- 了解PKI、SSL技术的核心原理
- 掌握PKI架构服务器配置
- 掌握证书管理与应用
公钥基础设施（Public Key Infrastructure，PKI）是一个完整的颁发、吊销、管理数字证书的系统，是支持认证、加密、完整性和可追究性服务的基础设施。PKI通过第三方可信任机构------数字证书认证机构（Certificate Authority，CA），将用户的公钥和用户的其他标识信息，如名称、E-mail、身份证号等捆绑在一起，用于网络用户的身份认证。信息在传输过程中应用基于PKI架构与数字证书结合的安全体系，实现对信息的加密与数字签名，从而保证信息在传输过程中的安全性、完整性、真实性和不可抵赖性。
安全套接层（Secure Socket Layer，SSL）是一种以PKI为基础、为网络通信提供安全性及数据完整性的安全协议。SSL协议位于应用层和传输层之间，能够为基于TCP（提供可靠连接）的应用层协议提供安全性保证。目前SSL证书被应用于各个行业，包括金融、医疗、政府等。通过在用户浏览器与服务器之间建立SSL加密通道，将数据进行加密后传输，可以大大降低数据传输在传输过程中被第三方窃取或篡改的风险。
对于电子邮件，目前安全性最高的方式是利用数字证书对邮件进行加密和数字签名。数字证书一般有公用密钥、私人密钥和数字签名3部分组成。对邮件进行数字签名时，邮件会包含数字签名与公用密钥，接收者利用收到的公用密钥检查数字签名并还原邮件内容。另外，接收者还可以利用发送者的公用密钥对邮件进行加密，此时只有发送者的私人密钥能解密邮件内容。
7.1 什么是PKI、SSL
随着信息技术的发展，电子商务已经逐渐被人们所接受，在整个电子商务的交易过程中安全性是否得到保障显得格外重要。首先在网上进行电子交易时，由于交易双方并不在现场，因此无法确认双方的合法身份；其次由于交易信息是交易双方的商业秘密，所以在网上传输的时候必须保证其安全性，防止信息被窃取；另外，在交易过程中一旦发生纠纷，第三方必须能够提供仲裁。因此，电子商务交易过程应能实现身份认证、安全传输，并保证不可否认性、数据完整性。由于数字证书认证技术采用了加密传输和数字签名，能够实现上述要求，因此其在国内外电子商务交易中得到了广泛的应用。
PKI是指用公钥概念和技术来实施和提供安全服务的安全基础设施。它的主要目的是通过自动管理密钥和证书，为用户建立一个安全的网络运行环境，使用户可以在多种应用环境下方便地使用加密和数字签名技术，从而保证网上数据的机密性、完整性和不可抵赖性。数据的机密性是指数据在传输的过程中不会被非授权者窃取，数据的完整性是指数据在传输的过程中不会被非法篡改，数据的不可抵赖性是指数据不能被否认。
安全套接层协议是由网景（Netscape Communication）公司设计开发的，它指定了在应用程序协议（如HTTP、Telnet、FTP）和传输通信协议（TCP/IP）之间提供数据安全性分层的机制，是一种在TCP/IP上实现的安全协议，其采用公开密钥技术，为TCP/IP连接提供数据加密、服务器认证、数据完整性以及可选的客户机认证。由于此协议很好的解决了互联网明文传输的不安全问题，因此很快得到了业界的支持，并已经成为了国际标准。
b站PKI讲解
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7.2 PKI、SSL技术核心原理与应用
7.1.2 公钥加密
PKI通过公钥加密（Public Key Encryption)技术确保数据传输的安全性。要使用该技术完成对数据的加密及解密，用户需准备一对密钥，分别是公钥与私钥。
（1）公钥：公钥（Public Key）对其他用户是公开的。
（2）私钥：私钥（Private Key）是用户私有的，且存储在用户的计算机内，只有用户自己可以使用。
下图所示为公钥加密技术的实现过程。
（1）用户A使用用户B的公钥对发送的信息进行加密。
（2）通过Internet将密文发送给用户B。
（3）用户B使用自己的私钥进行解密。
对称加密：
对称加密原理 - 一种古老的加密方式_哔哩哔哩_bilibili
非对称加密：
非对称加密原理 - 公钥和私钥是天生的一对_哔哩哔哩_bilibili
7.2.2 数字签名
用户可以利用公钥验证（Public Key Authentication）技术对发送的数据进行数字签名，从而验证数据的完整性和不可抵赖性。
下图为数字签名的实现过程:
（1）用户A用自己的私钥对数据进行数字签名。
（2）通过Internet将密文发送给用户B。
（3）用户B使用用户A的公钥对数据进行解密，从而验证数据是由用户A发送的，并且在传输的过程中没有被篡改。
这种使用公钥加密、私钥解密或者私钥加密、公钥解密的方法称为非对称式（ASymmetric）加密。如果加密、解密都使用同一个密钥，则称为对称式（Symmetric）加密。
使用密钥（公钥、私钥）既能加密信息，又能实现数字签名，从而保证数据传输的安全性，但是如何保证密钥不被冒充呢？现阶段的解决方案是使用数字证书。因此标准的PKI体系通常具备以下7个部分。
（1）数字证书认证机构CA
CA是PKI的核心执行机构，是PKI的主要组成部分，通常称为认证中心。CA的主要职责包括以下5点：
验证并标识证书申请者的身份。
确保CA用于证书签名的非对称密钥的质量和安全性。
管理证书信息资料。
管理证书序号和CA标识，确保证书主体标识的唯一性。
确定并检查证书的有效期，发布和维护作废证书列表（CRL）
CA是确保电子商务、电子政务、网上银行、网上证券等交易权威性、可信任性和公正性的第三方机构。
（2）证书和证书库
证书是数字证书或电子证书的简称，它符合X.509标准，是具备权威性、可信任性和公正性的第三方机构签发的，因此，它是权威性的电子文档。
证书库是CA颁发证书和撤销证书的集中存放地，可供公众进行开放式查询。证书库支持分布式存放，即可以将与本组织相关的证书和证书撤销列表存放到本地，以提高证书的查询效率。
（3）密钥备份与恢复
由于用户可能将用来解密数据的密钥丢失，从而使已被加密的密文无法打开，所以为避免这种情况发生，PKI提供了密钥备份和密钥恢复的机制。当用户证书生成时，加密密钥即被CA备份存储；当需要恢复密钥时，用户只需要向CA提出申请，CA就会为用户自动恢复密钥。
（4）密钥和证书的更新
一个证书的有效期是有限的，在实际应用中，由于长时间使用同一个密钥会提升密钥被破译的风险性，因此PKI会对已发布的密钥或证书进行更新。证书更新一般由PKI系统自动完成，不需要用户干预。在有效期结束之前，CA会自动启动更新程序，生成一个新证书来替代旧证书。
（5）证书历史档案
对于同一个用户，证书的定期更新会生成多个旧证书和至少一个当前使用的新证书。这些旧证书以及相应的私钥就组成了用户密钥和证书的历史档案。
（6）客户端软件
客户端软件用于实现数字签名、加密传输数据、在认证过程中查询证书和相关证书的撤销信息，以及进行证书路径处理、对特定文档提供时间戳请求等。
（7）交叉认证
交叉认证指多个KPI域之间实现互操作。
7.2.3 SSL网站安全连接协议
SSL是一个以PKI为基础的安全性通信协议，网站拥有SSL证书后，浏览器与网站之间就可以通过SSL安全连接进行通信，此时URL路径中的http改为https。例如，在登录网上银行时，一般会使用SSL协议，如下图所示：
浏览器和网站之间建立SSL安全连接时，通常会采用三次握手的协商过程，建立一个双方都认可的会话密钥（Session Key），并使用该密钥对传输的数据进行加、解密以及验证数据是否被篡改。
下图为SSL协议的三次握手的过程：
7.2.4 PKI和SSL技术的运用
PKI、SSL技术的应用领域包括电子商务、电子政务、网上银行、网上证券等金融业网上交易业务以及电子邮件、文件传输等。PKI作为安全基础设施，可以根据不同的安全需求为不同的用户提供多种安全服务。例如，在电子商务应用中，PKI将公钥加密系统用于加密订货单信息、支付信息以及验证签名等方面。SSL使用数据加密、身份验证和消息完整性验证机制，基于TCP和其他应用层协议提供可靠的连接安全保障。PKI和SSL两者结合，保障了整个交易过程的安全性、可靠性、保密性和不可否认性。
7.3 PKI架构服务器配置及证书的应用（实验）
实例场景：A公司由于业务需要，将基于PKI架构升级内部网络服务，在不改变网络现有环境的情况下，如何使用证书保护Web服务器和FTP服务器，为用户提供安全的SSL连接？如何使用证书对电子邮件进行加密和签名呢？
网络拓扑：A公司网络拓扑图如下图所示。Win2019-1是公司内部网络中的DNS服务器、Web服务器、FTP服务器以及邮件服务器。Win2019-2作为独立根CA。Win2019-3和Win2019-4分别是两台客户端。
解决办法：基于PKI架构配置服务器与客户端，使其均信任独立根CA。Win2019-1服务器向CA申请数字证书并应用于Web服务和FTP服务，客户端与服务器之间建立SSL安全连接。客户端向CA申请电子邮件保护证书，用于对邮件进行加密和签名。
7.3.1 配置证书颁发机构
无论是私钥、公钥，还是SSL安全连接，都需要使用数字证书，因此在进行服务器配置时，首先需要配置的就是证书颁发机构（CA）。
在安装、配置CA之前，需要先安装Web服务器（IIS），用于发布根CA。IIS的安装步骤请参照5.2节相关内容。
1、安装Active Directory 证书服务
（1） 在Win2019-2服务器上，单击"服务器管理器"------>"管理"→"添加角色和功能"中选择"Active Directory证书服务"复选框
（2）其它默认下一步，在"角色服务"栏中，勾选"证书颁发机构""证书颁发机构Web注册"复选框。
（3）持续单击"下一步"按钮，直至安装完成。最后不要点击"关闭"按钮，此时还需要单击"配置目标服务器上的Active Directory证书服务"链接进行相关设置。
（4）如果不小心关闭了该界面，则可以重新打开"服务器管理器"窗口，单击右上角菜单栏中的旗形图标，在弹出的下拉菜单中单击"配置目标服务器上的Active Directory 证书服务"链接
2、配置Active Directory 证书服务
（1）在"AD CS配置"窗口中，持续单击"下一步"，直至出现"角色服务"界面，勾选"证书颁发机构""证书颁发机构Web注册"复选框。
（2）单击下一步按钮，在"设置类型"界面指定CA的设置类型，选择"独立CA"单选按钮
（3）单击下一步，指定CA类型，选择"根CA"单选按钮，使其成为本实验中的唯一CA
（4）单击下一步，指定私钥类型，这里创建的是CA的私钥，CA拥有私钥后，才可以为客户端颁发证书。选择"创建新的私钥"单选按钮。
（5）单击下一步，指定加密选项，其中包括"选择加密提供程序""密钥长度""选择对此CA颁发的证书进行签名的哈希算法"等选项。一般采用默认设置即可。
（6）单击下一步，指定CA名称
（7）指定证书有效期，这里设置的是CA生成证书的有效期，默认为5年
（8）指定证书数据库的位置
（9）单击下一步，在"确认"界面中点击"配置"按钮，完成整个配置过程。
（10）在"服务器管理器"面板中，选择"工具"→"证书颁发机构"，打开"certsrv-[证书颁发机构（本地）]"窗口
7.3.2 使用数字证书保护Web网站
Web服务器必须信任独立根CA，才能向其申请证书，并将申请成功的证书绑定在网站上。
1、在Web服务器（Win2019-1）上下载CA证书
在Web服务器上下载CA证书，并将其导入服务器"受信任的根证书颁发机构"列表中，这样才能使Web服务器信任由根CA生成并颁发的数字证书。
（1）根据网络拓扑图，CA（Win2019-2）的IP地址为192.168.1.2，因此在Web服务器（Win2019-1）打开IE浏览器，输入网址"http://192.168.1.2/certsrv"，在打开的页面中，单击"下载CA证书、证书链或CRL"链接。
（2）单击"下载CA证书"链接，下载并保存根CA证书文件。
这里我自己创建了个文件夹放证书，这个证书还要用，要能找到。
（3）"Win+R"打开运行对话框，输入"mmc"，打开"控制台1"窗口，在菜单栏中单击"文件"→"添加/删除管理单元"选项
（4），弹出"添加或删除管理单元"对话框，单击左侧"可用的管理单元"列表中的"证书"选项，单击"添加"按钮，在弹出的"证书管理单元"对话框中
（5），选择"计算机账户"单选按钮，一次单击"下一步""完成"按钮，这样就在控制台中添加了"证书管理单元"
（6）在控制台左侧的列表中，单击展开"受信任的根证书颁发机构"文件夹，右键单击"证书"选项，在弹出的快捷菜单中选择"所有任务"→"导入"
（7)在弹出的"证书导入向导"对话框中，单击浏览，找到我们刚才保存的CA证书
（8）选择"将所有证书都放入下列存储"单选按钮，将证书存储到"受信任的根证书颁发机构"中。
（9）证书导入成功
2、在Web服务器上建立证书申请文件。
（1）在Web服务器（Win2019-1）上配置DNS服务，添加"szpt.com"域，并新建Win2019-1主机记录，详细步骤参考4.2.1节第二步。
（2）在"服务器管理器"中找到"IIS管理器"，在Win2019-1主页界面找到"服务器证书"
（3）选择"服务器证书"选项，在右侧的操作列表中单击"创建证书申请"链接
（4）在弹出的"申请证书"对话框中，填写对应的文本框内容。因为在本实例中使用了Windows域，所以"通用名称"必须与域名一致，在第（1）步中，已经为"szpt.com"域设置了相对应的主机记录，因此这里的通用名称填写"Win2019-1.szpt.com"
（5）单击下一步，"加密服务提供程序""位长"用来指定网站公钥的密钥长度，一般使用默认值。
（6）单击下一步，设置证书申请文件名与存储位置（C:\webcert.txt）
3、Web服务器将证书申请文件提交到根CA，根CA审核通过并颁发后，Web服务器再从根CA下载该证书文件。
（1）载Web服务器（Win2019-1）上打开IE浏览器，输入网址"http://192.168.1.2/certsrv"
（2）单击"申请证书"链接，然后点击"高级证书申请链接"
（3）单击"使用base64编码的CMC或PKCS #10文件提交一个证书申请，或使用base64编码的PKCS #7文件续订证书申请"链接
（4）在Web服务器上，双击打开在第二步中生成的证书申请文件（C:\webcert.txt），将该文件的所有内容，复制到保存申请的文本框中
（5）单击"提交"按钮后将会成功发起证书申请，此时证书会被挂起，还需要CA管理员对其进行审核并颁发
（6）在根CA（Win2019-2）中，选择"服务器管理器"------》"工具"------"证书颁发机构"
（7）在证书颁发面板中，点击本机，选择"挂起的申请"，在右侧会出现，我们在Win2019-1中申请的证书，这时点击右键，进行"颁发"
（8）在Web服务器（Win2019-1）的IE浏览器中输入"http://192.168.1.2/certsrv"，单击"查看挂起的证书申请状态"链接，页面显示证书已经通过审核并颁发
（9）单击"保存的申请证书"链接，将证书下载到Web服务器，证书的保存路径为C:\User\Administrator\Desktop\certnew.cer"，就是放桌面上
(10)保存成功
4、Web服务器安装证书并启用SSL
（1）在Web服务器（Win2019-1）中，打开IIS管理器，选择"服务器证书"
（2）单击右侧"操作"列表中的"完成证书申请"链接
（3）在打开的"完成证书申请"对话框中，选择在第三步中保存的证书文件，在"好记名称"文本框中输入"Web"，表示这是用于Web服务的证书，最后点击"确认"按钮完成整数的申请。
成功！
（4）在IIS管理其中，双击右侧列表中的"添加网站"
（5）设置网站信息
（6）在网站的物理路径中新建Index.html文件，内容为"这是Win2019-1 Web服务器上的主页"
（7）把Win2019-1的默认文档，设置为"index.html"
（8）点击Win2019-1，选择最右侧"操作"栏中的"绑定"
(9)点击"添加"
（10）在添加网站绑定对话框中，把类型选择为"https"，在SSL中选择"Web"，点击确定，完成证书绑定
5、客户端浏览器建立与Web服务器之间的SSL链接
1、在客户端浏览器要想实现安全访问，首先客户端必须先信任证书颁发机构，这里需要进行配置，
在Win2019-3中按照7.3.2的第一步"1、在Web服务器（Win2019-1）上下载CA证书"，再来一遍。
2、在客户端（Win2019-3）中打开IE浏览器，输入网址"https://win2019-1.szpt.com",出现如下图所示内容，访问成功
7.3.3 FTP over SSL功能
Windows Server 2019的FTP服务支持FTP over SSL功能，即客户端与FTP服务器之间可以利用SSL实现安全连接。
在IIS管理器中设置FTPSSL：
(1)在Web服务器(Win2019-1)上配置DNS服务，在"szpt.com"域中，新建"ftptest"主机记录，详细步骤参考4.2.1节第二步。
(2)打开"Internet Information Services(IS)管理器"窗口，新建FTP站点，名字为"ftptest"
(3)进行FTPSSL设置，在"SSL证书"下拉列表中选择在7.3.2节中申请好的证书("好记名称"为"Web"),"SSL策略"选择"需要SSL连接"单选按钮，单击"应用"链接，如图所示。完成设置后，客户端就可以通过SSL安全连接方式来连接FTP服务器。
(4)新创建一个服务器Win2019-4，作为另一台客户端，IP为"192.168.1.4"，把它的防火墙、Lan段配置好。
（5）用win2019-4访问"ftp://ftptest.szpt.com"，基于SSL的安全站点FTPS，访问成功！
7.3.4 使用数字证书保护电子邮件(实验略）
对电子邮件进行加密和签名的数字证书需要绑定电子邮箱地址。经过加密的电子邮件可以保证在传输过程中不被篡改，经过签名的电子邮件可以保证邮件具有不可抵赖性，确保邮件通信双方身份的真实性。
数字证书保护电子邮件的原理如图所示：
1、在DNS服务器中添加邮件服务器的主机记录
在DNS服务器（Win2019-1）上打开DNS，在"szpt.com"区域中新建两个主机记录："pop3""smtp"
2、在Win2019-1上安装邮件服务Winmail
（1）在Winmail官网下载该软件
百度网盘下载链接：百度网盘 请输入提取码 提取码：6666
（2）安装过程使用默认选项，并按照提示要求设置admin账户的登录密码，如下图所示：
（3）打开Winmail服务器程序，在"快速设置向导中新建邮箱，设置密码，下方显示设置成功结果
（4）再创建一个邮箱"[email protected]"
（5）打开Winmail管理端工具，本地登录
（6）这里可以在"用户管理"中看到u1、u2两个用户
3、安装邮件客户端软件
（1）在win2019-4上安装客户端软件Foxmail，安装软件在和上面的Winmail都放在百度网盘中了，上面翻连接。
7.4 证书管理
证书的管理包括CA的备份与还原、CA的证书管理及导入导出证书
7.4.1 CA的备份与还原
CA的备份与还原，主要针对CA的私钥、CA证书、证书数据库以及证书数据库日志进行备份与还原。通过指定备份目录，设置访问密码，提高备份内容的安全性。
1、CA的备份
（1）在根CA服务器上（Win2019-1）选择"工具"------"证书颁发机构"，选择"WIN2019-2-CA"------"所有任务"------"备份CA"。
（2）选择要备份的项目，和备份存放路径
（3）设置备份目录访问密码
（4）完成备份
2、CA的还原
和CA备份步骤相似
7.4.2 CA的证书管理
CA的证书管理包括吊销证书、发布证书吊销列表（CRL）等。用户申请的证书有一定的有效期限，但是如果发生密钥泄露、业务终止、证书更新等情况，则需要提前将证书吊销，同时CA会发布一个证书吊销列表，列车被认为是不能再使用的证书的序列号。
（1）在根CA服务器（win2019-2）上，选择"证书颁发"，点击左侧列表中的"颁发的证书"选项，在右侧的界面中右键单击需要吊销的证书
（2）设置理由码和"日期时间"后，单击"是"按钮，再去点击"吊销的证书"，可以看到已经被我们吊销的证书
CA能够自动或手工发布证书吊销列表（CRL），网络中的计算机通过下载CRL，就可以知道哪些证书已经被吊销。
（3）右键单击"吊销的证书"选项，在弹出的快捷菜单中选择"所有任务"------"发布"命令，可以发布更新的CRL。
（4）在客户端（Win2019-3）打开IE浏览器，输入地址"http://192.168.1.2/certsrv"，单击"下载CA证书、证书链或CRL"链接，在打开的页面中单击"下载最新的基CRL"链接即可
（5）下载完成后，右键单击该文件，在弹出的快捷菜单中选择"安装CRL"命令，即CRL更新发布成功。