數字證書
對於非對稱加密算法和數字簽名來說，很重要的步驟就是公鑰的分發。理論上任何人都可以獲取到公開的公鑰。然而這個公鑰文件有沒有可能是偽造的呢？傳輸過程中有沒有可能被篡改呢？一旦公鑰自身出了問題，則整個建立在其上的的安全性將不復成立。
數字證書機制正是為了解決這個問題，它就像日常生活中的證書一樣，可以確保所記錄信息的合法性。比如證明某個公鑰是某個實體（個人或組織）擁有，並且確保任何篡改都能被檢測出來，從而實現對用戶公鑰的安全分發。
根據所保護公鑰的用途，數字證書可以分為加密數字證書（Encryption Certificate）和簽名驗證數字證書（Signature Certificate）。前者往往用於保護用於加密用途的公鑰；後者則保護用於簽名用途的公鑰。兩種類型的公鑰也可以同時放在同一證書中。
一般情況下，證書需要由證書認證機構（Certification Authority，CA）來進行簽發和背書。權威的商業證書認證機構包括 DigiCert、GlobalSign、VeriSign 等。用戶也可以自行搭建本地 CA 系統，在私有網絡中進行使用。
X.509 證書規範
一般的，一個數字證書內容可能包括證書域（證書的版本、序列號、簽名算法類型、簽發者信息、有效期、被簽發主體、簽發的公開密鑰）、CA 對證書的簽名算法和簽名值等。
目前使用最廣泛的標準為 ITU 和 ISO 聯合制定的 X.509 的 v3 版本規範（RFC 5280），其中定義瞭如下證書信息域：
版本號（Version Number）：規範的版本號，目前為版本 3，值為 0x2；
序列號（Serial Number）：由 CA 維護的為它所頒發的每個證書分配的唯一的序列號，用來追蹤和撤銷證書。只要擁有簽發者信息和序列號，就可以唯一標識一個證書。最大不能超過 20 個字節；
簽名算法（Signature Algorithm）：數字簽名所採用的算法，如 sha256WithRSAEncryption 或 ecdsa-with-SHA256；
頒發者（Issuer）：頒發證書單位的信息，如 “C=CN, ST=Beijing, L=Beijing, O=org.example.com, CN=ca.org.example.com”；
有效期（Validity）：證書的有效期限，包括起止時間（如 Not Before 2018-08-08-00-00UTC，Not After 2028-08-08-00-00UTC）；
被簽發主體（Subject）：證書擁有者的標識信息（Distinguished Name），如 “C=CN, ST=Beijing, L=Beijing, CN=personA.org.example.com”；
主體的公鑰信息（Subject Public Key Info）：所保護的公鑰相關的信息；
公鑰算法（Public Key Algorithm）：公鑰採用的算法；
主體公鑰（Subject Public Key）：公鑰的內容；
頒發者唯一號（Issuer Unique Identifier，可選）：代表頒發者的唯一信息，僅 2、3 版本支持，可選；
主體唯一號（Subject Unique Identifier，可選）：代表擁有證書實體的唯一信息，僅 2、3 版本支持，可選；
擴展（Extensions，可選）：可選的一些擴展。可能包括：
Subject Key Identifier：實體的密鑰標識符，區分實體的多對密鑰；
Basic Constraints：一般指明該證書是否屬於某個 CA；
Authority Key Identifier：頒發這個證書的頒發者的公鑰標識符；
Authority Information Access：頒發相關的服務地址，如頒發者證書獲取地址和吊銷證書列表信息查詢地址；
CRL Distribution Points：證書註銷列表的發佈地址；
Key Usage: 表明證書的用途或功能信息，如 Digital Signature、Key CertSign；
Subject Alternative Name：證書身份實體的別名，如該證書可以同樣代表 .org.example.com，org.example.com，.example.com，example.com 身份等。
此外，證書的頒發者還需要對證書內容利用自己的私鑰進行簽名，以防止他人篡改證書內容。
證書格式
X.509 規範中一般推薦使用 PEM（Privacy Enhanced Mail）格式來存儲證書相關的文件。證書文件的文件名後綴一般為 .crt 或 .cer，對應私鑰文件的文件名後綴一般為 .key，證書請求文件的文件名後綴為 .csr。有時候也統一用 .pem 作為文件名後綴。
PEM 格式採用文本方式進行存儲，一般包括首尾標記和內容塊，內容塊採用 base64 編碼。
例如，一個示例證書文件的 PEM 格式如下所示。
可以通過 openssl 工具來查看其內容。
此外，還有 DER（Distinguished Encoding Rules）格式，是採用二進制對證書進行保存，可以與 PEM 格式互相轉換。
證書信任鏈
證書中記錄了大量信息，其中最重要的包括 簽發的公開密鑰 和 CA 數字簽名 兩個信息。因此，只要使用 CA 的公鑰再次對這個證書進行簽名比對，就能證明所記錄的公鑰是否合法。
讀者可能會想到，怎麼證明用來驗證對實體證書進行簽名的 CA 公鑰自身是否合法呢？畢竟在獲取 CA 公鑰的過程中，它也可能被篡改掉。
實際上，CA 的公鑰是否合法，一方面可以通過更上層的 CA 頒發的證書來進行認證；另一方面某些根 CA（Root CA）可以通過預先分發證書來實現信任基礎。例如，主流操作系統和瀏覽器裡面，往往會提前預置一些權威 CA 的證書（通過自身的私鑰簽名，系統承認這些是合法的證書）。之後所有基於這些 CA 認證過的中間層 CA（Intermediate CA）和後繼 CA 都會被驗證合法。這樣就從預先信任的根證書，經過中間層證書，到最底下的實體證書，構成一條完整的證書信任鏈。
某些時候用戶在使用瀏覽器訪問某些網站時，可能會被提示是否信任對方的證書。這說明該網站證書無法被當前系統中的證書信任鏈進行驗證，需要進行額外檢查。另外，當信任鏈上任一證書不可靠時，則依賴它的所有後繼證書都將失去保障。
可見，證書作為公鑰信任的基礎，對其生命週期進行安全管理十分關鍵。後面章節將介紹的 PKI 體系提供了一套完整的證書管理的框架，包括生成、頒發、撤銷過程等。
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