加密（6）——证书（2）

证书

一般证书由权威机构（CA认证中心）颁发。其中包括个人信息，公钥，CA签名信息（数字签名）和其它信息。用户接到证书后，可以到证书机构（CA）验证证书来获得证书拥有者身份真伪。然后通过其中的公钥来验证签名。这里说一下windows证书和.net下对证书的类实现。

 

（一）再说存储区

使用“证书”管理单元，可以显示用户、计算机或服务的证书存储区。在.net中，存储区由X509Store类来实现，这个类对应证书的存储和管理。每个存储区都有几个存储单元，例如My。这个可由下表表示：

AddressBook	其他用户的X.509证书存储区。
AuthRoot	第三方证书颁发机构(CA)的X.509证书存储区。
CertificateAuthority	中间证书颁发机构(CA)的X.509证书存储区。
Disallowed	吊销的证书的X.509证书存储区。
My	个人证书的X.509证书存储区。
Root	受信任的根证书颁发机构(CA)的X.509证书存储区。
TrustedPeople	直接受信任的人和资源的X.509证书存储区。
TrustedPublisher	直接受信任的发行者的X.509证书存储区。

 

 

这里列举一些x509store类的方法和属性：

（1）Open

打开或创建新的存储区

public void Open(OpenFlags flags)

 

其中的OpenFlags枚举如下：

·ReadOnly 以只读打开证书存储区。

·ReadWrite 以读写方式打开证书存储区。

·MaxAllowed 以允许最高级访问的方式打开证书存储区。

·OpenExistingOnly 仅打开现有存储区。如果不存在任何存储区，Open 方法不会创建新的存储区。

·IncludeArchived 打开 X.509 证书存储区并添加存档证书。

 

使用此方法可打开 X.509 存储区。注意，必须具有 StorePermissionFlags 所指定的附加权限才能枚举存储区中的证书。通过向类构造器传递一个不存在的存储区名称，然后使用除 OpenExistingOnly 之外的任何 OpenFlags 标志，可以创建一个新存储区。

StorePermissionFlags枚举：

NoFlags	未授予执行任何证书或存储区操作的权限。
CreateStore	新建存储区的能力。
DeleteStore	删除存储区的能力。
EnumerateStores	枚举计算机上的存储区的能力。
OpenStore	打开存储区的能力。
AddToStore	将证书添加到存储区的能力。
RemoveFromStore	从存储区中移除证书的能力。
EnumerateCertificates	枚举存储区中的证书的能力。
AllFlags	执行所有证书和存储区操作的能力。

 

（2）Close

关闭打开的存储区

（3）Add

把证书添加到存储区

public void Add(X509Certificate2 certificate)

 

它的四个属性：

（1）public X509Certificate2Collection Certificates { get; }

获得存储区的证书集合

（2）public StoreLocation Location { get; }

获得证书存储区位置，分类由StoreLocation枚举表示：

CurrentUser，当前用户使用的证书存储区

LocalMachine，分配给本地计算机的证书存储区

（3）public string Name { get; }

获取存储单元的名字，名字是StoreName枚举的一个值：

AddressBook	其他用户的X.509证书存储区。
AuthRoot	第三方证书颁发机构(CA)的X.509证书存储区。
CertificateAuthority	中间证书颁发机构(CA)的X.509证书存储区。
Disallowed	吊销的证书的X.509证书存储区。
My	个人证书的X.509证书存储区。
Root	受信任的根证书颁发机构(CA)的X.509证书存储区。
TrustedPeople	直接受信任的人和资源的X.509证书存储区。
TrustedPublisher	直接受信任的发行者的X.509证书存储区。

 

（4）public IntPtr StoreHandle { get; }

获取HCERTSTORE存储区的Intptr句柄

 

示例。

public void Test1()
{
    //当前用户(CurrentUser)的证书存储区中的个人证书区
     X509Store store = new X509Store(StoreName.My.ToString(),StoreLocation.CurrentUser); 

    //只读打开
    store.Open(OpenFlags.ReadOnly); 

    //获取此证书存储区的证书集合
    X509Certificate2Collection certificates = store.Certificates;

    //查找证书
    X509Certificate2Collection certificates2 = certificates.Find(
      X509FindType.FindByThumbprint, "0ec45a95928335411a5cfc26d4bfd7f12fec5eed",true);
 

    //关闭存储区，释放资源
    store.Close(); 

    //获取证书
    X509Certificate2 cer = new X509Certificate2();
    cer = certificates2[0]; 

    //打印证书相关属性和内容
    ShowMsg(cer);
}

 

public void ShowMsg(X509Certificate2 cer)
{
    Console.WriteLine("主题: {0}", cer.Subject);
    Console.WriteLine("颁发者: {0}", cer.Issuer);
    Console.WriteLine("版本: {0}", cer.Version);
    Console.WriteLine("有效日期: {0}", cer.NotBefore);
    Console.WriteLine("过期日期: {0}", cer.NotAfter);
    Console.WriteLine("指纹: {0}", cer.Thumbprint);
    Console.WriteLine("序列号: {0}", cer.SerialNumber);
    Console.WriteLine("友好名: {0}", cer.PublicKey.Oid.FriendlyName);
    Console.WriteLine("公钥格式: {0}", cer.PublicKey.EncodedKeyValue.Format(true));
    Console.WriteLine("原始数据长度: {0}", cer.RawData.Length);
}

 

通过mmc管理控制台，添加证书管理的结点。

这里可以管理三个存储区的所有证书：本地计算机，当前用户，服务。以上示例的证书存储位置位于当前用户里中的个人证书区中的证书。通过证书的缩略图来查找证书：0ec45a95928335411a5cfc26d4bfd7f12fec5eed

我这张证书打印后的信息是： 

主题: E=songjiang@126.com, CN=宋江, OU=董事部, 
O=梁山, L=无, S=无, C=CN
颁发者: CN=catest.com
版本: 3
有效日期: 2010-4-16 13:56:51
过期日期: 2011-4-16 14:06:51
指纹: 0EC45A95928335411A5CFC26D4BFD7F12FEC5EED
序列号: 113FC052000000000007
友好名: RSA
公钥格式: 30 81 89 02 81 81 00 a6 a5 37 ……省略
原始数据长度: 1072

 

查找证书的X509FindType枚举型有很多选项，在示例中用到的是以缩略图（指纹）来查找证书。详细请见其它文档。 

（二）使用证书

证书一般由CA颁布，但如果是用于自测试，那么可以申请免费的证书，或通过证书工具来制作，也可以由win2003提供的证书服务来制作证书。

证书内容包括：个人信息，拥有者公钥，CA的签名和其它信息。如果用一个图来表示的话，那么，它包括两部分：

证书＝A（拥有者个人信息+拥有者密钥对中的公钥）+B（证书的相关信息+证书颁发机构密钥对中的私钥进行的对A部分的签名）

证书是公钥机制和数字签名的结合使用。所以在使用证书时，可以从签名和非对称加密用途的合集来考虑：

1 公钥机制可以保密数据

公钥拥有者加密数据，只有私钥拥有者才能解密数据，即使公钥拥有者加密数据后，自己也不能查看加密后的数据。例如：B（公钥拥有者）向A（私钥拥有者）发送信息：

B通过对称加密来加密数据，然后通过公钥对对称密钥进行加密，然后数据传递到A，A通过自己的私钥来解密数据，得到对称加密的密钥，然后通过密钥来解密数据，最终得到原文。

2 数字签名可以保证数据的完整性

数字签名是建立在散列算法基础上的，通过sha1,md5等算法对数据进行散列计算，得到固定长度的一组信息（数字身份）。散列算法有两个特性：一是单向性；二是能抵抗冲突。通过对数据签名，得到原始数据的散列码，然后在接收端通过对接收到的数据进行散列计算，比较签名信息与计算之后的值的比较来保证数据没有被窜改，这个过程也叫验证签名。

3 CA的认证证书可以保证用户的身份

证书的颁发一般由第三方实现，而第三方会做为双方都信任的实体存在。这3方构成了信任关系。当接到用户收到信息后（信息内容＝数据+证书）后，可以到第三方（CA）去验证证书的真伪。证书包括两部分，其中一部分就是第三方的密钥对中的私钥对A（个人信息和拥有者的公钥）进行的签名。那，如果有签名，那么就会通过验证签名来检测数据的完整性：CA中心的对此证书的公钥来验证证书的真实性，如果验证签名通过，则说明证书的A部分（证书拥有者的个人信息+公钥）是没有进行篡改的，即数据是可信的，公钥是可信的，用户是可信的。

4 不可抵赖性

现实中，个人签字和盖章其中的一个作用就是保证不可抵赖性，例如骑马章。而在虚拟世界中，可以通过类似的手段进行实体对行为的诚实性的判断实现，那就是数字签名。

（一）利用证书进行加密和解密

一般的，证书内含有拥有者的公钥，做为密钥对中的公钥有两个作用：一是用于数据加密，二是验证签名。那么当拥有者对数据进行加密后，把数据与签名、证书发给接收者，那么接收者可以通过证书中的公钥对签名进行验证，来确定发送者的身份。一旦身份确定，就可以通过证书中的公钥对数据进行加密。

现在通过1个例子进行加密解密

public void TestCSP()
{
    //查找证书
    X509Store store = new X509Store(StoreName.My,StoreLocation.CurrentUser);

    store.Open(OpenFlags.ReadOnly); 
    X509Certificate2Collection list = store.Certificates;
    X509Certificate2 cert =list.Find(X509FindType.FindByThumbprint,
                "ecfa9a0904b90ef221c5629f661da2b2f783d6b7",true)[0];
    store.Close();
 

    //原文
    Encoding _encoding = Encoding.Default;
    string strO = "acb231*";
    Console.WriteLine("原文：{0}",strO);
    byte[] bb = _encoding.GetBytes(strO);
    byte[] bCipher;
    byte[] bOo;
 

    //证书中的公钥
    PublicKey _publicKey = cert.PublicKey; 

    //公钥加密
    RSACryptoServiceProvider rsa = _publicKey.Key as RSACryptoServiceProvider;
    bCipher = rsa.Encrypt(bb, false);
    Console.WriteLine("密文：{0}",_encoding.GetString(bCipher));    

    //私钥解密
    if (!cert.HasPrivateKey)
       return;

    RSACryptoServiceProvider rsaa = cert.PrivateKey as RSACryptoServiceProvider;
    bOo = rsaa.Decrypt(bCipher,false);
    Console.WriteLine("解密后：{0}",_encoding.GetString(bOo));
}

 

这个例子是通过证书中的密钥进行的，对于xml的加密和解密，有现成的通过证书来进行的方法，这里就不再赘述。

（二）通过证书来签名和验证签名

public void TestSign()
{
    //查找证书
    X509Store store = new X509Store(StoreName.My, StoreLocation.CurrentUser);
    store.Open(OpenFlags.ReadOnly); 

    X509Certificate2Collection list = store.Certificates;
    X509Certificate2 cert = list.Find(X509FindType.FindByThumbprint,
               "ecfa9a0904b90ef221c5629f661da2b2f783d6b7", true)[0];
    store.Close(); 

    //原文
    Encoding _encoding = Encoding.Default;
    string strO = "acb231*";
    byte[] bb = _encoding.GetBytes(strO);
    byte[] bSign; 

    //签名
    RSACryptoServiceProvider rsaa = cert.PrivateKey as RSACryptoServiceProvider;
    bSign = rsaa.SignData(bb, "md5"); 

    //验证签名
    PublicKey _publicKey = cert.PublicKey;
    RSACryptoServiceProvider rsa = _publicKey.Key as RSACryptoServiceProvider;
    bool bsign = rsa.VerifyData(bb, "md5", bSign); 

    if (bsign)
        Console.WriteLine("数据完整");
    else
        Console.WriteLine("数据被篡改");
}

 

（三）通过pfx证书来进行签名和验证签名

在证书管理控制台中，可以在任务中导出证书，在导出过程中可以连带私钥导出，在导出过程中可以设置密钥访问密码。这里我导出了一张证书，密码设置为111。文件类型为pfx文件，下面通过签名来示例pfx文件用法：

public void TestPfx()
{
    X509Certificate2 cert = new X509Certificate2(@"k:/self.pfx","111"); 

    //原文
    Encoding _encoding = Encoding.Default;
    string strO = "acb231*";
    byte[] bb = _encoding.GetBytes(strO);
    byte[] bSign; 

    //签名
    RSACryptoServiceProvider rsaa = cert.PrivateKey as RSACryptoServiceProvider;
    bSign = rsaa.SignData(bb, "md5"); 

    //验证签名
    PublicKey _publicKey = cert.PublicKey;
    RSACryptoServiceProvider rsa = _publicKey.Key as RSACryptoServiceProvider;
    bool bsign = rsa.VerifyData(bb, "md5", bSign); 

    if (bsign)
        Console.WriteLine("数据完整");
    else
        Console.WriteLine("数据被篡改");
}

 

证书的重点是在于签名部分，即对公钥的归属进行判断。