toán cụ thể (là bài toán tính “logarit rời rạc”) Hệ mật mã khoá công khai hay còn được gọi là hệ mật mã phi đối xứng sử dụng một cặp khoá, khoá mã hoá còn gọi là khoá công khai (public key - c) và khoá giải mã được gọi là khóa riêng (private key - r) Trong hệ mật này, khoá mã hoá khác với khoá giải mã Về mặt toán học thì từ khoá công khai rất khó tính được khoá riêng Biết được khoá này không dễ dàng tìm được khoá kia

Khoá giải mã được giữ bí mật trong khi khoá mã hoá được công bố công khai Một người bất kỳ có thể sử dụng khoá công khai để mã hoá tin tức, nhưng chỉ có người nào có đúng khoá giải mã mới có khả năng xem được bản

rõ Người gửi A sẽ mã hoá thông điệp bằng khóa công khai của người nhận

và người nhận B sẽ giải mã thông điệp với khoá riêng tương ứng của mình Quá trình này được mô tả trong hình 1.2 và 1.3

Có nhiều hệ thống khoá công khai được triển khai rộng rãi như hệ RSA, hệ ElGamal sử dụng giao thức trao đổi khoá Diffie-Hellman và nổi lên

Hình 1.2: Mã hoá thông điệp sử dụng khoá công khai C

trong những năm gần đây là hệ đường cong Elliptic Trong số các hệ mật mã trên thì hệ RSA là hệ được cộng đồng chuẩn quốc tế và công nghiệp chấp nhận rộng rãi trong việc thực thi mật mã khoá công khai

Hệ mật mã RSA, do Rivest, Shamir và Adleman [12] tìm ra, đã được công bố lần đầu tiên vào tháng 8 năm 1977 trên tạp chí Scientific American

Hệ mật mã RSA được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn đặc biệt cho mục đích bảo mật và xác thực dữ liệu số Tính bảo mật và an toàn của chúng được bảo đảm bằng độ phức tạp của một bài toán số học nổi tiếng là bài toán phân tích số nguyên thành các thừa số nguyên tố Hệ mật mã RSA được mô tả như hình 1.4

Việc phát minh ra phương pháp mã công khai tạo ra một cuộc “cách mạng” trong công nghệ an toàn thông tin điện tử Nhưng thực tiễn triển khai cho thấy tốc độ mã hoá khối dữ liệu lớn bằng các thuật toán mã hoá công khai chậm hơn rất nhiều so với hệ mã hoá đối xứng Ví dụ, để đạt được độ an toàn như các hệ mã đối xứng mạnh cùng thời, RSA đòi hỏi thời gian cho việc mã hoá một văn bản lâu hơn gấp hàng ngàn lần Do đó, thay bằng việc mã hoá

Tạo khóa: Khi đăng kí khóa, hệ thống sẽ sinh ra hai khóa đó là

khóa công khai (Public key - c ) và khóa bí mật (Private key - r)

Bước 1: Chọn p, q là hai số nguyên tố lớn

Bước 2: Cho n = p.q

Bước 3: φ(n) = (p-1)(q-1)

Bước 4: (r, φ)=1 (chọn r thỏa mãn điều kiện này)

Bước 5: Chọn c thỏa mãn điều kiện c.r % φ =1

Sau khi hoàn thành 5 bước trên sẽ tạo ra hai khóa:

- Khóa riêng: (r, n)

- Khóa công khai: (c, n)

Hình 1.4: Sơ đồ hệ mật mã RSA

văn bản có kích thước lớn bằng lược đồ khoá công khai thì văn bản này sẽ được mã hoá bằng một hệ mã đối xứng có tốc độ cao như DES, IDEA,… sau

đó khoá được sử dụng trong hệ mã đối xứng sẽ được mã hoá sử dụng mật mã khoá công khai Phương pháp này rất khả thi trong việc mã và giải mã những văn bản có kích thước lớn như được mô tả trong hình 1.5 và 1.6

Secret Key R

Public Key C

Of B

Directory

of Public Key

Hình 1.5: Mã hoá thông điệp sử dụng khoá bí mật R để mã thông điệp

và khoá công khai C để mã khoá bí mật R

Hình 1.6: Giải mã thông điệp sử dụng khoá bí mật C để giải mã thông điệp

và khoá riêng R để giải mã khoá bí mật C

Vấn đề còn tồn đọng của hệ mật mã khoá đối xứng được giải quyết nhờ

hệ mật mã khoá công khai Chính ưu điểm này đã thu hút nhiều trí tuệ vào việc đề xuất, đánh giá các hệ mật mã công khai Nhưng do bản thân các hệ mật mã khoá công khai đều dựa vào các giả thiết liên quan đến các bài toán khó nên đa số các hệ mật mã này đều có tốc độ mã dịch không nhanh lắm Chính nhược điểm này làm cho các hệ mật mã khoá công khai khó được dùng một cách độc lập Một vấn đề nữa nảy sinh khi sử dụng các hệ mật mã khóa công khai là việc xác thực mà trong mô hình hệ mật mã đối xứng không đặt

ra Do các khoá mã công khai được công bố một cách công khai trên mạng cho nên việc đảm bảo rằng “khoá được công bố có đúng là của đối tượng cần liên lạc hay không?” là một kẽ hở có thể bị lợi dụng Vấn đề xác thực này được giải quyết cũng chính bằng các hệ mật mã khoá công khai Nhiều thủ tục xác thực đã được nghiên cứu và sử dụng như Kerberos, X.509… Một ưu điểm nữa của các hệ mật mã khoá công khai là các ứng dụng của nó trong lĩnh vực chữ kí số, cùng với các kết quả về hàm băm, thủ tục kí để bảo đảm tính toàn vẹn của một văn bản được giải quyết

1.3 Hàm băm

Việc sử dụng các hệ mật mã và sơ đồ chữ kí số thường là mã hóa và kí

số trên từng bit của thông tin, thời gian để mã hóa và kí sẽ tỷ lệ thuận với dung lượng của thông tin Thêm vào đó có thể xảy ra trường hợp: với nhiều bức thông điệp đầu vào khác nhau, sử dụng hệ mật mã, sơ đồ kí số giống nhau (có thể khác nhau) thì cho ra kết quả bản mã, bản kí số giống nhau (ánh xạ N-1: nhiều – một), như hình 1.7 Điều này sẽ dẫn đến một số rắc rối về sau cho việc xác thực thông tin

Các sơ đồ kí số thường chỉ được sử dụng để kí các bức thông điệp (thông tin) có kích thước nhỏ và sau khi kí bản kí số có kích thước gấp đôi bản thông điệp gốc Ví dụ với sơ đồ chữ kí chuẩn DSS kí trên các bức thông điệp có kích thước 160bit, bản kí số sẽ có kích thước 320bit Trong khi đó trên thực tế, ta cần phải kí các thông điệp có kích thước lớn hơn nhiều, chẳng hạn vài chục MegaByte Hơn nữa, để đáp ứng yêu cầu xác thực sau khi thông tin đến người nhận, dữ liệu truyền qua mạng không chỉ là bản thông điệp gốc,

mà còn bao gồm cả bản kí số (có dung lượng gấp đôi dung lượng bản thông điệp gốc) Một cách đơn giản để giải quyết vấn đề trên (với thông điệp có kích thước lớn) này là chặt thông điệp thành nhiều đoạn 160bit, sau đó kí lên các đoạn đó độc lập nhau Nhưng sử dụng biện pháp này sẽ có một số vấn đề gặp phải trong việc tạo ra các chữ kí số:

- Thứ nhất: với một thông điệp có kích thước a, thì sau khi kí kích thước của chữ kí sẽ là 2a (trong trường hợp sử dụng DSS)

Sơ đồ kí số

Bản mã hay Bản kí số

Hình 1.7: Nhiều thông điệp nguồn cho cùng 1 kết quả đích sau mã hoá/ kí số

- Thứ hai: với các chữ kí “an toàn” thì tốc độ chậm vì chúng dùng nhiều phép tính số học phức tạp như số mũ modulo

- Thứ ba: vấn đề nghiêm trọng hơn đó là kết quả sau khi kí, nội dung của thông điệp có thể bị xáo trộn các đoạn với nhau, hoặc một số đoạn trong chúng có thể bị mất mát, trong khi người nhận cần phải xác minh lại thông điệp Do đó, ta cần phải bảo đảm tính toàn vẹn của thông điệp

Giải pháp cho các vấn đề vướng mắc đến chữ kí số là dùng hàm băm để trợ giúp cho việc kí số Hàm băm - hiểu theo một nghĩa đơn giản là hàm cho tương ứng một mảng dữ liệu lớn với một mảng dữ liệu nhỏ hơn - được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau của tin học, không chỉ thuộc phạm vi mật mã học [1] Hàm băm được đề cập đến trong phạm vi luận văn là hàm băm một chiều, có tác dụng trợ giúp cho các sơ đồ kí số nhằm làm giảm dung lượng của dữ liệu cần thiết để truyền qua mạng Hàm băm ở đây được hiểu là các thuật toán không sử dụng khoá để mã hóa (ở đây ta dùng thuật ngữ

“băm” thay cho “mã hoá”), nó có nhiệm vụ băm thông điệp được đưa vào theo một thuật toán h một chiều nào đó, rồi đưa ra một bản băm – văn bản đại diện – có kích thước cố định Giá trị của hàm băm là duy nhất và không thể suy ngược lại được nội dung thông điệp từ giá trị băm này Hàm băm một chiều h có một số đặc tính quan trọng sau:

- Với thông điệp đầu vào T thu được bản băm T’ = h(T) là duy nhất

- Nếu dữ liệu trong thông điệp T thay đổi hay bị xóa để thành thông điệp T” thì h(T”) ≠ h(T) Cho dù chỉ là một sự thay đổi nhỏ hay chỉ là xóa đi 1 bit dữ liệu của thông điệp thì giá trị băm cũng vẫn thay đổi Điều này có nghĩa là: Hai thông điệp hoàn toàn khác nhau thì giá trị hàm băm cũng khác nhau

- Nội dung của thông điệp gốc không thể bị suy ra từ giá trị hàm băm Nghĩa là với thông điệp T thì dễ dàng tính được T’ = h(T), nhưng lại không thể suy ngược lại được T nếu chỉ biết giá trị hàm băm h(T)

Một số thuật toán băm được biết đến nhiều là hàm băm dạng và hàm băm chuẩn như: [MD2], [MD4], [MD5], [SHA-1]…

1.4 Chữ kí số

Mật mã khoá công khai có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau Chữ kí số là một ví dụ minh chứng cho việc đảm bảo xác thực người dùng và toàn vẹn dữ liệu Nếu người gửi A mã hoá thông điệp hay tài liệu với khoá riêng của mình thì bất kỳ ai cũng có thể giải mã thông điệp với khoá công của A Do đó, người nhận có thể chắc chắn rằng thông điệp mình nhận chỉ có thể do A mã vì chỉ A mới có khoá riêng của mình Quá trình mã hoá thông điệp với khoá riêng của người gửi gọi là quá trình “kí số”

Trong thực tế, quá trình kí số thường khó hơn Thay bằng việc mã bản thông điệp gốc với khoá riêng của người gửi thì chỉ có bản đại diện thông điệp (bản băm) có độ dài cố định được mã hoá với khoá riêng của người gửi

và bản băm đã được mã hoá này được gắn vào với thông điệp gốc Người nhận B sau khi nhận được thông điệp đầu tiên sẽ giải mã bản băm với khoá công của người gửi, sau đó băm thông điệp đi kèm bằng thuật toán băm tương ứng với thuật toán băm người gửi đã sử dụng B so sánh hai giá trị băm nếu giống nhau thì chắc chắn rằng thông điệp A gửi cho B còn nguyên vẹn, đồng thời xác thực được người gửi thông tin là ai

Tính toàn vẹn của thông điệp được đảm bảo vì chỉ thay đổi một bit trong thông điệp gửi đi thì kết quả hai giá trị băm sẽ khác nhau Tính xác thực

của người gửi cũng được đảm bảo vì chỉ có người gửi A mới có khoá riêng để

mã bản băm Chữ kí số cũng chứng minh được tính chống chối bỏ bản gốc vì chỉ có A mới có khoá riêng dùng để kí số

Sơ đồ chữ kí được định nghĩa như sau:

Sơ đồ chữ kí là một bộ năm (P, A, K, S, V), trong đó:

1 P là một tập hữu hạn các văn bản có thể

2 A là một tập hữu hạn các chữ kí có thể

3 K là một tập hữu hạn các khoá có thể

4 S là tập các thuật toán kí

5 V là tập các thuật toán kiểm thử

6 Với mỗi k ∈ K, có một thuật toán kí sigk∈ S, sigk: P → A và một thuật toán kiểm thử verk∈ V, verk: P x A → {đúng, sai}, thỏa mãn điều kiện sau đây với mọi x ∈ P, y ∈ A:

verk(x, y) = đúng, nếu y = sigk(x) sai, nếu y ≠ sigk(x) RSA cũng là thuật toán được dùng nhiều cho mục đích kí số Sơ đồ chữ kí RSA được mô tả như trong hình 1.8

Cho n = p*q với p, q là số nguyên tố lớn Đặt P = A = Zn

K = {(n, p, q, a, b)/ n = p*q, a*b ≡ 1 mod φ (n)}

trong đó (n, b) là công khai, (a, p, q) là bí mật

Với mỗi K = (n, p, q, a, b), mỗi x ∈ P, ta định nghĩa:

y = sigK(x) = xa mod n, y ∈ A verK(x, y) = đúng ⇔ x ≡ yb mod n

Hình 1.8: Sơ đồ chữ kí RSA

CHƯƠNG 2 CHỨNG CHỈ SỐ VÀ HỆ THỐNG CẤP CHỨNG CHỈ CA

Mật mã khoá công khai cho đến nay được xem là giải pháp tốt nhất để đảm bảo được các yêu cầu về an toàn thông tin mạng: “bảo mật”, “toàn vẹn”,

“xác thực” và “chống chối bỏ” Mặc dù vẫn còn mới khi so sánh với các phương pháp mã cổ điển nhưng mật mã khoá công khai đã nhận được sự tin cậy rộng rãi của thế giới Internet vì những công cụ có khả năng phát triển cho vấn đề quản lý khoá

Như đã đề cập ở trên, vấn đề chính của hệ mã khoá đối xứng là vấn đề quản lý khoá và để giải quyết vấn đề này hệ mã khoá công khai đã được đưa

ra như một giải pháp Trong hệ thống mật mã khoá công khai, khoá riêng (khoá bí mật) được người dùng giữ bí mật trong khi khoá công khai với tên của người sở hữu tương ứng lại được công bố công khai Đối với hệ thống như thế này, ta cần xác định và trả lời một số câu hỏi như:

- Ai sẽ tạo ra cặp khoá công khai – bí mật?

- Dữ liệu sẽ được lưu dưới định dạng như thế nào trong hệ thống lưu trữ (khoá công khai, định danh của người sở hữu và các thông tin khác)?

- Có cơ chế nào để giữ cho thông tin không bị thay đổi trên hệ thống lưu trữ?

- Làm thế nào để đảm bảo việc gắn kết giữa khoá công khai và định danh của thực thể yêu cầu có khoá công khai?

- Làm thế nào để người sử dụng có thể truy cập được đến nơi lưu trữ?

- Làm thế nào người sử dụng nhận biết được có sự thay đổi trong dữ liệu đang được lưu trên hệ thống lưu trữ?

- Điều gì sẽ xảy ra với khoá công khai nếu khoá riêng tương ứng bị xâm hại?

- Có một chính sách nào cho tất cả những vấn đề nêu trên không?

Để trả lời cho những câu hỏi trên có một giải pháp là sử dụng hạ tầng khoá công khai - PKI Cho đến nay có nhiều định nghĩa về PKI, nhưng chưa định nghĩa nào được công nhận chính thức Có một số định nghĩa về PKI như sau:

“PKI là một tập các phần cứng, phần mềm, con người, chính sách và các thủ tục cần thiết để tạo, quản lý, lưu trữ, phân phối và thu hồi chứng chỉ khoá công khai dựa trên mật mã khoá công khai”[25]

“PKI là hạ tầng cơ sở có thể hỗ trợ quản lý khoá công khai để hỗ trợ các dịch vụ xác thực, mã hoá, toàn vẹn hay chống chối bỏ”[9]

“PKI là hạ tầng cơ sở bảo mật có những dịch vụ được triển khai và chuyển giao sử dụng công nghệ và khái niệm khoá công khai”[4]

Nhìn chung, PKI có thể được định nghĩa như một hạ tầng cơ sở sử dụng công nghệ thông tin để cung cấp dịch vụ mã hoá khoá công khai và chữ kí số Một mục đích quan trọng khác của PKI là để quản lý khoá và chứng chỉ được

sử dụng trong hệ thống

Chứng chỉ là cấu trúc dữ liệu đặc biệt, gắn kết khoá công khai với chủ

sở hữu của nó Việc gắn kết này được đảm bảo bằng chữ kí số của nơi được

uỷ quyền cấp chứng chỉ

2.1 Chứng chỉ số (digital certificates)

2.1.1 Chứng chỉ khóa công khai

Như đã nói ở trên, mật mã khoá công khai sử dụng hai khoá khác nhau (khoá công khai và khoá riêng) để đảm bảo yêu cầu “bí mật, xác thực, toàn vẹn và chống chối bỏ” của những dịch vụ an toàn Một đặc tính quan trọng khác của lược đồ khoá công khai là phần khoá công khai được phân phối một cách tự do Ngoài ra, trong hạ tầng mã khoá công khai thì khoá công khai

ngoài việc phải luôn sẵn có để mọi người trong hệ thống có thể sử dụng còn phải được đảm bảo về tính toàn vẹn

Khoá công khai được đặt ở vị trí công khai trong một định dạng đặc biệt Định dạng này được gọi là chứng chỉ Chứng chỉ (thực ra là chứng chỉ khoá công – public key certificate (PKC)) là sự gắn kết giữa khoá công khai của thực thể và một hoặc nhiều thuộc tính liên quan đến thực thể [8] Thực thể

có thể là người, thiết bị phần cứng như máy tính, router hay một phần mềm

xử lý Một chứng chỉ khoá công khai (PKC) được người cấp kí bằng chữ kí có hiệu lực đưa ra một bảo đảm đầy đủ về sự gắn kết giữa khoá công khai, thực thể sở hữu khoá công khai này và tập các thuộc tính khác được viết trong chứng chỉ PKC còn được gọi là “digital certificate”- chứng chỉ số, “digital ID”, hay đơn giản là chứng chỉ

Chứng chỉ chứa những thông tin cần thiết như khóa công khai, chủ thể (người sở hữu) khoá công khai, người cấp và một số thông tin khác Tính hợp

lệ của các thông tin được đảm bảo bằng chữ kí số của người cấp chứng chỉ Trong chứng chỉ số có 3 thành phần chính, đó là:

- Thông tin cá nhân của người được cấp: Đây là các thông tin của đối tượng được cấp chứng chỉ số, gồm tên, quốc tịch, địa chỉ, điện thoại, email, tên tổ chức Phần này giống như các thông tin trên chứng minh thư của mỗi người Để bảo đảm tính duy nhất cao có thể sử dụng thông tin sinh trắc của người sử dụng như vân tay

- Khóa công khai ( public key ) của người được cấp

- Chữ kí số của Nhà cung cấp chứng chỉ - CA

Người nào muốn sử dụng chứng chỉ trước hết sẽ kiểm tra chữ kí số trong chứng chỉ Nếu đó là chữ kí hợp lệ thì sau đó có thể sử dụng chứng chỉ theo mục đích mong muốn

Có nhiều loại chứng chỉ, một trong số đó là:

- Chứng chỉ khoá công khai X.509

- Chứng chỉ khoá công khai đơn giản (Simple Public Key Certificates - SPKC)

- Chứng chỉ Pretty Good Privacy (PGP)

- Chứng chỉ thuộc tính (Attribute Certificates - AC)

Tất cả các loại chứng chỉ này đều có cấu trúc định dạng riêng Hiện nay chứng chỉ khoá công khai X.509 được sử dụng phổ biến trong hầu hết các hệ thống PKI Hệ thống chương ttrình cấp chứng chỉ số thử nghiệm cũng sử dụng định dạng chứng chỉ theo X.509, nên luận văn này tập trung vào xem xét chi tiết chứng chỉ công khai X.509 Trong luận văn, thuật ngữ chứng chỉ “certificate” được sử dụng đồng nghĩa với chứng chỉ khoá công khai X.509 v3

2.1.2 Chứng chỉ khoá công khai X.509

Chứng chỉ X.509 v3 là định dạng chứng chỉ được sử dụng phổ biến và được hầu hết các nhà cung cấp sản phẩm PKI triển khai

Chứng chỉ khoá công khai X.509 được Hội viễn thông quốc tế (ITU) đưa ra lần đầu tiên năm 1988 như là một bộ phận của dịch vụ thư mục X.500

Chứng chỉ gồm 2 phần Phần đầu là những trường cơ bản cần thiết phải có trong chứng chỉ Phần thứ hai chứa thêm một số trường phụ, những trường phụ này được gọi là trường mở rộng dùng để xác định và đáp ứng những yêu cầu bổ sung của hệ thống

Khuôn dạng của chứng chỉ X.509 được chỉ ra như trong hình 2.1

Hình 2.1: Khuôn dạng chứng chỉ X.509

a Những trường cơ bản của chứng chỉ X.509

- Version: xác định số phiên bản của chứng chỉ

- Certificate Serial Number: do CA gán, là định danh duy nhất của chứng chỉ

- Signature Algorithm ID: chỉ ra thuật toán CA sử dụng để kí số chứng chỉ Có thể là thuật toán RSA hay DSA…

- Subject public key information: chứa khoá công khai và những tham

số liên quan; xác định thuật toán (ví dụ RSA hay DSA) được sử dụng cùng với khoá

- Issuer Unique ID (Optional): là trường không bắt buộc, trường này cho phép sử dụng lại tên người cấp Trường này hiếm được sử dụng trong triển khai thực tế

- Subject Unique ID (Optional): là trường tuỳ chọn cho phép sử dụng lại tên của subject khi quá hạn Trường này cũng ít được sử dụng

- Extensions (Optional): chỉ có trong chứng chỉ v.3

- Certification Authority’s Digital Signature: chữ kí số của CA được tính từ những thông tin trên chứng chỉ với khoá riêng và thuật toán kí số được chỉ ra trong trường Signature Algorithm Identifier của chứng chỉ

Tính toàn vẹn của chứng chỉ được đảm bảo bằng chữ kí số của CA trên chứng chỉ Khoá công khai của CA được phân phối đến người sử dụng chứng chỉ theo một số cơ chế bảo mật trước khi thực hiện các thao tác PKI Người

sử dụng kiểm tra hiệu lực của chứng chỉ được cấp với chữ kí số của CA và khoá công khai của CA

b Những trường mở rộng của chứng chỉ X.509

Phần mở rộng là những thông tin về các thuộc tính cần thiết được đưa vào để gắn những thuộc tính này với người sử dụng hay khoá công khai Những thông tin trong phần mở rộng thường được dùng để quản lý xác thực phân cấp, chính sách chứng chỉ, thông tin về chứng chỉ bị thu hồi… Nó cũng

có thể được sử dụng để định nghĩa phần mở rộng riêng chứa những thông tin đặc trưng cho cộng đồng nhất định Mỗi trường mở rộng trong chứng chỉ được thiết kế với cờ “critical” hoặc “uncritical”

- Authority Key Indentifier: chứa ID khoá công khai của CA, ID này

là duy nhất và được dùng để kiểm tra chữ kí số trên chứng chỉ Nó cũng được

sử dụng để phân biệt giữa các cặp khoá do một CA sử dụng (trong trường hợp nếu CA có nhiều hơn một khoá công khai) Trường này được sử dụng cho tất

cả các chứng chỉ tự kí số (CA - certificates)

- Chứa ID khoá công khai có trong chứng chỉ và được sử dụng để phân biệt giữa các khoá nếu như có nhiều khoá được gắn vào trong cùng chứng chỉ của người sử dụng (Nếu chủ thể có nhiều hơn một khoá công khai)

- Key Usage: chứa một chuỗi bit được sử dụng để xác định (hoặc hạn

chế) chức năng hoặc dịch vụ được hỗ trợ qua việc sử dụng khoá công khai trong chứng chỉ

- Extended Key Usage: chứa một hoặc nhiều OIDs (định danh đối

tượng – Object Identifier) để xác định cụ thể việc sử dụng khoá công trong chứng chỉ Các giá trị có thể là : (1) xác thực server TLS, (2) xác thực client TLS, (3) Kí Mã, (4) bảo mật e-mail , (5) Tem thời gian

- CRL Distribution Point: chỉ ra vị trí của CRL tức là nơi hiện có

thông tin thu hồi chứng chỉ Nó có thể là URI (Uniform Resource Indicator),

địa chỉ của X.500 hoặc LDAP server

- Private Key Usage Period: trường này cho biết thời gian sử dụng của

khoá riêng gắn với khóa công khai trong chứng chỉ

- Certificate Policies: trường này chỉ ra các chính sách OIDs gắn với

việc cấp và sử dụng chứng chỉ

- Policy Mappings: trường này chỉ ra chính sách xác thực tương đương

giữa hai miền CA Nó được sử dụng trong việc thiết lập xác thực chéo và kiểm tra đường dẫn chứng chỉ Trường này chỉ có trong chứng chỉ CA

- Subject Alternative Name: chỉ ra những dạng tên lựa chọn gắn với

người sở hữu chứng chỉ Những giá trị có thể là: địa chỉ e-mail, địa chỉ IP, địa chỉ URI…

- Issuer Alternative Name: chỉ ra những dạng tên lựa chọn gắn với

người cấp chứng chỉ

- Subject Directory Attributes: trường này chỉ ra các thuộc tính gắn với

người sở hữu chứng chỉ Trường mở rộng này không được sử dụng rộng rãi Nó được dùng để chứa những thông tin liên quan đến đặc quyền

- Basic Constraints Field: trường này cho biết đây có phải là chứng chỉ

CA hay không bằng cách thiết lập giá trị logic (true) Trường này chỉ có trong chứng chỉ CA

Chứng chỉ CA dùng để thực hiện một số chức năng Chứng chỉ này có thể ở một trong hai dạng Nếu CA tạo ra chứng chỉ để tự sử dụng, chứng chỉ này được gọi là chứng chỉ CA tự kí Khi một CA mới được thiết lập, CA tạo ra một chứng chỉ CA tự kí để kí lên chứng chỉ của người sử dụng cuối trong hệ thống

Và dạng thứ hai là CA cấp chứng chỉ cho những CA khác trong hệ thống

- Path Length Constraint: trường này chỉ ra số độ dài tối đa của

đường dẫn chứng chỉ có thể được thiết lập Giá trị “zero” chỉ ra rằng CA chỉ

có thể cấp chứng chỉ cho thực thể cuối, không cấp chứng chỉ cho những CA khác (Trường này chỉ có trong chứng chỉ của CA)

- Name Constrainsts: được dùng để bao gồm hoặc loại trừ các nhánh

trong những miền khác nhau trong khi thiết lập môi trường tin tưởng giữa các miền PKI

- Policy Constraints: được dùng để bao gồm hoặc loại trừ một số chính

sách chứng chỉ trong khi thiết lập môi trường tin tưởng giữa các miền PKI

2.1.3 Thu hồi chứng chỉ

Trong một số trường hợp như khoá bị xâm hại, hoặc người sở hữu chứng chỉ thay đổi vị trí, cơ quan… thì chứng chỉ đã được cấp không có hiệu lực Do đó, cần phải có một cơ chế cho phép người sử dụng chứng chỉ kiểm tra được trạng thái thu hồi chứng chỉ trong các trường hợp như:

- Chứng chỉ không bị thu hồi

- Chứng chỉ đã bị CA cấp thu hồi

- Chứng chỉ do một tổ chức có thẩm quyền mà CA uỷ thác có trách nhiệm thu hồi chứng chỉ thu hồi

Bản thân chứng chỉ có thể chứa con trỏ đến nơi thông tin thu hồi được xác định vị trí Người sử dụng chứng chỉ có thể biết thư mục, kho lưu trữ hay cơ chế để lấy được thông tin thu hồi dựa trên những thông tin cấu hình được thiết lập trong quá trình khởi sinh

Để duy trì tính nhất quán và khả năng kiểm tra, CA yêu cầu:

- Duy trì bản ghi kiểm tra chứng chỉ thu hồi

- Cung cấp thông tin trạng thái thu hồi

- Công bố CRLs (danh sách thu hồi chứng chỉ) khi CRL là danh sách trống

2.1.4 Chính sách đối với chứng chỉ số

Như được giới thiệu trong phần trên, một số mở rộng liên quan đến chính sách có trong chứng chỉ Những mở rộng liên quan đến chính sách này được sử dụng trong khi thiết lập xác thực chéo giữa các miền PKI

Chính sách có định danh duy nhất (được biết đến như định danh đối tượng hay OID) và định danh này được đăng kí để người cấp và người sử dụng chứng chỉ có thể nhận ra và tham chiếu đến Một chứng chỉ có thể được cấp theo nhiều chính sách Một số có thể là thủ tục và mô tả mức đảm bảo gắn với việc tạo và quản lý chứng chỉ Những chính sách khác có thể là kỹ thuật

và mô tả mức đảm bảo gắn với an toàn của hệ thống được sử dụng để tạo chứng chỉ hay nơi lưu trữ khoá [6]

Một chính sách chứng chỉ cũng có thể được hiểu là việc giải thích những yêu cầu và giới hạn liên quan đến việc sử dụng chứng chỉ được công bố theo những chính sách này Chính sách chứng chỉ - Certificate Policies (CP) được chứa trong trường mở rộng chuẩn của một số chứng chỉ Bằng việc kiểm tra trường này trong chứng chỉ, hệ thống sử dụng chứng chỉ có thể xác định được một chứng chỉ cụ thể có thích hợp cho mục đích sử dụng hay không

Một thuật ngữ chuyên môn khác “Certificate Practice Statement (CPS)” được sử dụng để mô tả chi tiết những thủ tục hoạt động bên trong của CA và PKI cấp chứng chỉ với chính sách chứng chỉ đã qui định Chính sách chứng chỉ đặc biệt quan trọng khi đưa ra quyết định để xác nhận chéo hai PKI khác nhau

2.1.5 Công bố và gửi thông báo thu hồi chứng chỉ

Thông thường chứng chỉ sẽ hợp lệ trong khoảng thời gian có hiệu lực Nhưng trong một số trường hợp chứng chỉ lại không hợp lệ trước thời gian hết hạn, ví dụ như:

- Khoá riêng của chủ thể bị xâm phạm

- Thông tin chứa trong chứng chỉ bị thay đổi

- Khoá riêng của CA cấp chứng chỉ bị xâm phạm

Trong những trường hợp này cần có một cơ chế để thông báo đến những người sử dụng khác Một trong những phương pháp để thông báo đến người sử dụng về trạng thái của chứng chỉ là công bố CRLs định kỳ hoặc khi cần thiết Ngoài ra, có một số cách lựa chọn khác để thông báo đến người sử dụng như dùng phương pháp trực tuyến Online Certificate Status Protocol [18]

a Certificate Revocation Lists (CRLs)

CRLs là cấu trúc dữ liệu được lưu như chứng chỉ người sử dụng CRLs chứa danh sách các chứng chỉ đã bị thu hồi và những thông tin cần thiết khác của người sử dụng CRL thường do một CA cấp Tuy nhiên CRL cũng có thể được sử dụng để cung cấp thông tin cho nhiều CA nếu nó được định nghĩa như một CRL gián tiếp Những thông tin này được chứa trong trường mở rộng CRL Scope

Hình 2.2: Khuôn dạng danh sách chứng chỉ bị thu hồi

Trong đó:

- Version number: chỉ ra phiên bản của CRL

- Signature: nhận biết loại hàm băm và thuật toán kí được sử dụng để

kí danh

sách thu hồi CRL

- Issuer: tên của thực thể cấp và kí CRL

- This Update: chỉ ra ngày và thời gian CRL được công bố

- Next Update: chỉ ra ngày và thời gian danh sách thu hồi kế tiếp được cấp

- List of revoked certificates: chứa danh sách cùng với serial của

những chứng chỉ bị thu hồi

Những chứng chỉ đã bị CA thu hồi được ghi vào danh sách theo thứ tự của revokedCertificates Mỗi đầu vào nhận biết chứng chỉ thông qua số serial và ngày thu hồi trên đó có ghi rõ thời gian và ngày khi chứng chỉ bị CA thu hồi

b Authority Revocation List (ARLs)

ARL là một CRL đặc biệt chứa thông tin thu hồi về chứng chỉ CA ARLs không chứa chứng chỉ của người sử dụng cuối Những thay đổi thông thường trong ARL thường hiếm khi xảy ra bởi vì chứng chỉ của CA chỉ bị thu hồi khi khoá riêng của CA bị xâm hại và đó lại là trường hợp không thường xảy ra Nếu chứng chỉ chéo bị thu hồi thì người cấp chứng chỉ chéo này sẽ công bố một ARL mới để thông báo với tất cả các thực thể khác về tình huống này ARLs được sử dụng chủ yếu trong quá trình thẩm tra đường dẫn chứng chỉ nếu môi trường tin cậy bao gồm CA có chứng chỉ xác thực chéo

c Cơ chế truy vấn On-line (On-line Query Mechanisms)

CRLs và ARLs giúp người sử dụng cuối nhận biết được về tình trạng thu hồi chứng chỉ Nhưng có một vấn đề nảy sinh là điều gì sẽ xảy ra nếu CA thu hồi chứng chỉ ngay sau khi vừa công bố CRL Không có người sử dụng nào nhận biết được về việc thu hồi này đến khi một CRL mới được thông báo Một lược đồ khác để kiểm soát được trạng thái của chứng chỉ do IETF phát triển là OCSP (Online Certificate Status Protocol) Lược đồ này dựa trên cơ chế truy vấn trực tiếp hơn việc công bố định kỳ CRLs và ARLs OCSP là giao thức yêu cầu/ trả lời đưa ra cơ chế để nhận được thông tin thu hồi trực tuyến

từ thực thể tin cậy là “OCSP Responder” Người sử dụng cuối thực hiện yêu cầu với “OCSP Request” với một danh sách các chứng chỉ cần được kiểm tra, OCSP Responder trả lời yêu cầu “OCSP Reply” với trạng thái của mỗi chứng chỉ Chứng chỉ có thể ở một trong ba trạng thái sau: “good”, “revoked” và unknown”

Sử dụng dịch vụ online có một số ưu điểm sau:

- Trả lời thường xuyên và luôn có tính chất mới

- Thời gian trả lời nhanh

- Giảm thiểu việc sử dụng băng thông mạng sẵn có

- Tổng phí xử lý phía client thấp

Tuy nhiên dịch vụ online có hạn chế trong trường hợp cần kiểm tra trạng thái thu hồi nhưng không online Vấn đề về bảo mật cũng được đặt ra khi sử dụng dịch vụ này Hình 2.5 là dịch vụ kiểm tra online với OCSP Responder là dịch vụ khác nhau

Hình 2.3: Dịch vụ kiểm tra online 2.2 Hạ tầng khóa công khai – PKI

Trong mật mã học, hạ tầng khóa công khai (Public key infrastructure - PKI) là một cơ chế để cho một bên thứ 3 (thường là nhà cung cấp chứng thực số) cung cấp và xác thực định danh các bên tham gia vào quá trình trao đổi thông tin Cơ chế này cũng cho phép gán cho mỗi người sử dụng trong hệ thống một cặp khóa công khai/khóa bí mật Các quá trình này thường được thực hiện bởi một phần mềm đặt tại trung tâm và các phần mềm phối hợp khác tại các địa điểm của người dùng Khóa công khai thường được phân phối trong chứng thực khóa công khai

Khái niệm hạ tầng khóa công khai (PKI) thường được dùng để chỉ toàn

bộ hệ thống bao gồm nhà cung cấp chứng thực số (CA) cùng các cơ chế liên quan đồng thời với toàn bộ việc sử dụng các thuật toán mật mã hóa khóa công khai trong trao đổi thông tin

PKI cho phép những người tham gia xác thực lẫn nhau và sử dụng thông tin từ các chứng thực khóa công khai để mật mã hóa và giải mã thông tin trong quá trình trao đổi Thông thường, PKI bao gồm phần mềm máy khách (client), phần mềm máy chủ (server), phần cứng (như thẻ thông minh)

và các quy trình hoạt động liên quan Người sử dụng cũng có thể kí các văn bản điện tử với khóa bí mật của mình và mọi người đều có thể kiểm tra với khóa công khai của người đó PKI cho phép các giao dịch điện tử được diễn

ra đảm bảo tính bí mật, toàn vẹn và xác thực lẫn nhau mà không cần phải trao đổi các thông tin mật từ trước

Một hệ thống PKI gồm 4 thành phần sau:

- Certification Authorities (CA): Cấp và thu hồi chứng chỉ

- Registration Authorities (RA): Gắn kết giữa khoá công khai và định danh của người giữ chứng chỉ

- Clients: Người sử dụng chứng chỉ PKI hay theo cách khác được xác định như những thực thể cuối Người sử dụng cuối hoặc hệ thống là chủ thể của chứng chỉ PKI

- Repository: Hệ thống (có thể phân tán) lưu trữ chứng chỉ và danh sách các chứng chỉ bị thu hồi Cung cấp cơ chế phân phối chứng chỉ và CRLs đến các thực thể cuối Đây là mô hình kiến trúc PKI do nhóm làm việc PKIX của IETFđưa ra [15] Các thành phần PKI và các mối quan hệ giữa chúng được chỉ ra như trong hình

Hình 2.4: Các thành phần PKI

Chức năng cơ bản của PKI

Những hệ thống cho phép PKI có những chức năng khác nhau Nhưng nhìn chung có hai chức năng chính là: chứng thực và thẩm tra

Chứng thực (certification)

Chứng thực là chức năng quan trọng nhất của hệ thống PKI Đây là quá trình ràng buộc khoá công khai với định danh của thực thể CA là thực thể PKI thực hiện chức năng chứng thực Có hai phương pháp chứng thực:

- Tổ chức chứng thực (CA) tạo ra cặp khoá công khai / khoá bí mật và tạo ra chứng chỉ cho phần khoá công của cặp khoá

- Người sử dụng tự tạo cặp khoá và đưa khoá công cho CA để CA tạo chứng chỉ cho khoá công đó Chứng chỉ đảm bảo tính toàn vẹn của khoá công khai và các thông tin gắn cùng

Thẩm tra (validation)

Quá trình xác định liệu chứng chỉ đã đưa ra có thể được sử dụng đúng mục đích thích hợp hay không được xem như là quá trình kiểm tra tính hiệu lực của chứng chỉ Quá trình này bao gồm một số bước sau:

- Kiểm tra xem liệu có đúng là CA được tin tưởng đã kí số lên chứng chỉ hay không (xử lý theo đường dẫn chứng chỉ)

- Kiểm tra chữ kí số của CA trên chứng chỉ để kiểm tra tính toàn vẹn

- Xác định xem chứng chỉ còn ở trong thời gian có hiệu lực hay không

- Xác định xem chứng chỉ đã bị thu hồi hay chưa

- Xác định xem chứng chỉ đang được sử dụng có đúng mục đích, chính sách, giới hạn hay không (bằng cách kiểm tra những trường mở rộng cụ thể như mở rộng chính sách chứng chỉ hay mở rộng việc sử dụng khoá)

Một số chức năng khác

Hệ thống PKI thực hiện chức năng chứng thực, thẩm tra cùng với một

số chức năng phụ trợ khác Dưới đây là một số chức năng và dịch vụ được

hầu hết các hệ thống PKI cung cấp Một số những chức năng khác có thể được định nghĩa tuỳ theo yêu cầu cụ thể của các hệ thống PKI

Đăng kí: Đăng kí là quá trình đến hoặc liên lạc với các tổ chức, trung tâm tin cậy để đăng kí các thông tin và xin cấp chứng chỉ RA và CA là những

thực thể trong quá trình đăng kí Quá trình đăng kí phụ thuộc vào chính sách của tổ chức Nếu chứng chỉ được cung cấp với mục đích dùng cho những hoạt động bí mật thì sử dụng phương pháp gặp mặt trực tiếp Nếu chứng chỉ chỉ được sử dụng cho những mục đích, hoạt động thường thì có thể đăng kí qua

những ứng dụng viết sẵn hoặc ứng dụng điện tử

Khởi tạo ban đầu: Khi hệ thống trạm của chủ thể nhận được các thông

tin cần thiết để liên lạc với CA thì quá trình khởi tạo bắt đầu Những thông tin

này có thể là khoá công của CA, chứng chỉ của CA, cặp khóa công /bí mật

của chủ thể Một số hệ thống khác sử dụng cơ chế dựa trên password trong

giai đoạn khởi tạo Người dùng cuối liên lạc với CA khi nhận được password

và sau đó thiết lập một kênh bảo mật để truyền những thông tin cần thiết Giai

đoạn khởi tạo thường tiếp tục với quá trình chứng thực

Khôi phục cặp khoá: Hầu hết hệ thống PKI tạo ra hai cặp khoá cho người sử dụng cuối, một để kí số và một để mã hoá Lý do để tạo hai cặp khoá khác nhau xuất phát từ yêu cầu khôi phục và sao lưu dự phòng khoá Tuỳ theo

chính sách của tổ chức, bộ khoá mã (mã và giải mã) và những thông tin liên

quan đến khoá của người sử dụng phải được sao lưu để có thể lấy lại được dữ liệu khi người sử dụng mất khoá riêng hay rời khỏi đơn vị Còn khoá để kí số được sử dụng tuỳ theo mục đích cá nhân nên không được sao lưu Riêng khoá

bí mật của CA thì được lưu giữ dự phòng trong một thời gian dài để giải quyết những vấn đề nhầm lẫn có thể xảy ra trong tương lai Hệ thống PKI có

những công cụ để thực hiện chức năng sao lưu và khôi phục khoá

Tạo khoá: Cặp khoá công khai/bí mật có thể được tạo ở nhiều nơi Chúng có thể được tạo ra bằng phần mềm phía client và được gửi đến CA để

chứng thực CA cũng có thể tạo ra cặp khoá trước khi chứng thực Trong

trường hợp này, CA tự tạo cặp khoá và gửi khoá bí mật này cho người sử dụng theo một cách an toàn Nếu khoá do bên thứ ba tạo ra thì những khoá này phải được CA tin cậy trong miền xác nhận trước khi sử dụng

Hạn sử dụng và cập nhật khoá: Một trong những thuộc tính của

chứng chỉ là thời gian hiệu lực Thời gian hiệu lực của mỗi cặp khoá được xác định theo chính sách sử dụng Các cặp khoá của người sử dụng nên được cập

nhật khi có thông báo về ngày hết hạn Hệ thống sẽ thông báo về tình huống

này trong một thời gian nhất định Chứng chỉ mới sẽ được người cấp công bố

tự động sau thời gian hết hạn

Xâm hại khoá: Đây là trường hợp không bình thường nhưng nếu xảy

ra thì khoá mới sẽ được công bố và tất cả người sử dụng trong hệ thống sẽ nhận thấy điều này Xâm hại đến khoá của CA là một trường hợp đặc biệt Và trong trường hợp này thì CA sẽ công bố lại tất cả các chứng chỉ với CA-

certificate mới của mình

Thu hồi: Chứng chỉ được công bố sẽ được sử dụng trong khoảng thời gian có hiệu lực Nhưng trong trường hợp khoá bị xâm hại hay có sự thay đổi trong thông tin của chứng chỉ thì chứng chỉ mới sẽ được công bố, chứng chỉ

cũ sẽ bị thu hồi

Công bố và gửi thông báo thu hồi chứng chỉ: Một chứng chỉ được cấp cho người sử dụng cuối sẽ được gửi đến cho người nắm giữ và hệ thống

lưu trữ để có thể truy cập công khai Khi một chứng chỉ bị thu hồi vì một lý

do nào đó, tất cả người sử dụng trong hệ thống sẽ được thông báo về việc này Phương thức để công bố và gửi những thông báo thu hồi đã được đề cập chi

tiết trong nội dung về chứng chỉ số ở phần trên