使用SCEP为SSL提供证书服务
杨扬，马跃北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京（100876）E-mail ：摘 要：SSL 作为目前流行的保障信息安全的协议，具有保密性、消息完整性和端点认证等特性。本文使用SCEP 模块为SS
杨扬，马跃
北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京（100876）
E-mail ：
摘 要：SSL 作为目前流行的保障信息安全的协议，具有保密性、消息完整性和端点认证等特性。本文使用SCEP 模块为SSL 提供端点认证的特性，它作为路由器上的一个模块，向CA 服务器提出请求，为通信双方提供身份认证。
关键词：SCEP ，SSL ，CA 服务器，CRL
中图分类号：TP393
1. 引言
SCEP [1]（Simple Certificate Enrollment Protocol）是一种证书解决方案，目前广泛应用于PKI client和CA 实现。SCEP 中有三种实体：终端实体、数字证书认证中心（CA ）和审核授权部门（RA ）。终端实体是指在证书的subject name域或者在X.509 V3[2]扩展版本中subjectAltName 域中定义名字的实体。它的功能是产生一对非对称RSA 密钥，发起证书申请或者证书查询请求。CA 是证书的颁发机构，是PKI 的核心，职责是接收终端用户的申请，决定是否为其颁发证书；处理证书的更新请求；处理证书的查询请求；发布CRL 等。RA 协助CA 负责为已授权的证书申请者制作、发放和管理证书，在RA 存在的情况下，终端实体通过RA 提出证书申请，此时终端实体除了获得CA 自签名证书外，还要获得由CA 颁发的RA 证书。
SCEP 模块模块
SSL 模块
TCP 模块
图1 SCEP模块在路由器中的位置
在建立SSL 连接的过程中，有两处需要提供证书服务。一处是SSL 服务器向客户端发送证书来证明自己的身份时，这就需要SSL 服务器拥有自己的数字证书；另外一处是如果SSL 服务器选择了客户端认证，那么它在获得客户端证书时就需要认证客户端证书的可靠性。由于验证证书需要耗费大量的时间，如果一个SSL 服务器同时为多个客户端服务，验证每个客户端的证书将耗费大量的服务器时间，降低了服务器的效率。因此，对客户端身份的验证往往不使用证书，而是通过其他的方式完成，比如用户名/口令等。所以本文只讨论SCEP 为SSL 申请数字证书的情况，SCEP 模块在系统中的位置可以用图1表示。
2. 为SSL 服务器申请证书
SSL 连接中进行服务器验证，首先要保证服务器拥有数字证书，申请证书的过程由SCEP 模块完成，申请成功后将证书送至SSL 信箱，SSL 模块可以将证书存储在内存中，启动SSL 模块时自动加载证书，而无需每次重新申请证书。
SCEP 在申请证书前需要具备以下两个前提条件：具有一对RSA 密钥；已知CA 服务器
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,
图2
网路拓扑结构图
SCEP 在获取数字证书之前，必须先获得CA 服务器证书（若RA 存在，还需获得RA 证书），而此时SCEP 和CA 之间没有公钥交换，不能进行加密通信，因此使用HTTP 协议来获得证书。获取CA 服务器证书的过程可以用两条消息完成：SCEP 请求者发送给CA 服务器的GetCACert [1]消息和CA 服务器返回的CertRep [1]消息，如图3所示。
图3 SCEP 请求CA 服务器的证书
2.1 GetCACert
路由器R 与myca 建立TCP 连接之后， SCEP发送HTTP GET：
一旦接收到CA 证书，SCEP 必须使用“指纹”[1]来验证证书是否可信。“指纹”是对整个
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,验证过CA 证书之后，SCEP 就可以为SSL 服务器注册证书了。证书注册过程由两条消息构成，一条是SCEP 发送给CA 服务器的PKCSReq [1]消息，另外一条是CA 服务器返回的CertRep [1]消息，如图4所示。
图4 SCEP 向CA 服务器请求CA 证书
2.1.1 PKCSReq消息
PKCSReq 消息的内容是添加了签名的PKCS 证书请求。PKCSReq 的生成过程（如图5所示）如下：
1．终端实体（本文中是路由器R 上的SCEP 模块）创建一个自签名的证书，包括的主
题名、主题公钥信息和属性等信息，然后使用与主题公钥相对应的私钥对证书请求进行签名，签名后的证书请求组成了证书请求信封的信息部分。
2．使用随机生成的内容加密密钥key 来加密这个PKCS ＃10证书请求，再把这个内
容加密密钥key 用用于加密的RA 密钥加密后放在接收者信息域中，就形成了PKCS ＃7证书请求信封。
3．生成一个唯一的字符串作为操作ID 。此ID 标识一个PKI 操作，在同一次PKI 操作
中，终端实体和CA 交换的信息中的操作ID 都是相同的。
4．生成一个16字节的随机数作为SenderNonce ，防止重放攻击。
5．使用选定的消息摘要算法计算添加信封后的PKCS 注册请求的消息摘要。
6．在签名数据中添加请求者的自签名证书和签名者信息。将操作ID 、SenderNonce 和
上一步产生的摘要组成鉴定属性，用终端实体的私钥签名，添加到签名数据中，就完成了SignedData 。
7．使用ContentInfo 指明这个SignedData 对象，就组成了完整的PKCSReq PKI消息。 SCEP 终端实体生成PKCSReq 消息之后，先后用DER 和Base64编码方式编码，假设编码后的内容是msg ，然后发送HTTP GET ：
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图5 证书请求消息PKCSReq 的生成过程
2.1.2 CertRep
CA 服务器收到PKCSReq 消息之后，会验证请求者的身份，这里有两种验证方式：手工验证和自动验证。Windows2003服务器支持这两种验证方式，可以在服务器中设置。先介绍一下人工验证方式，在CA 服务器管理员通过请求之前，证书请求信息会出现在CA 服务器的挂起请求列表中，并且CA 服务器会返回一个CertRep 消息返回给SCEP 。此时的CertRep 消息的pkiStatus 域为PENDING ，表示尚未通过管理员验证，此时登陆CA 服务器可以看到证书请求的状态，处在“挂起的申请”列表中，如图6所示，申请ID 为4的证书请求出现在“挂起的请求列表中”：
图6 尚未通过手工验证的证书请求的状态
图7 手工验证证书请求的过程
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,1．FAILURE 消息
此消息表示验证过程中出现了错误，请求被拒绝，证书请求出现在“失败的申请”列表中。此时消息中的失败信息中会给出失败原因，一般有以下几种：
badAlg ：使用了不能识别或者不支持的算法
badMessageCheck ：对消息完整性的验证失败
badrequest:不被允许或者不支持的交易
badTime ：消息时间与系统时间不符
badCertId ：找不到匹配的证书
2．SUCCESS 消息
若请求者通过了验证，则证书请求会出现在“颁发的证书”列表中，如图8所示：
[1][1]
图8 已经通过CA 管理员验证的证书请求的状态
图9 CertRep消息的格式
从图8可以看出，申请ID 为4的证书请求已经移到了“颁发的证书”列表中。而此时SCEP 也会收到一个CertRep 消息，消息的信息部分就是一个包含所请求的证书的退化的PKCS ＃7数据，此数据包括在PKCS ＃7信封中，除此之外还包括CA 服务器证书和签名信息。证
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,如果服务器使用自动验证方式，则不会收到PENDING 类型的CertRep 消息，也无须周期性发送GetInitialCert 了。自动验证是基于对pre-share secret的检验，pre-share secret是CA 服务器为每一个终端实体颁发的唯一的share secret，这个密钥对应该终端实体的注册请求，只有该终端实体知道这个密钥，当终端实体提出注册请求时，要将这个密钥填进PKCS#10属性域，再经过PKCS ＃7的封装，加密发送给CA 服务器。CA 服务器提取密钥并与自己保存的密钥进行比较，从而鉴别终端实体的身份。
到目前为止，SCEP 已经成功的从CA 证书服务器取得了一个证书，它将这个证书提取出来之后，发到SSL 信箱中，SSL 就可以直接使用，在Certificate 消息中发送这个证书。 [5]
3. SCEP提供的其他服务
SCEP 除了完成证书请求的功能外，还可以提出证书查询，请求CRL ，下面简单地介绍一下这两个功能。
3.1证书查询
证书查询[1]有两个用途：有些客户端没有存储证书的能力，这时CA 服务器会替客户存储这些证书，客户需要时可以向CA 服务器提出证书查询，查询自己的证书；另外一个用途是客户可以使用证书查询功能来查询其他客户的证书。证书查询有两种方式：使用LDAP 协议存取或者向CA 服务器发送查询请求，我们这里介绍第二种方式。查询过程有两条消息组成：GetCert 和CertRep 。GetCert 消息的构成和GetCACert 消息的组成类似，只是此时GetCert 信封中被加密的内容变成了要查询的证书的颁发者和序列号（如图10所示），这是因为证书使用其颁发者和序列号来唯一地标识自己。在生成了GetCert 消息之后，再对其使用DER 和Base64编码方式编码，假设编码后的内容是msg ，使用HTTP GET：
摘要算法
数据类型标识
用CA 公钥加密后的key
加密算法
用key 加密的证书序列号和颁发者名字
终端实体证书
签名信息 [2]
图10 证书查询消息GetCert 的格式
3.2 请求CRL
我们知道SSL 另外一个用到证书服务的地方是验证客户端证书，虽然我们在实际应用中没有用到这个服务，但SCEP 还是可以为SSL 提供这个服务的，这个功能的实现需要向CA 服务器请求CRL [1]，如果客户端证书出现在CRL 中，说明这个客户端证书无效，可能证书过期或者用户吊销了证书，这是SSL 可以取消连接建立过程，否则，说明客户端证书可
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,证书的Certificate 消息，这时SSL 服务器可以继续建立连接或者取消连接返回失败信息。 CRL 是由CA 发行者的名字和CA 证书序列号标识的，因此在请求CRL 时，必须提供这两个信息。
SCEP 对CRL 的请求同样通过两条消息完成：GetCRL 消息和CertRep 。本文的环境中，若是请求CA 服务器test 的CRL ，则要在生成GetCRL 消息之后，使用HTTP GET http:/13.1.1.1/CertEnrolll/test.crl/发送CRL 请求（注意这里使用的HTTP GET与前面的有所不同）。这里的CertRep 消息返回的是撤销证书列表[2]，列表中的每项由用户证书序列号和撤销日期组成，其格式如图11所示。
[5]
图11 CRL 格式
4. 结论
本文以SSL 服务器获取证书为例讨论了SCEP 的一些功能，其实SCEP 还可以为其他需
要证书的模块提供服务，如IPSEC 等。SCEP 解决了建立安全通道时验证通信双方身份的问题，使用PKCS ＃10、PKCS ＃7协议与数据加密和数字签名相结合，从而在证书注册和颁发证书时，隐藏身份信息，抵抗中间人攻击。
参考文献
,Yang Yang，Ma Yue
College of Computer Science & Technology，Beijing University of Posts and
Telecommunications ，Beijing (100876)
Abstract
SSL has characters of safety, message integrity and end authentication as a popular protocol ensuring information secure. This title uses SCEP module to offer end authentication for SSL, it is a module on router, send request to CA server, makes SSL server able to prove its identification.
Keywords ：SCEP ，SSL ，CA Server，CRL
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