DAY13 PKI、數位簽章、憑證、CA、金鑰生命週期、Hybrid Encryption

• 一. 數位簽章 Digital Signature
  • 1-1 數位簽章與電子簽章
  • 1-2 怎麼知道公鑰（Public Key）是誰的？
• 二. 數位憑證 Certificate
  • 2-1 憑證裡會有什麼？
  • 2-2 CA（Certificate Authority 憑證授權中心）
  • 2-3 舉例：瀏覽 HTTPS
• 三. PKI（Public Key Infrastructure 公開金鑰基礎建設）
  • 3-1 PKI 目的
  • 3-2 與憑證的不同
• 四. 混合式加密 Hybrid Encryption
• 五. 金鑰管理 Key Management
  • 5-1 金鑰生命週期 Key Lifecycle
• 六. 簡短速記重點

需要解決的問題

1. 怎麼知道這個公鑰是真的？
2. 數位簽章怎麼證明是誰簽的？
3. 憑證要怎麼把「人」和「公鑰」綁在一起？
4. 金鑰的生命週期要怎麼管理？

一. 數位簽章 Digital Signature

簡單來說是：

私鑰簽署，公鑰驗證

概念：

原始文件
↓
Hash（雜湊）
↓
訊息摘要（Message Digest）
↓
用簽署者的私鑰簽署
↓
數位簽章

接收者驗證

1. 收到原始文件
2. 自己重新 Hash
3. 取得摘要 A
4. 收到數位簽章
5. 用簽署者的公鑰驗證
6. 取得驗證摘要 B
7. 比對 A 和 B 是否相符
8. 簽章驗證成功

數位簽章主要用於保護

• 訊息完整性
• 不可否認性

而不是：

用來保密

1-1 數位簽章與電子簽章

電子簽章

用來辨識 / 確認：

• 簽署人的身分
• 資格
• 電子文件真偽

官方列舉：

1. 指紋
2. 人臉
3. 視網膜
4. 簽名筆跡

數位簽章

透過：

• 密碼學運算
• Hash（雜湊）
• 公鑰

進行的簽章技術。

簡單來說：

數位簽章是一種電子簽章技術

但：

電子簽章不一定都是數位簽章

1-2 怎麼知道公鑰（Public Key）是誰的？

假設：

TONY 傳給 MIKEY 一個公鑰。

他說：

「這是 A 某的公鑰」

那如果：

攻擊者把自己的公鑰冒充成 A 某的呢？

所以這時候就需要一個技術：

憑證 Certificate

二. 數位憑證 Certificate

憑證：

把身分和公鑰 Public Key 連接在一起的數位證明

2-1 憑證裡會有什麼？

憑證不會只放一把公鑰在裡面。

通常包含：

• 憑證持有人
• 公鑰 Public Key
• 發行者
• 有效期限
• 憑證識別資訊
• CA 的簽章

主要用於：

連接身分及公鑰

2-2 CA

Certificate Authority 憑證授權中心

誰來證明這個憑證可以相信？

可信任的第三方

負責：

• 簽發數位憑證
• 管理數位憑證

證明某個：

「公鑰」

和某個：

「身分 / 網站」

之間的關聯。

2-3 舉例：瀏覽 HTTPS

1. 瀏覽某個 HTTPS 網站

例如：

https://hackmd.io/zh

2. 網站提供憑證

3. 瀏覽器檢查：

• 憑證是否在有效期
• 名稱是否符合
• 是否由可信任 CA 簽發
• 憑證是否有問題

4. 檢驗正常

此時瀏覽器才會相信：

「這個公鑰確實屬於這個網站」

以 Edge 瀏覽器為例：

可以看到憑證內容

三. PKI

Public Key Infrastructure 公開金鑰基礎建設

把目前學到的：

• 公鑰 Public Key
• 私鑰 Private Key
• 數位憑證 Certificate
• CA
• 憑證管理

結合在一起。

這一整套公開金鑰信任與管理的體系，就是：

PKI（公開金鑰基礎建設）

包括：

制度 + 角色 + 憑證 + 金鑰 + 管理流程

所形成的信任架構。

3-1 PKI 目的

讓我們可以更可靠地知道：

「這把 Public Key 是誰的」

PKI 透過：

• CA
• Certificate（憑證）

等等，

來建立：

公開金鑰的信任

3-2 與憑證的不同

Certificate（憑證）

是一張：

數位證明

PKI（公開金鑰基礎建設）

是：

管理公鑰、私鑰、憑證、CA、信任關係的一整套架構

四. 混合式加密 Hybrid Encryption

資料先用：

對稱式金鑰加密

再用：

公開金鑰技術（非對稱式）

保護 / 傳輸這把對稱金鑰。

舉例

TONY 要傳一批學生資料給 MIKEY。

1. 產生對稱金鑰

先產生一把：

對稱金鑰

2. 加密大量資料

例如使用：

AES

原因：

使用對稱式加密大量資料較快

3. 開始非對稱式加密

TONY 使用：

MIKEY 的公鑰（Public Key）

來把：

AES Key

加密。

4. MIKEY 收到後

MIKEY 使用自己的：

私鑰（Private Key）

解開金鑰。

5. 取得 AES Key

MIKEY 取得裡面的：

AES Key

6. 解開大量資料

再使用這把：

AES Key

解開大量資料。

整套流程的重點

用非對稱式處理金鑰，用對稱式處理大量資料

同時兼顧：

• 安全交換
• 大量資料加密效能

混合式加密

Hybrid Encryption（混合式加密）

也可以理解為：

Digital Envelope（數位信封）

五. 金鑰管理 Key Management

制定與實施加密金鑰在：

• 使用
• 保護
• 生命週期

上的政策。

不能：

產生金鑰後就不理它了

5-1 金鑰生命週期 Key Lifecycle

整套流程：

1. 產生金鑰 Generate
2. 儲存 Store
3. 分配 Distribute
4. 使用 Use
5. 輪替 / 更新 Rotate / Renew
6. 撤銷 Revoke
7. 歸檔 / 備份 Archive / Backup
8. 銷毀 Destroy

1. 產生金鑰 Generate

應該要有：

• 足夠強度
• 足夠隨機性

2. 儲存 Store

金鑰的：

• 產生
• 儲存
• 歸檔

設備要有實體保護。

不能：

隨便放在一個公開共享資料夾

3. 分配 Distribute

金鑰需要安全地提供給：

合法對象

這就是 DAY12 說到的：

金鑰分配問題

4. 金鑰使用 Use

需要考慮：

• 誰能使用？
• 用在哪裡？
• 哪個系統？
• 什麼時候？

金鑰不要永久使用，

應該要有：

有效期限

5. 輪替 / 更新 Rotate / Renew

例如：

Key A 使用一段時間後換成 Key B

目的是：

降低長期使用同一把金鑰的風險

6. 撤銷 Revoke

假設：

金鑰可能已經外洩

就要：

停止該金鑰或相關憑證的可信狀態

7. 歸檔 / 備份 Archive / Backup

依照組織需求：

對必要的金鑰進行適當歸檔或備份

8. 銷毀 Destroy

金鑰不再使用時：

應進行適當銷毀

避免不同系統使用相同金鑰，

導致：

風險綁在同一把金鑰上

與 DAY08 權限生命週期的關係

其實這裡與前面 DAY08 講到的：

權限生命週期

很像。

重點都是：

敏感資料不能只建立，卻不管退場

憑證也有生命週期

會經歷：

1. 發行
2. 使用
3. 更新
4. 到期
5. 撤銷

六. 簡短速記重點

1. 私鑰簽署，公鑰驗證

   • 數位簽章

2. 數位簽章 = 完整性（Integrity）+ 不可否認性（Non-Repudiation）

3. 憑證（Certificate）= 把身分和公鑰（Public Key）綁在一起

4. CA = 簽發 / 管理憑證的可信任第三方機構

5. PKI = 公鑰 + 私鑰 + 憑證 + CA + 管理流程

   • 所形成的信任架構

6. 混合式加密 = 數位信封

   • 非對稱式加密 → 處理金鑰
   • 對稱式加密 → 處理大量資料