¿Cómo se relacionan las claves públicas y privadas en criptografía?

1. Descripción general de la infraestructura de clave pública

El éxito del negocio de una empresa depende en gran medida de si la empresa tiene un sistema de red seguro y confiable. Actualmente, la mayoría de los administradores de TI corporativos han adoptado algún tipo de esquema de cifrado y autenticación para sus sistemas de redes corporativas. Muchos administradores de redes corporativas utilizan la Web para proporcionar comercio seguro por Internet, redes privadas virtuales (VPN) y servicios de autenticación remota a sus empresas para que sus empleados remotos puedan acceder a las redes corporativas. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías de seguridad actuales (como nombres de usuario y contraseñas, contraseñas de un solo uso y autenticación bidireccional) no son adecuadas para las necesidades de seguridad de las empresas, y estas tecnologías tradicionales suelen requerir diferentes medidas de mantenimiento y gestión.

Actualmente, cada vez más empresas necesitan utilizar redes para conectar sus sucursales y empleados remotos en todo el mundo, por lo que deben tomar las medidas de seguridad más efectivas para proteger los recursos empresariales. Sin embargo, el aumento de las precauciones de seguridad también genera más trabajo administrativo adicional. Afortunadamente, la infraestructura de clave pública (PKI) puede ayudar a las empresas a resolver este problema. Puede ayudarlas a establecer un sistema de gestión de red seguro y confiable. PKI es una solución de seguridad de red centralizada y fácil de administrar. Puede admitir varias formas de autenticación digital: cifrado de datos, firma digital, no repudio, autenticación de identidad, gestión de claves y certificación cruzada. PKI puede manejar todo el cifrado de datos y firmas digitales a través de un marco basado en autenticación. El desarrollo de estándares y protocolos PKI tiene una historia de 15 años. La PKI actual puede proporcionar una garantía de seguridad eficaz para las redes empresariales.

En términos de mecanismo operativo, se han unificado casi 50 estándares PKI en los últimos 15 años y los fabricantes han hecho esfuerzos incansables para resolver mejor la interoperabilidad de sus bases de datos back-end. PKI se compone de muchos componentes que realizan dos funciones principales: cifrar datos y crear certificados digitales. El producto servidor (backend) es el núcleo de este sistema. Estas bases de datos gestionan certificados digitales, claves públicas y claves privadas (utilizadas para el cifrado y descifrado de datos respectivamente). La base de datos CA (Autoridad de certificación) es responsable de emitir, revocar y modificar la información de certificación digital X.509, que incluye la clave pública del usuario, el período de validez del certificado y funciones de autenticación (como cifrado de datos o verificación de firma digital). Para evitar la manipulación de las firmas de datos, la CA debe autenticar cada firma digital antes de enviarla al cliente solicitante. Una vez que se crea un certificado digital, se almacena automáticamente en el directorio X.500, que es una estructura de árbol. El protocolo LDAP (Protocolo ligero de acceso a directorios) responderá a las solicitudes que envíen autenticación de clave pública almacenada. La CA genera dos pares independientes de claves públicas y privadas para cada usuario o servidor. Un par se utiliza para cifrar y descifrar información, y el otro par lo utilizan las aplicaciones cliente para crear firmas digitales en documentos o transmisiones de información.

La mayoría de las PKI admiten la distribución de certificados, que es el proceso de almacenar certificados emitidos o extendidos. Este proceso utiliza un mecanismo de consulta pública y el directorio X.500 puede completar automáticamente este proceso almacenado. Uno de los principales obstáculos que afectan la aceptación generalizada de PKI entre las empresas es la certificación cruzada entre diferentes CA. Digamos que hay dos empresas, cada una de las cuales utiliza CA de diferentes proveedores, y ahora quieren hospedarse mutuamente durante un período de tiempo. Si su base de datos de respaldo admite la certificación cruzada, entonces las dos empresas obviamente pueden alojar sus CA entre sí, de modo que todos los usuarios que alojan puedan hospedarse en las CA de ambas empresas.

2. Componentes básicos del sistema PKI

PKI es una plataforma de administración de claves que cumple con los estándares y que puede proporcionar de manera transparente a todas las aplicaciones de red servicios criptográficos como cifrado y firmas digitales. gestión de certificados. PKI debe tener componentes básicos como CA, biblioteca de certificados, sistema de recuperación y copia de seguridad de claves, sistema de procesamiento de invalidación de certificados y sistema de procesamiento de certificados de cliente. La construcción de PKI también girará en torno a estos cinco sistemas.

*Autoridad de certificación

CA es la autoridad emisora ​​del certificado y es el núcleo de PKI. Como todos sabemos, el contenido central de la construcción de un sistema de servicios criptográficos es cómo implementar la gestión de claves. Los sistemas de clave pública implican un par de claves, una clave privada y una clave pública. La clave privada solo la mantiene en secreto el titular y no es necesario transmitirla en línea, mientras que la clave pública es pública y debe transmitirse en línea. Por lo tanto, la gestión de claves de los sistemas de claves públicas es principalmente una cuestión de gestión de claves públicas. Una mejor solución en la actualidad es introducir un mecanismo de certificación.

El certificado es el medio de gestión de claves del sistema de clave pública. Es un documento electrónico autorizado, similar a una tarjeta de identificación en un entorno informático de red, que se utiliza para probar la identidad de un sujeto (como una persona, un servidor, etc.). ) y la legalidad de su clave pública. En un entorno de red que utiliza un sistema de clave pública, es necesario demostrar la verdadera legitimidad de la clave pública al usuario de la clave pública. Por lo tanto, en un entorno de sistema de clave pública, debe haber una organización confiable para certificar ante notario la clave pública de cualquier sujeto para demostrar la identidad del sujeto y su relación coincidente con la clave pública. La CA es una organización de este tipo y sus responsabilidades se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Verificar e identificar la identidad del solicitante del certificado;

2. Garantizar la clave asimétrica utilizada por. la CA para firmar la calidad del certificado;

3. Garantizar la seguridad de todo el proceso de visa y la seguridad de la clave privada de la firma;

4. número de serie del certificado, identificación de CA, etc.

);

5. Determinar y verificar el período de validez del certificado;

6. Garantizar la unicidad de la identificación del sujeto del certificado y evitar la duplicación de nombres;

>7. Liberar y mantener el formulario de certificado no válido;

8. Registrar todo el proceso de emisión del certificado;

9.

El más importante de ellos es la gestión del par de claves propias de la CA, que deben mantenerse altamente confidenciales para evitar que otros falsifiquen certificados. La clave pública de la CA se hace pública en Internet y se debe garantizar la integridad de todo el sistema de red.

*Almacenamiento de certificados

El repositorio de certificados es un lugar de almacenamiento centralizado para certificados. Es similar a las "páginas blancas" de Internet. Es una biblioteca de información pública en Internet. Los usuarios pueden obtener los certificados y claves públicas de otros usuarios.

La mejor manera de crear un almacén de certificados es utilizar un sistema de directorio que admita el protocolo LDAP. Los usuarios o aplicaciones relacionadas pueden acceder al almacén de certificados a través de LDAP. El sistema debe garantizar la integridad del depósito de certificados y proteger contra la falsificación y manipulación de certificados.

*Sistema de recuperación y copia de seguridad de claves

Si el usuario pierde la clave utilizada para descifrar los datos, los datos de texto cifrado no se descifrarán, lo que provocará la pérdida de datos. Para evitar esta situación, PKI debe proporcionar un mecanismo para realizar copias de seguridad y restaurar las claves de descifrado. La copia de seguridad y la recuperación de claves deben ser realizadas por una organización confiable, como una CA que pueda desempeñar esta función. Vale la pena enfatizar que la copia de seguridad y recuperación de claves solo se pueden usar para claves de descifrado y no pueden respaldar la firma de claves privadas.

*Sistema de procesamiento de invalidación de certificados

El sistema de procesamiento de invalidación de certificados es una parte importante de PKI. Al igual que varios certificados en la vida diaria, es posible que el certificado deba caducar dentro del período de validez firmado por la CA. Por ejemplo, el empleado A de la empresa A dimite y abandona la empresa, lo que requiere finalizar el ciclo de vida del certificado A. Para conseguirlo, PKI debe prever una serie de mecanismos de revocación de certificados. Existen tres estrategias para la revocación de certificados:

1. Invalidar el certificado de uno o más sujetos;

2. Invalidar todos los certificados emitidos por un par de claves;

3. Invalidar todos los certificados emitidos por la CA.

La revocación de un certificado generalmente se logra al incluir el certificado en la CRL. Por lo general, en el sistema, la CA es responsable de crear y mantener una CRL que se actualiza de manera oportuna, y el usuario es responsable de verificar si el certificado está en la CRL al verificar el certificado. Las CRL generalmente se almacenan en sistemas de directorio. La revocación de certificados debe realizarse de forma segura y verificable, y el sistema también debe garantizar la integridad de la CRL.

* Sistema de interfaz de aplicación PKI

El valor de PKI es permitir a los usuarios utilizar cómodamente servicios de seguridad como cifrado y firmas digitales. Por lo tanto, una PKI completa debe proporcionar un buen sistema de interfaz de aplicaciones para que varias aplicaciones puedan interactuar con la PKI de manera segura, consistente y confiable, garantizando la credibilidad del entorno de red establecido y reduciendo los costos de administración y mantenimiento. Por último, el sistema de interfaz de la aplicación PKI debe ser multiplataforma.

En tercer lugar, se resumen las funciones de PKI. PKI debe proporcionar el siguiente soporte de seguridad para las aplicaciones:

* Los certificados y las CA deben implementar funciones básicas de administración de certificados, como CA, biblioteca de certificados y CRL.

*Copia de seguridad de claves y recuperación de certificados.

* Reemplazo automático de pares de claves Los certificados y claves tienen una vida útil determinada. Cuando la clave privada de un usuario se ve comprometida, el par de claves debe cambiarse; además, a medida que aumenta la velocidad de la computadora, la longitud de la clave debe crecer en consecuencia; Por lo tanto, una PKI debe proporcionar una nueva distribución y sustitución de claves totalmente automatizada (sin intervención del usuario).

*Validación cruzada

Cada CA solo puede cubrir un rango determinado, es decir, el dominio de la CA. Por ejemplo, diferentes empresas suelen tener sus propias CA y los certificados que emiten sólo son válidos dentro de la empresa. Cuando los usuarios que pertenecen a diferentes CA necesitan intercambiar información, es necesario introducir certificados cruzados y certificaciones cruzadas, que también es el trabajo que debe completar PKI.

*Separación de claves de cifrado y claves de firma

Como se mencionó anteriormente, los requisitos de administración de claves de las claves de cifrado y las claves de firma son contradictorios, por lo que PKI debe admitir el uso de claves de cifrado por separado. y firma de claves.

*Admite el no repudio de firmas digitales

Cualquier tipo de comercio electrónico es inseparable de las firmas digitales, por lo que PKI debe admitir el no repudio de firmas digitales y las firmas digitales no pueden negarse. Depende de la unicidad y confidencialidad de la clave privada de la firma. Para garantizar esto, PKI debe garantizar que las claves de firma y cifrado se utilicen por separado.

* Gestión del historial de claves

Cada vez que se actualiza la clave de cifrado, se debe archivar la clave de descifrado correspondiente para facilitar la recuperación futura de los datos cifrados con la clave anterior. Después de cada actualización de la clave de firma, la clave privada de firma anterior debe destruirse adecuadamente para evitar que se destruya su unicidad; la clave pública de verificación anterior correspondiente debe archivarse para verificación futura de firmas antiguas. Estas tareas deberían ser automatizadas por PKI.

En cuarto lugar, las perspectivas de desarrollo de los sistemas PKI.

Como se mencionó anteriormente, PKI es muy importante para el éxito de los negocios empresariales. Permite a las empresas tener una infraestructura de seguridad pública, una infraestructura integral. seguridad La infraestructura de la que depende la aplicación.

Muchos correos electrónicos seguros, aplicaciones empresariales de Internet, VPN y capacidades de firma única en la empresa dependerán de la autenticación X.509. PKI implementa una gestión unificada y centralizada de claves y certificaciones necesarias para el cifrado de datos, firmas digitales, antirepudio, integridad digital y autenticación.

Cada empresa puede beneficiarse de la solución de gestión estructurada de PKI. Desafortunadamente, hasta ahora sólo un puñado de industrias, incluidas la banca, las finanzas y los seguros médicos, han adoptado este sistema. Algunas empresas que son lo suficientemente valientes como para probar cosas nuevas, como Automotive Network Exchange (compuesta por varios de los mayores fabricantes de automóviles de Estados Unidos), ya están empezando a beneficiarse de esta tecnología de seguridad.

Se predice que cuando el negocio de las empresas se vuelva cada vez más dependiente de la Web, cada vez más empresas recurrirán a PKI para garantizar el manejo seguro de la información de los clientes. Sin embargo, hasta ahora, pocas empresas han adoptado PKI. Los problemas con la propia PKI son la razón principal que limita la adopción generalizada por parte de los usuarios. Debido a la falta de estándares unificados, muchas empresas estadounidenses están excluidas de las iniciativas PKI. De hecho, ya existen estándares bastante maduros para el desarrollo de productos PKI. La falta de una buena interoperabilidad es también uno de los principales obstáculos para la adopción generalizada de PKI. Antes de que los proveedores de PKI puedan soportar todos los estándares, muchas empresas necesitarán utilizar kits de herramientas patentados en sus clientes, lo que también limitará en gran medida la rápida popularidad de PKI.

Sin embargo, el principal obstáculo para la adopción generalizada de PKI sigue siendo la complejidad de su diseño e implementación. Sin embargo, se predice que a medida que los proveedores de PKI se unifiquen y fusionen gradualmente, el proceso de implementación de PKI será cada vez más simple. Si la complejidad de la implementación lo desanima, puede subcontratar los sistemas de su empresa a un proveedor externo.

Muchos proveedores autorizados de soluciones de autenticación (como VeriSign, Thawte y GTE) actualmente ofrecen PKI subcontratada. El mayor problema de la subcontratación de PKI es que los usuarios deben confiar sus empresas a un proveedor de servicios, lo que significa renunciar al control sobre la seguridad de la red. Si no desea hacer esto, puede configurar una PKI privada. Las soluciones dedicadas suelen combinar varios productos de servidor de Entrust, Baltimore Technologies y Xcert con productos de proveedores de aplicaciones convencionales como Microsoft, Netscape y Qualcomm. La PKI privada también requiere que las empresas inviertan muchos recursos financieros y materiales en la preparación de la infraestructura.

Para aquellas industrias de alto riesgo (como la banca, las finanzas y los seguros), la PKI es crucial para sus necesidades de seguridad a largo plazo en los próximos 10 años. Con la popularización generalizada de la tecnología PKI, su implementación será más sencilla y el costo disminuirá gradualmente. Debido a que PKI se ha convertido recientemente en una solución de seguridad viable, la tecnología aún necesita más mejoras. Si su empresa no puede esperar a que esta tecnología madure, adoptela ahora porque sus capacidades actuales son suficientes para satisfacer la mayoría de las necesidades de seguridad de la empresa promedio.