Інфраструктура відкритих ключів (, PKI) — інтегрований комплекс методів та засобів (набір служб), призначених забезпечити впровадження та експлуатацію криптографічних систем із відкритими ключами .
Інфраструктура відкритих ключів складається з програмного забезпечення, криптографічних технологій та служб, які дозволяють підприємствам та організаціям захищати канали зв'язку в комп'ютерних мережах. Вона поєднує електронні цифрові сертифікати, асиметричні алгоритми шифрування, та центри сертифікації у єдину мережеву архітектуру.
Інфраструктура відкритих ключів побудована на криптосистемах з відкритим ключем. Ця технологія має властивості, які відіграють важливу роль у захисті даних в розподілених системах. Технологія PKI полягає у використанні двох математично пов'язаних цифрових ключів, що мають такі властивості: один ключ може бути використаний для шифрування повідомлення, що може бути розшифровано тільки за допомогою другого ключа; навіть якщо відомий один ключ, за допомогою обчислень практично неможливо визначити другий. Один із ключів відкритий для всіх, а другий має приватний характер і зберігається в захищеному місці. Ці ключі можуть бути використані для автентифікації чи шифрування цифрового підпису електронних даних.
PKI служить не лише для створення цифрових сертифікатів, але і для зберігання великої кількості сертифікатів і ключів, забезпечення резервування і відновлення ключів, взаємної сертифікації, ведення списків анульованих сертифікатів і автоматичного відновлення ключів та сертифікатів після закінчення терміну їхньої дії.
Підходи до реалізації
Відомі таки приклади підходів до реалізації інфраструктури відкритих ключів: інфраструктура відкритих ключів, основана на сертифікатах у форматі X.509 — PKIX, проста інфраструктура відкритих ключів , захищена система домених імен DNS (DNSSEC, ), система захищеної електронної пошти PGP (), система захищених електронних транзакцій .
Архітектура PKIX розглянута докладніше в решті статті, інші — нижче в цьому розділі.
Проста інфраструктура відкритих ключів
Задача простої інфраструктури відкритих ключів SPKI () полягає в поширенні сертифікатів для авторизації, а не автентифікації власників відкритих ключів. Основою для SPKI стали ідеї простої розподіленої інфраструктури безпеки SDSI (), тому зазвичай цю технологію називають .
Центральними об'єктами SDSI є самі ключі, а не імена. Саме ключі можуть ідентифікувати об'єкти.
Основна мета сертифіката SPKI — авторизація певних дій, видача дозволів, надання можливостей, тощо власнику ключа. Сертифікати для авторизації мають бути згенеровані власником ключа, якому дозволено надавати або делегувати повноваження. Власник ключа може використовувати глобальне сховище інформації, наприклад, LDAP, сервер ключів PGP, або систему домених імен DNS.
В такій системі сертифікат SPKI можна порівняти із звичайним ключем (на противагу зв'язці ключів). Власник ключа SPKI має випускати сертифікати, які містять мінімум необхідної інформації. Оскільки одним із варіантів застосування сертифікатів SPKI є таємне голосування та аналогічних застосунках, сертифікати повинні надавати можливість надавати атрибут ключу знеособленого підпису. Одним з атрибутів ключа є його ім'я. У одного власника ключа може бути декілька імен: ті, якими власник віддає перевагу бути названим, й ті, під якими він відомий іншим власникам ключів. Сертифікат SPKI має забезпечувати можливість пов'язувати ключі з такими іменами.
Захищена система домених імен DNS
Доменна система імен DNS () є розподіленою базою даних з децентралізованим керуванням, яка зберігає узагальнену інформацію про ресурси мережі та задає схему іменування, основану на ієрархічно структурованих доменних іменах. Структура даних DNS — інвертоване дерево з коренем нагорі. Кожен вузел дерева є розділом загальної бази даних або домен. Кожен домен має доменне ім'я, яке ідентифікує його розташування в базі даних DNS.
Для захисту інформації при передачі даних може бути використаний механізм . Цей механізм дозволяє автентифікувати будь-які повідомлення DNS: передачі зони, динамічне оновлення та звичайні запити й відповіді, але тільки між хостами, що знають таємний ключ (кожна пара хостів може мати власний таємний ключ).
Для забезпечення достовірною передачі даних DNS в масштабах мережі Інтернет використовують розширення протоколу відомі як DNSSEC. Основна ідея полягає у використанні криптографії з відкритими ключами для додавання цифрового підпису до даних. Таємний ключ відомий лише адміністратору первинного сервера зони. Цифровий підпис додається до бази даних у вигляді запису спеціального типу SIG. Дані передають у відкритому вигляді, а відкритий ключ з пари ключів доступний всім охочим.
Для реалізації механізму DNSSEC введено три нових типи записів: KEY, SIG та NXT. Запис типу KEY містить відкритий ключ зони, а SIG — цифровий підпис для набору записів.
Система захищеної електронної пошти PGP
Система PGP () створена для захисту таємниці повідомлень електронної пошти в глобальному інформаційному середовищі. PGP є гібридною системою, яка комплексно використовує переваги асиметричних та симетричних криптографічних алгоритмів. З точки зору користувачів виглядає як система з відкритим ключем. Вона забезпечує безпечний обмін повідомленнями через канали відкритого зв'язку без наявності захищеного каналу для обміну ключами. PGP дозволяє шифрувати, засвідчувати електронним цифровим підписом, розшифровувати та перевіряти повідомлення при відправці та отриманні електронної пошти.
Перед використанням PGP користувач має згенерувати пару ключів: відкритий та особистий. Відкритий ключ може бути переданий іншим через електронну пошту, розташований на сервері ключів, тощо. Інші абоненти можуть переконатись у вірності відкритого ключа звіривши його відбиток. Після перевірки дійсності ключа користувач підписує його, чим підтверджує безпеку та ступінь довіри до нього. Інформація про ступінь довіри зберігається у зв'язці ключів, але при експорті ключа не передається, оскільки вважається конфеденційною.
Система надає можливість всім користувачам виступати посередниками у поширенні інформації про ступені довіри до ключів. Таким чином утворена . Як окремий випадок загальної моделі PGP підтримує централізований сценарій, коли сертифікати ключів користувачів засвідчує власним підписом особа, що користується загальною довірою — засвідчувальний центр. Система PGP пропонує інтегровані засоби для поширення та пошуку ключів на серверах ключів.
Система захищених електронних транзакцій SET
Протокол SET ( — захищені електронні транзакції) оснований на технічному стандарті, який був розроблений компаніями VISA та MasterCard, та забезпечує безпеку електронних розрахунків за пластиковими картками через Інтернет: гарантує конфіденційність та цілісність інформації про платежі, автентифікацію рахунку власника картки та надає можливість підтвердити право продавця здійснювати фінансові опреації з фінансовими установами.
В середовищі SET інфраструктура відкритих ключів є фундаментом, на якій основана вся система автентифікації учасників розрахунків. Цифрові сертифікати, які тут також називають електронними мандатами або цифровими посвідченнями особи, використовують для зв'язування відкритих ключів та суб'єктів. Їх випускає довірена третя сторона або компанія — засвідчувальний центр.
Конфіденційність та цілісність повідомлень, якими обмінюються учасники захищених електронних транзакцій, забпезпечена механізмом подвійних підписів. Вміст кожного повідомлення шифрується із допомогою випадково згенерованого симетричного ключа шифрування. Цей ключ, в свою чергу, шифрується із використанням відкритого ключа отримувача повідомлення. Отриманий в результаті останньої операції так званий цифровий конверт відправляється отримувачу разом із зашифрованим повідомленням. Після отримання цифрового конверту, отримувач розшифровує його своїм особистим ключем, аби отримати випадково згенерований симетричний ключ для розшифровування вмісту повідомлення відправника.
Протокол SET надає послугу автентифікації для учасників завдяки використанню сертифікатів формату X.509 та має засоби анулювання, реалізовані у вигляді списку анульованих сертифікатів. В SET визначені власні специфічні доповнення сертифікатів, які мають підтримку лише в SET-сумісних системах.
Основні складові
Основними складовими інфраструктури відкритих ключів є центри сертифікації, центри реєстрації (засвідчення), репозиторії та архіви сертифікатів. Основними користувачами інфраструктури є: держателі () та користувачі сертифікатів () — також відомі як «сторона, що довіряє» ()NIST 800-32; 3.1 PKI Components.
Центр сертифікації ключів (, CA) — юридична особа незалежно від форми власності або фізична особа, яка є суб'єктом підприємницької діяльності, що надає послуги щодо сертифікації відкритих ключів. Центр сертифікації складається з апаратного, програмного забезпечення та обслуги. Центри сертифікації мають два важливих атрибути: назву та відкритий ключ. Центри сертифікації виконують чотири основні завдання: видача сертифікатів (тобто, центр створює та підписує електронний цифровий сертифікат); оброблення статусу сертифікатів та підтримання списків анульованих сертифікатів (); поширення поточного списку дійсних та анульованих сертифікатів, аби користувачі мали можливість перевірити стан сертифікату; підтримання архівних даних про сертифікати та їхній стан. Центри сертифікації інколи можуть делегувати відповідальність за деякі з цих задач до інших складових інфраструктуриNIST 800-32; 3.1.1 Certification Authorities.
Центр сертифікації ключів разом із об'єктами, яким видано сертифікати цього центру утворюють домен (ЦСК-домен).
Центр реєстрації (, RA) — об'єкт, що відповідає за ідентифікацію та аутентифікацію суб'єктів сертифікатів, але не підписує і не випускає сертифікати (тобто, RA делегуються деякі задачі від імені центру сертифікації).
Архів — це база даних, яка зберігає та захищає інформацію для розв'язання різних суперечок, які можуть виникнути у майбутньому. Основним завданням архіву є безпечне зберігання інформації, необхідної для встановлення вірності «старих» електронних підписів.
Центр сертифікації формує цифрові сертифікати ключа. Цифровий сертифікат електронного ключа зазвичай містить відкритий ключ, основні дані (реквізити) підписувача — власника особистого ключа, термін дії сертифікату, найменування та реквізити центру сертифікації ключів та електронний цифровий підпис самого центру сертифікації. Крім того, сертифікат може містити додаткову інформацію про центр сертифікації, власника сертифіката, або інформацію про передбачені способи використання відкритого ключа. Підписувачі звертаються до центрів сертифікації аби отримати свій сертифікат електронного ключа, аби в подальшому користуватись електронним ключем для підтвердження своєї особи та мати можливість засвідчувати документи електронним цифровми підписом.
Користувачами інфраструктури відкритих ключів є організації та фізичні особи, які користуються послугами інфраструктури, але не видають цифрові сертифікати. Користувачі інфраструктурою покладаються на інші її складові для отримання сертифікатів, та для верифікації сертифікатів інших користувачів.
Моделі
Побудова ЦСК-доменів основана на таких типах центрів сертифікації ключів: Ізольований/Одноранговий ЦСК (); Кореневий ЦСК (); Підпорядкований ЦСК (); Шлюзовий ЦСК ().
Інфраструктура відкритих ключів окремого підприємства, відомства тощо може бути побудована за однією з відомих моделей: Одноранговий ЦСК-домен (); Ієрархічний ЦСК-домен ().
Реалізації таких моделей часто утворюють замкнену групу, утворену в межах одного підприємства/організації та призначену для відокремленого від інших ЦСК застосування локальної інфраструктури ЕЦП.
Архітектура ЕЦП для об'єднання окремих ЦСК-доменів підприємств, відомств тощо в єдину довірчу інфраструктуру може бути за однією з відомих моделей: Ієрархічна модель (); Мережена модель (); Шлюзова модель ().
Одноранговий домен