Инфраструктура открытых ключей. Электронный сертификат X.509

20.05.2005 | 14:02
Введение

Данный документ дает краткое описание стандарта X.509 различных версий. В первую очередь, внимание уделяется стандартным полям сертификата X.509 и различным дополнениям (extensions), применение которых позволяет использовать сертификаты в самых различных областях. Дополнительно приведены особенности реализации X.509 в системе управления сертификатами VCERT PKI.

Сертификат X.509 версии 1 и 2

Версия 1 стандарта X.509 была издана в 1988 году. Версия 2 стандарта X.509 была издана в 1993 году и содержала минимальные дополнения к версии 1. Приведенный ниже рисунок показывают формат сертификатов версии 1 и 2.

Version Версия сертификата 1, 2, 3
Certificate Serial Number Серийный номер сертификата 40:00:00:00:00:00:00:ab:38:1e:8b:e9:00:31:0c:60
Signature Algorithm Identifier Идентификатор алгоритма ЭЦП ГОСТ Р 34.10-94
Issuer X.500 Name Имя Издателя сертификата C=RU, ST=Moscow,O=PKI, CN=Certification Authority
Validity Period Срок действия сертификата Действителен с : Ноя 2 06:59:00 1999 GMT
Действителен по : Ноя 6 06:59:00 2004 GMT
Subject X.500 Name Имя Владельца сертификата C=RU, ST=Moscow, O=PKI, CN=Sidorov
Subject Public Key Info Открытый ключ Владельца тип ключа: Открытый ключ ГОСТ
длина ключа: 1024
значение: AF:ED:80:43.....
Issuer Unique ID version 2 Уникальный идентификатор Издателя  
Subject Unique ID version 2 Уникальный идентификатор Владельца  
CA Signature
ЭЦП Центра Сертификации

Версия

Данное поле описывает версию сертификата. При использовании дополнений версия должна быть установлена как X.509 version 3 (значение равно 2). Если дополнения не используются, версия должна быть 1 (значение должно быть не установлено). Версия 2 в реализации VCERT PKI не используется.

Идентификатор алгоритма ЭЦП

Поле содержит идентификатор криптографического алгоритма, используемого ЦС для выработки ЭЦП сертификата.

Серийный номер сертификата

Серийный номер является целым числом,  устанавливаем ЦС для каждого сертификата. Значение должно быть уникальным для каждого сертификата, выпущенного данным ЦС. Имя Издателя и серийный номер сертификата совместно являются уникальным идентификатором сертификата. В VCERT PKI серийный номер формируется как совокупность префикса (0x40000000), текущего времени, количества тиков времени и идентификатора нити.

Имя Издателя сертификата

Поле Издатель идентифицирует объект (субъект), который сформировал ЭЦП и издал сертификат. Значение в поле Издатель должно содержать ненулевое значение DN (distinguished name). Поле Издатель определено в рекомендациях X.501 как тип Name. Значение поля состоит из набора иерархических атрибутов (AttributeType), таких как код страны и соответствующего ему значения (AttributeValue, например, RU). Тип компонентов AttributeValue, входящих в имя, определяется типом атрибута AttributeType и в основном используется DirectoryString.

Срок действия сертификата

Данное поле определяет срок действия (в виде временного интервала) в течение которого ЦС управляет сертификатом (отслеживает состояние). Поле представляет последовательность двух дат: дата начала действия сертификата (notBefore) и дата окончания срока действия сертификата (notAfter). Оба этих значения могут быть закодированы либо как UTCTime, либо как GeneralizedTime. VCERT PKI срок действия определяет интервал времени, в течении которого с использованием сертификата можно проверять ЭЦП. Имя Владельца сертификата

Поле Владелец идентифицирует объект (субъект), являющийся обладателем секретного ключа, соответствующего открытому ключу в сертификате. Открытый ключ Владельца

Данное поле используется для хранения открытого ключа и идентификации алгоритма, соответствующего открытому ключу. Поле parameters идентификатора алгоритма содержит идентификаторы соответствующих секретных ключей в виде последовательности:

SEQUENCE {
	signKeyIdentifier IA5String,
	encryptKeyIdentifier IA5String OPTIONAL
}
Уникальный идентификатор Издателя и Владельца

Данное поле может использоваться только в сертификатах версии 2 или 3. Поле было предусмотрено в версии 2 сертификатов X.509 для целей обеспечения использования одинакового имени Владельца или Издателя в разных сертификатах. С введением дополнений в версии 3 такая необходимость отпала. В VCERT PKI поле не используется при формировании сертификатов.

Сертификат X.509 версии 3

Данный раздел описывает версию 3 сертификата X.509. Версия 3 описала механизм дополнений, дополнительной информации, которая может быть помещена в сертификат. X.509 и рекомендации RFC 2459 описывают набор стандартных дополнений, но вместе с тем не ограничивают возможности использования любых других дополнений путем регистрации идентификатора (ISO или IANA).

Каждое дополнение состоит из трех полей:

type critical value

Таким образом, дополнение представляет собой структуру, содержащую:

  • идентификатор дополнения
  • признак "критичное/не критичное дополнение
  • собственно значение дополнения, представленное в бинарном виде (OCTET STRING)

В свою очередь само дополнение может являться какой угодно сложной структурой (от простого текстового значения до сложной структуры), формат и интерпретация которого определяется идентификатором дополнения.

Рекомендации  определяют основной целью критичных дополнений - предохранить сертификат, изданный ЦС, от возможности использования его в приложениях, которые не могут обработать такие дополнения. Таком образом, правила обработки дополнений, изложенные в рекомендация, требуют от прикладного ПО отвергнуть сертификат, если дополнение отмечено критичным и прикладное ПО не может его интерпретировать. В свою очередь, требование отвергнуть дополнение прикладным ПО, отмеченное как критичное, при невозможности его интерпретации, требует от прикладного ПО детального разбора дополнений сертификатов и затрудняет процесс модификации как прикладного ПО, так и ПО, обеспечивающего реализацию ИОК. В связи с этим в реализации VCERT PKI критичные дополнения не используются, а для прикладного ПО предоставлены гибкие средства автоматического анализа сертификатов, с целью принятия решения о возможности их использования в процессе обработки.

Приведенный ниже рисунок дает представление о формате сертификата версии 3.

Version Версия сертификата 3
Certificate Serial Number Серийный номер сертификата 40:00:00:00:00:00:00:ab:38:1e:8b:e9:00:31:0c:60
Signature Algorithm Identifier Идентификатор алгоритма ЭЦП ГОСТ Р 34.10-94
Issuer X.500 Name Имя Издателя сертификата C=RU, ST=Moscow,O=PKI, CN=Certification Authority
Validity Period Срок действия сертификата Действителен с : Ноя 2 06:59:00 1999 GMT
Действителен по : Ноя 6 06:59:00 2004 GMT
Subject X.500 Name Имя Владельца сертификата C=RU, ST=Moscow, O=PKI, CN=Sidorov
Subject Public Key Info Открытый ключ Владельца тип ключа: Открытый ключ ГОСТ
длина ключа: 1024
значение: AF:ED:80:43.....
Issuer Unique ID version 2 Уникальный идентификатор Издателя  
Subject Unique ID version 2 Уникальный идентификатор Владельца  
type critical value
  дополнения (только версия 3)
type critical value
type critical value
CA Signature
ЭЦП Центра Сертификации

Дополнения X.509 версии 3

К стандартным дополнениям сертификатов версии 3, относятся дополнения определенные рекомендациями Х.509 версии 3 ITU-T и дополнения, определенные рекомендациями IETF RFC 2459. Базовый идентификатор дополнений, определенный рекомендациями Х.509: id-ce OBJECT IDENTIFIER ::= {joint-iso-ccitt(2) ds(5) 29},
где id-ce обозначает: Object identifier assignments for ISO certificate extensions.

Стандартные дополнения можно разделить на две категории: ограничивающие дополнения и информационные дополнения. Первые ограничивают область применения ключа, определенного сертификатом, или сам сертификат. Вторые содержат дополнительную информацию, которая может быть использована в прикладном ПО пользователем сертификата.

К ограничивающим дополнениям относятся:

  • базовые ограничения (basicConstraints);
  • область применения ключа (keyUsage);
  • расширенная область применения ключа (extendedKeyUsage);
  • регламенты сертификата (модифицируемые ограничениями регламентов и соответствием регламентов) (certificatesPolicies);
  • ограничения имен (nameConstraints).

К информационным дополнениям относятся:

  • идентификаторы ключей (subjectKeyIdentifier, authorityKeyIdentifier);
  • альтернативные имена (subjectAltName, issuerAltName);
  • точка распространения СОС (cRLDistributionPoint, issuingDistributionPoint);
  • способ доступа к информации ЦС (authorityAccessInfo).
Идентификатор ключа Издателя

Дополнение Идентификатор ключа Издателя (authorityKeyIdentifier) используется для идентификации открытого ключа, соответствующего секретному ключу ЭЦП, использованному Центром Сертификации при подписи издаваемого сертификата (или СОС). Данное дополнение может быть использовано в случае, когда Издатель сертификата (ЦС) имеет несколько различных секретных ключей ЭЦП (например при плановой их смене), а так же для однозначного построения цепочек сертификатов. 

В реализации VCERT PKI ЦС устанавливает данное дополнение во все издаваемые сертификаты (включая самоподписанный сертификат ЦС), используя значения authorityCertIssuer и authorityCertSerialNumber. Функция построения цепочки сертификатов использует значение данного дополнения для однозначного определения сертификата Издателя.

Идентификатор ключа Владельца

Данное дополнение используется для идентификации различных сертификатов, содержащих открытый ключ. Для упрощения процедуры построения цепочки, данное дополнение должно устанавливаться во всех сертификатах ЦС, которые включают дополнение basicConstraints с установленным значением cA TRUE. Во всех издаваемых ЦС сертификатах значение keyIdentifier в дополнении authorityKeyIdentifier должно быть идентично значению subjectKeyIdentifier сертификата ЦС.
Для сертификатов, значение subjectKeyIdentifier должно вырабатываться из открытого ключа или с использованием метода генерации уникальных значений. Рекомендациями RFC 2459 предлагается два метода генерации идентификатора на основе значения открытого ключа:

(1) Значение keyIdentifier определяется как 160 бит хэш-функции, вычисляемой по алгоритму SHA-1 из значения BIT STRING subjectPublicKey (исключая тэг, длину и неиспользованные биты).

(2) Значение keyIdentifier определяется как 4-x битовое поле со значением 0100 и последующим за ним 60 битами наименьшей значимой части хэш-функции, вычисляемой по алгоритму SHA-1 из значения BIT STRING subjectPublicKey.

Для идентификации без использования открытого ключа, можно также использовать монотонно возрастающую последовательность целых чисел.
Для сертификатов конечного пользователя, данное дополнение используется для идентификации приложением различных сертификатов содержащих определенный открытый ключ. Если конечный пользователь обладает несколькими сертификатами, особенно от разных ЦС, данное дополнение позволяет быстро определить требуемый сертификат. Для этих целей данное дополнение должно добавлять во все сертификаты конечных пользователей.
Значение данного дополнения для сертификатов конечных пользователей должно формироваться из значения открытого ключа способом описанным выше.

В реализации VCERT PKI данное дополнение устанавливается во всех сертификатах и определяется как 160 бит хэш-функции, вычисляемой по алгоритму SHA-1 от открытого ключа. Данное дополнение служит для определения взаимосвязей между различными объектами на всем сроке существования открытого ключа (запрос, сертификат, сообщение о компрометации, СОС).

Область применения ключа

Данное дополнение определяет область применения секретного ключа, соответствующего открытому, содержащемуся в сертификате.

В реализации VCERT PKI используются следующие значения флагов в соответствии, описанном в таблице.

Таблица. Области применения ключа

Флаг  Применение ключа
digitalSignature Ключ может быть использован для целей обеспечения целостности и авторства информации. Формирование и проверка ЭЦП электронных документов и информации, установление идентичности в процессе аутентификации и т.д.
nonRepudiation не используется
keyEncipherment не используется
dataEncipherment Ключ может быть использован для целей обеспечения конфиденциальности и целостности информации. Шифрование и расшифрование данных и контроль целостности с использованием имитозащиты.
keyAgreement не используется
KeyCertSign Ключ может быть использован для целей формирования ЭЦП сертификатов. Может использоваться Центром Сертификации и Регистрации.
CRLSign Ключ может быть использован для целей формирования ЭЦП СОС. Может использоваться Центром Сертификации.
EncipherOnly не используется
DecipherOnly не используется

Расширенная область применения ключа

Данное дополнение (Extended keyUsage) предназначено для задания дополнительных областей применения ключа по требованиям прикладного ПО. Значение Область применения ключа (KeyPurposeId) данного дополнения может быть определена любой организацией в зависимости от конкретных целей.
Идентификатор объекта, для идентификации области применения должен назначаться в соответствии с IANA или ITU-T Rec. X.660 | ISO/IEC/ITU 9834-1.

В реализации VCERT PKI рекомендуется использовать данное дополнение для целей, предусмотренных процессом обработки в прикладном ПО.

Срок действия секретного ключа

Данное дополнение позволяет Издателю сертификата задать различные сроки действия секретного и сертификата. Дополнение содержит два опциональных компонента: notBefore и notAfter. Секретный ключ, соответствующий открытому в сертификате, не должен быть использован до или после времен, указанных соответствующими компонентами. ЦС не должен формировать сертификат, в котором не указан не один из компонентов.

В реализации VCERT PKI данное дополнение устанавливается во всех сертификатах.

Регламенты использования сертификата

Данное дополнение представляет собой последовательность, состоящую из одного или нескольких информаторов регламента (PolicyInformation), каждый из которых содержит идентификатор объекта (OID) и опциональный квалификатор. 
Данный информатор регламента отображает регламент, с учетом которого сертификат был издан и цели, для которых сертификат может быть использован. Опциональный квалификатор, который может присутствовать, не предусмотрен для целей изменения регламента, определенного информатором.

Приложения с определенными требованиями функционирования, должны содержать внутренний список регламентов, удовлетворяющих данным требованиям, для целей сравнения идентификаторов объектов в сертификате с имеющимся внутренним списком приложения. Если данное дополнение критичное, ПО производящее обработку должно обладать возможностью интерпретации данного дополнения (включая опциональный квалификатор). В противном случае сертификат должен быть отвергнут.

Регламенты использования сертификата при реализации VCERT PKI

В VCERT PKI используются четыре Регламента использования сертификата (certificatePolicies), которые предназначены определять:

  • области использования сертификатов и соответствующих им секретных ключей;
  • комплекс организационно-технических мероприятий, связанный с жизненным циклом объектов VCERT PKI (распространение ПО, регистрация, сертификация, компрометация и т. п.);

Регламенты использования сертификата аналогичны делению сертификатов на различные типы и устанавливаются в соответствующем стандартном дополнении всех сертификатов конечных пользователей.

Таблица. Информация о Регламенте сертификата

Регламент и номер ссылки MDPREI CertPolicy n  Информация о Регламенте сертификата
Registration (n = 1) Данный сертификат и соответствующий ему секретный ключ предназначен для целей, предусмотренных процессом регистрации пользователя в системе, и не могут быть использованы для обеспечения авторства, целостности и конфиденциальности любой другой передаваемой или хранимой информации.
Class1 (n = 2) Центр Сертификации не гарантирует принадлежность открытого ключа и дополнений Владельцу сертификата. Использование данного сертификата в приложениях, требующих идентификации Владельца, может привести к фальсификации конфиденциальной информации.
Class2 (n = 3) Данный сертификат и соответствующий ему секретный ключ предназначен для обеспечения авторства, целостности и конфиденциальности любой передаваемой или хранимой информации, не составляющей государственную тайну.
Class3 (n = 4) Данный сертификат и соответствующий ему секретный ключ предназначен для обеспечения авторства, целостности и конфиденциальности любой передаваемой или хранимой информации, не составляющей государственную тайну.

Соответствие регламентов

Данное дополнение предназначено для использования в сертификатах ЦС. Оно содержит список парных Идентификаторов Объектов (OID). Каждая пара в свою очередь включает Регламент Зоны Издателя (issuerDomainPolicy) и Регламент Зоны Владельца (subjectDomainPolicy). Такая парность означает, что ЦС, выступающий в роли Издателя (issuing CA), принимает Регламент Зоны Издателя эквивалентным Регламенту Зоны Владельца для подчиненного ЦС (subject CA).
Пользователи, относящиеся к Издающему ЦС (issuing CA) могут принимать Регламент Зоны Издателя(issuerDomainPolicy) для соответствующих приложений. Дополнение Соответствие Регламентов ставит в известность пользователей Издающего ЦС о том наборе Регламентов, subject CA) которые сравнимы с регламентами, соответствующими их требованиями.

В реализации VCERT PKI данное дополнение не используется.

Альтернативное имя Владельца

Дополнение Альтернативное Имя Владельца может использоваться для двух целей. Во-первых, оно позволяет расширить границы идентификации Владельца сертификата. Для этого используются заранее определенные идентификаторы, которые включают адрес электронной почты Internet, имя в DNS, IP адрес и URI. Во-вторых, оно предоставляет набор дополнительной справочной информации о Владельце сертификата. Для этого используется представление имени в различных видах и множественное представление имен. При необходимости введения такой дополнительной идентификации в сертификат должно использоваться дополнение Альтернативное Имя Владельца или Альтернативное Имя Издателя 

В связи с тем, что альтернативное имя может быть использовано для целей определения соответствия Владельца и открытого ключа, все части идентифицирующие его и входящие в альтернативное имя, должны быть проверены ЦС. Уровень проверки дополнительной информации определяется Регламентом ЦС.
Альтернативное Имя Владельца может быть ограничено тем же способом, что и поле Владелец в сертификате, используя дополнение nameConstraintsExtension.

В соответствии с рекомендациями X.681 синтаксис поля определен в следующем виде:

TYPE-IDENTIFIER ::= CLASS
{
  &id OBJECT IDENTIFIER UNIQUE,
  &Type
}
WITH SYNTAX {&Type IDENTIFIED BY &id}

При использовании в VCERT PKI дополнение Альтернативное Имя Владельца может использовать следующие заранее предопределенные значения для использования в поле otherName.

Таблица. Поля дополнения Альтернативное Имя

Наименование Тип Назначение Идентификатор
rfc822Name IA5String Адрес электронной почты rfc 822 CHOICE [1]
dNSName IA5String Имя DNS CHOICE [2]
directoryName IA5String X.500 DN (имя CHOICE [4]
uniformResourceIdentifier IA5String адрес URI CHOICE [6]
iPAddress OCTET STRING Адрес IP CHOICE [7]
registeredID OBJECT IDENTIFIER Идентификатор ASN.1 объекта CHOICE [8]
organizationName  DirectoryString  Наименование организации id-at 10
registredAddress  DirectoryString  Зарегистрированный (юридический адрес) организации  id-at 26
surname  DirectoryString  Фамилия, имя, отчество id-at 4
businessCategory  DirectoryString  Должность  Должность 
physicalDelivery  DirectoryString  Почтовый адрес  id-at 19
telephoneNumber  PrintableString  Номер телефона  id-at 20
description  DirectoryString  Дополнительное описание  id-at 13
accountNumber  DirectoryString  Номер банковского расчетного счета  OBJ_mdprei_extensions,10
bankID DirectoryString  Банковский идентификационный код  OBJ_mdprei_extensions,11

Поля с идентификаторами id-at, определены в рекомендациях Х.520.

Альтернативное имя Издателя

Так же как и  дополнение Альтернативное Имя Владельца, дополнение Альтернативное имя Издателя (issuerAltName) служит целям дополнительной ассоциации Издателя сертификата. Правила использования данного дополнения аналогичны использованию дополнения Альтернативное Имя Владельца.

Атрибуты Справочника Владельца сертификата

Дополнение предусмотрено для хранения дополнительной информации, связанной с атрибутами директории X.500. Дополнение Атрибуты Справочника Владельца сертификата не рекомендуется использовать рекомендациями RFC 2459, но он может быть использован в частных реализациях.

В реализации VCERT PKI данное дополнение не используется.

Основные ограничения

Дополнение Базовые ограничения идентифицирует, является ли Владелец сертификата Центром Сертификации, и какова длина цепочки сертификатов для этого ЦС.
Поле pathLenConstraint имеет смысл только при условии, если значение cA установлено в TRUE. В этом случае оно обозначает максимальное количество сертификатов ЦС, которые следуют за данным сертификатом в цепочке. Значение нуль означает, что только сертификаты конечного пользователя могут следовать в цепочке за данным сертификатом. При использовании, значение pathLenConstraint больше или равно нулю. Если значение не установлено, это означает, что лимит на длину цепочки не определен.

При реализации в VCERT PKI сертификаты ЦС содержать значение cA установленное в TRUE и pathLenConstraint не установленным. Сертификаты ЦР содержат значение cA установленное в TRUE и pathLenConstraint равное 1.

Ограничения имени

Дополнение Ограничение имени, должно использоваться только в сертификатах ЦС. Оно указывает пространство имен, внутри которого должны быть расположены все имена Владельцев издаваемых сертификатов. Ограничения могут быть применимы как имени Владельца (Subject DN), так и к альтернативному имени. 
Ограничения определены в терминах допускаемого (permittedSubtrees) или исключаемого (excludedSubtrees) поддерева имен. Любое имя совпадающее с ограничением в исключающем поддереве является некорректным, в независимости от возможного его присутствия в допускаемом поддереве.
При реализации данного дополнения RFC 2459 рекомендуется:

  • не использовать поля minimum и maximum ни в какой из форм имен, так что minimum всегда нуль, а maximum всегда отсутствует;
  • использовать только поля permittedSubtrees для задания разрешенного диапазона имен и не использовать excludedSubtrees, что согласуется с организационной или территориальной схемой иерархии.

В реализации VCERT PKI данное дополнение может использоваться в сертификатах ЦС и ЦР. Данное дополнение проверяется функцией верификации цепочек сертификатов.

Ограничение регламента

Данное дополнение может быть использовано в сертификатах, издаваемых для ЦС. Дополнение Ограничение регламента накладывает ограничения на проверяемую цепочку в двух направлениях. Оно может использоваться для запрещения проверки соответствия регламентов (policy mapping) или требовать, чтобы каждый сертификат в в цепочке содержал приемлемый идентификатор регламента (policy identifier).

В реализации VCERT PKI данное дополнение не используется.

Точка распространения СОС

Точка распространения СОС является дополнением, которое определяет механизм и расположение СОС определенного типа в сети,  и определяет зону действия СОС как:

  • только для конечных пользователей,
  • только для ЦС,
  • или ограничивает коды мотивации.

Коды мотивировки, ассоциированные с точкой распространения, должны специфицироваться в поле onlySomeReasons. Если поле onlySomeReasons отсутствует, точка распространения должна содержать отзываемые сертификаты для всех кодов. ЦС может использовать Точку распространения СОС как основу для управления потоками данных при компрометации. В этом случае, отзывы сертификатов с кодами keyCompromise (1) и cACompromise (2) располагаются в одной точке распространения, а все остальные в другой.

В реализацииVCERT PKI данное дополнение может устанавливаться во все СОС, издаваемые ЦС, с единой точкой распространения для всех типов СОС (поле onlySomeReasons отсутствует).

Способ доступа к информации ЦС

Данное дополнение определено в рекомендациях IETF RFC 2459 (в отличие от остальных стандартных дополнений, которые определены как в рекомендациях X.509, так и в RFC 2459).

Данное дополнение указывает на способы доступа к информации и сервисам ЦС, издавшим сертификат, в котором это дополнение установлено. Информация и сервис могут включать процедуры on-line проверки и получения Регламента (Регламентов) ЦС. Способ получения СОС не специфицируется данным дополнением, для этого используется дополнение cRLDistributionPoints. 

В реализации VCERT PKI данное дополнение используется для задания почтового адреса Центра Регистрации в сертификатах пользователей.