（整理）CA数字签名认证系统技术方案

发布时间：2019-11-01 00:34:59 来源：文档文库

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CA数字签名认证系统技术方案

1. 系统需求
1.1 背景概述
随着计算机网络技术的迅速发展和信息化建设的大力推广，越来越多的传统办公和业务处理模式开始走向电子化和网络化，从而极大地提高了效率、节约了成本。与传统的面对面的手工处理方式相比，基于网络的电子化业务处理系统必须解决以下问题：
（1）如何在网络上识别用户的真实身份；
（2）如何保证网络上传送的业务数据不被篡改；
（3）如何保证网络上传送的业务数据的机密性；
（4）如何使网络上的用户行为不可否认；
基于公开密钥算法的数字签名技术和加密技术，为解决上述问题提供了理论依据和技术可行性；同时，《中华人民共和国电子签名法》的颁布和实施为数字签名的使用提供了法律依据，使得数字签名与传统的手工签字和盖章具有了同等的法律效力。
PKI（Public Key Infrastructure）是使用公开密钥密码技术来提供和实施安全服务的基础设施，其中CA（Certificate Authority）系统是PKI体系的核心，主要实现数字证书的发放和密钥管理等功能。
数字证书由权威公正的CA中心签发，是网络用户的身份证明。使用数字证书，结合数字签名、数字信封等密码技术，可以实现对网上用户的身份认证，保障网上信息传送的真实性、完整性、保密性和不可否认性。
数字证书目前已广泛应用于安全电子邮件、网上商城、网上办公、网上签约、网上银行、网上证券、网上税务等行业和业务领域。
1.2 现状与需求概述
现状描述。。。。。。
基于上述现状，******系统需要解决数据的签名问题和法律效力问题，从而提高*****的便捷性和管理效率。鉴于数字证书、数字签名的广泛应用和相关法律的保障，****单位规划建设CA及数字签名认证系统，主要需求如下：
（1）建设CA系统或采用第三方CA，为****用户申请数字证书；
（2）在现有*****系统中加入对数据的签名功能，存储数据签名并提供对签名的认证功能；
1.3 需求分析
为了解决网上用户的身份证明问题，需要为用户颁发数字证书。数字证书由CA中心签发，目前在实际应用中主要存在两种类型的CA：
（1）独立的第三方CA
跨区域的CA，如：中国电信的CTCA、中国人民银行的CFCA；
地域性的CA，如：广东电子商务认证中心CNCA、上海电子商务认证中心SHECA，以及其他各省电子商务认证中心；
（2）各类应用系统自己建设的CA
如：招商银行、建设银行等建设的用于服务各自网上银行的CA；海关、税务等建设的服务各自网上报税系统的CA；
这两种类型的CA在实际使用过程中各有优劣，以下将进行分析和比较：
1.3.1 CA建设与使用的分析
采用独立权威的第三方与自建的比较

备注：成本比较
权威的第三方CA的使用成本：10元/年/用户 × 10万用户 = 100万元/年
自建CA的系统建设成本
1.3.2 证书存储方式的分析
使用普通文件存储方式与智能卡存储方式的比较

USB智能卡自带CPU，内置芯片操作系统（COS）；采用USB接口，易于使用和携带；支持RSA非对称算法和DES、3DES等对称算法；支持RSA公司的PKCS#11标准和微软的CSP标准；支持Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系统。USB智能卡可支持国密算法SSF33，并通过国家密码管理委员会的检测。

1.3.3 签名数据类型的分析
*****系统需要进行电子签名并存储的数据主要有以下三类：
上报表单的数据签名
用户在网上填写的各类表单需要由用户的私钥进行电子签名；
上报数据文件的数据签名
用户上传的数据文件，其内容需要由用户的私钥进行电子签名；
下载数据文件的数据签名
用户通过****系统生成并下载的确认数据文件（如：PDF格式），其内容需要由用户的私钥进行电子签名并回传至系统存储。
2. 技术方案
2.1 系统总体架构
系统的总体架构如下图所示，主要由：****业务系统、CA数字证书受理系统、数字签名认证系统三大部分组成。

2.2 系统数据库
系统中包含两个数据库（Sybase）：业务数据库和证书数据库，其中证书数据库需要新建，业务数据库需要更新，以满足数字签名认证的需求。
（1）证书数据库主要包括以下数据：
用户数据：用于用户数字证书的申请，可以由业务数据库批量导入；
证书数据：用户证书及证书信息、证书状态；
用户与证书的关联数据：用户信息与用户证书的对应关系；
（2）业务数据库主要包括以下数据：
用户数据：用户的用户信息；
业务数据及签名数据：业务的各项数据，需要增加相应的签名字段和签名证书的序列号字段；
2.3 CA数字证书受理系统
2.3.1 数字证书及其格式
数字证书是一种数字标识，如同我们的身份证一样，是网络上的身份证明，它是由证书授权机构（CA）签名颁发的数字文件，该签名使得第三者不能伪造和篡改证书。
ITU-T的X..509国际标准定义了数字证书的格式，目前X .509v3数字证书的主要内容，如图2所示，主要包括证书的版本号、证书的序列号、证书的有效起止日期、证书颁发者的名字和唯一标识符、证书持有者的名字和唯一标识符、证书持有者的公钥、证书扩展项以及证书颁发者的签名。其中，证书扩展项可以根据证书的不同应用而由证书的颁发者具体定义，因而具有较强的通用性和灵活性。
由于数字证书是由相对权威的授权机构审核颁发的，因此，一方面可以用来向系统或者系统的其他实体证明自己的身份；另一方面，由于证书携带着其持有者的公钥，也起着公钥分发的作用。

X .509v3数字证书的主要格式
基于****单位的现状与需求分析，建议建设自己的业务系统CA，节约总体成本投入，满足业务系统对CA认证的可靠性、灵活性、快捷性以及用户使用的方便性等方面的需求。另外，也可以采用基于权威第三方的CA数字证书受理系统。
2.3.2 自建CA数字证书受理系统

独立建设的CA数字证书受理系统
自建CA数字证书受理系统主要由WEB应用服务器、数据库、RA服务器、CA服务器组成，采用B/S（浏览器/服务器）架构实现基于WEB的数字证书申请、审核、下载制作、更新和作废等功能。
2.3.2.1 自建CA各组成部分及其功能
基于的证书管理系统
为用户和管理员提供WEB管理界面，完成用户证书申请信息的提交、查询、审核；已生成的数字证书的下载和制作（存储到指定介质）；证书状态的查询和管理（证书更新、证书作废）；私钥密码的修改等功能。
证书数据库
存储用户信息、证书信息以及二者的关联信息，保存用户的所有历史证书数据，以备校验历史签名数据。
注册授权服务器（）
负责定期从数据库中提取已审核通过的证书申请/更新/作废信息，按既定格式打包提交到CA服务器，并接收和记录返回的结果。
证书签发服务器（）
负责密钥对（公私钥对）的产生，可采用软件方式或硬件方式（加密机）；接收RA服务器的请求，签发/更新/作废用户证书；定期签发CRL（证书撤销列表）。
备注：
（1）CA服务器采用软件方式产生密钥对可节约系统成本；采用硬件方式产生密钥对，则需要购置加密机（国密局认证的密码设备，得安SJY05型加密机），产生的密钥对质量高，也有利于自建的CA完成相关认证和获取资质。
（2）RA服务器和CA服务器均为软件方式的应用程序，可共用一台主机。
2.3.2.2 自建CA的主要功能和技术特点
自建CA总体上具有建设成本低、易于部署；流程简捷高效、易于管理；系统可定制，易于与具体业务系统相结合等特点。
系统的主要功能如下：
自定义根：系统初始化时，自定义根证书。
策略管理：支持对密钥长度、证书有效期、私钥备份等策略的管理。
证书申请信息注册：通过方式提交证书申请信息，支持个人证书、企业证书、服务器证书等，支持批量证书申请。
证书申请信息审核：管理员通过方式查询并审核用户的证书申请信息，可设置自动审核。
密钥产生和证书签发：服务器支持软件方式和硬件方式（加密机或加密卡）产生密钥对，并签发证书请求，生成证书。
证书查询和下载制作：通过方式查询证书申请状态、证书状态，下载已经生成的证书，并通过方式灌制到指定的存储介质。
证书作废和签发：通过方式提交证书作废请求，定时签发。
证书更新：即将到期的用户证书可以通过方式进行在线更新。
证书导出：可以通过方式将指定范围的用户证书按标准格式（编码）导出到文件中。
系统审计：对证书相关的各项操作，提供详尽的系统审计功能。
系统的主要技术和功能特点：
数字证书格式遵循国际标准
密钥长度可支持、、位
密钥生成方式支持软件产生和硬件（加密机或加密卡）产生
支持策略定制（密钥长度、证书有效期、私钥备份等策略）
支持多种证书类型：个人、企业、服务器证书等
支持多种存储介质：磁盘、盘、卡、智能卡（eKey）
支持证书的批量申请，支持证书申请的手工审核和自动审核
支持证书作废和证书撤销列表（），支持证书更新
2.3.2.3 自建CA的证书受理业务流程

（四）建设项目环境影响评价的内容

自建CA的证书受理业务流程
上述流程中的相关步骤说明如下：
（1）步骤1至3，可以根据实际情况由管理员一次录入资料并自动审核；对于*****系统而言，可以从系统的数据库中按要求格式导出用户数据文件，再批量导入证书申请数据库中，同时自动审核；
（2）步骤8至9，可根据实际情况由用户或管理员完成下载操作。
自建CA系统在对外提供电子认证服务时，需要通过国家密码管理局、国务院信息产业主管部门的审查并获取电子认证许可证。
2.3.3 自建CA切换到第三方CA的可行性分析
自建CA在结构上具有良好的兼容性，通过RA服务器可以屏蔽不同CA中心所带来的接口问题。当整个CA系统需要切换到第三方CA时，只需更改RA服务器，按第三方CA系统的接口格式，将证书申请数据打包提交到第三方CA系统即可实现证书的申请，原有的基于WEB的证书管理系统将仍然有效。
2.3.4 基于第三方（CTCA）的数字证书受理系统
目前，国内拥有CTCA、CFCA等大型CA运营系统，它们通过了相关部门的审批，具有相关资质，是对外提供电子认证服务的权威、公正的第三方CA系统。
如果采用第三方CA系统，则需要完成以下工作：
（1）与第三方CA签署合作协议；
（2）从第三方CA系统申请数字证书；
（3）为申请的数字证书按年交纳使用费用；
在申请和使用数字证书的过程中，需要遵循第三方CA限定的证书申请模式，受第三方CA系统性能制约。从第三方CA系统申请数字证书的方式可以是用户分散申请方式或者批量申请方式，前者对用户要求较高且过程繁琐，后者需要将批量申请下来的数字证书手工导入业务系统中。
建立基于第三方CA的数字证书网上受理系统，是解决第三方CA数字证书申请的有效途径之一，通过该系统连接业务系统和第三方CA，从而实现数字证书申请过程以及数字证书与业务系统结合过程的自动化。
2.4 数字签名认证系统
数字签名认证系统由客户端浏览器签名控件、签名认证服务器、基于WEB的签名验证管理系统组成。
2.4.1 数字签名认证的原理及流程

除了房地产市场外，在不同职业和地点的工资差别中也可以发现类似的情形。

数字签名认证的原理
数字签名基于非对称加密算法和单向散列算法（Hash函数），其原理如下：
用户对要发送的信息用函数进行摘要，并用自己的私钥加密该摘要；
用户把原始信息和私钥加密后的摘要绑定，发送给用户B；
用户用的公钥解密接收到的加密摘要，并得到摘要；
用户对接收的原始信息用同一函数进行摘要；
将前两步所得的摘要进行对比，如果相同，即可通过验证。
利用证书验证签名数据时，都遵循相同的验证流程，一个完整的验证过程由以下几步：
（1）将接收的数据分为原始数据流、签名数据和用户证书三部分；
（2）用CA根证书验证用户证书的签名完整性；
（3）检查用户证书是否有效（当前时间在证书的有效期内为有效）；
（4）检查用户证书是否作废 (OCSP方式或证书撤销列表CRL方式)；
（5）验证用户证书结构中的证书用途；
（6）用用户证书验证原始数据的签名完整性。
如果上述各项均验证通过，则接受该数据；只要有一项未通过，则验证失败。
2.4.2 客户端浏览器签名控件
客户端浏览器签名控件采用ActiveX控件形式（如下图所示），在第一次使用系统时自动下载安装。

（一）安全预评价依据

为了有别于传统的忽视环境价值的理论和方法，环境经济学家把环境的价值称为总经济价值（TEV），包括环境的使用价值和非使用价值两个部分。
图9 客户端浏览器签名控件的自动下载安装示例
客户端签名控件可以以浏览器插件形式自动调用，也可以以脚本方式调用，主要完成以下功能：
（1）对网页中的表单（Form）数据项进行签名
表单中的各数据项按约定方式命名，签名控件自动检测表单数据项并按如下格式对表单进行签名：
签名数据 = 私钥签名（ Hash（Key1=Value1&Key2=Value2&…&KeyN=ValueN））
提交到服务器的数据 = 原始表单数据 + 签名数据 + 用户数字证书
（2）对网页中上传的数据文件内容进行签名
上传文件的控件名按约定方式命名，签名控件自动检测准备上传的数据文件，读取文件内容并按如下格式对文件进行签名：
签名数据 = 私钥签名（Hash（上传文件的内容））
提交到服务器的数据 = 原始文件数据 + 签名数据 + 用户数字证书
2.4.3 签名认证服务器及认证的业务流程
如图2所示，签名认证服务器位于防火墙之后，与EJB服务器配合使用，并与证书数据库相连接，其认证的业务流程如下图所示：

规划审批机关在审批专项规划草案时，应当将环境影响报告书结论以及审查意见作为决策的重要依据。
签名认证服务器的认证业务流程
签名认证服务器主要完成以下功能：
（1）接收EJB服务器提交的认证请求数据；
（2）从认证请求数据中获取数据、数据签名和用户数字证书，根据配置的CA根证书，校验用户证书是否由本CA签发，是否在有效期范围之内；
（3）查询证书数据库中相应证书的状态，检查用户证书是否被作废；
（4）用用户证书校验数据签名；
（5）验证通过的数据、数据签名及相应的签名证书序列号交由EJB服务器入*****系统业务数据库存储；
系统业务数据库的每一条记录应当增加数字签名和签名证书序列号两个字段。
各个数据项数据签名签名证书的序列号
2.4.4 基于WEB的签名验证管理系统
基于WEB的签名验证管理系统提供WEB方式的历史数据查询和签名校验功能，其业务流程如下：
（1）查询历史数据和签名；
（2）根据签名证书序列号在证书数据库中查找用户证书；
（3）使用用户证书校验签名；
证书数据库中必须保存用户的所有历史证书数据，以便对历史签名数据进行校验。
2.5 数据加密传输通道（SSL）
目前，*****系统采用的是普通的HTTP传输通道和明文数据传送。通过在WEB应用服务器（WebLogic）上配置服务器证书和私钥，可以实现基于SSL的HTTPS传输通道，保证其中传送的数据的安全性。
以下几点说明：
（1）与HTTP方式相比HTTPS速度相对较慢；
（2）服务器证书的CN（Common Name）必须与站点名称一致；
（3）单向SSL，只对服务器证书进行验证，可配置双向SSL，要求对服务端证书和客户端的用户证书都进行验证。

3.完整性原则；

在WebLogic控制台中配置SSL服务
3. 成功案例
中科院数字图书馆（https://q.csdl.ac.cn）CA数字证书受理与认证系统
中国银行江苏分行网上外汇交易认证（http://202.102.32.19）
赛迪网安全电子邮局（http://mail.ccidnet.com）CA数字证书受理与认证系统
武警部队哨位监控系统数字证书受理与认证
武警森林部队系统数字证书受理与认证
基于中国电信CTCA的数字证书受理系统和认证系统：
中国电信安全公务平台（http://www.chntel.com）
江苏电信数字证书受理系统（http://202.102.32.3）
陕西省电信数字证书受理系统（http://202.100.43.106）
贵州省电信系统认证
安徽省电信系统认证
新疆电信协同办公系统认证
湖北省电信移动办公认证
中国电信集团公司市场部服务监督系统认证
中国电信集团公司综合部电信信息系统认证
中国电信集团公司财务部信息系统认证
中国电信集团公司法律部信息系统认证
中国电信集团公司监管事务部信息系统认证
4. 设备软件汇总及报价
4.1 基本设备及软件