PKI：公鑰基礎設施解釋

介紹：為什麼 PKI 是數字信任的核心

在每天有數百萬份合約在線簽署的時代，一個根本問題應運而生：我們如何確信簽署者就是其聲稱的身份，以及簽署後文件未被篡改？答案只需三個字母：PKI（英文 Public Key Infrastructure，中文稱公鑰基礎設施）。這個密碼學機制是符合 eIDAS 法規的所有合格電子簽名的技術基礎。在本文中，我們詳細解釋了 PKI 的運作原理、其基本組成部分（包括 X.509 證書）以及它如何保證數字法律行為的真實性、完整性和不可否認性。

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什麼是 PKI？定義和基本原則

PKI（公鑰基礎設施） 是指創建、管理、分發、使用、存儲和撤銷數字證書所需的一套政策、程序、硬件、軟件和人員。它基於 非對稱密碼學，即使用一對數學相關的密鑰：私鑰（機密）和公鑰（可自由共享）。

非對稱密鑰對的原理

當簽署者在文件上簽署電子簽名時，他使用 私鑰 生成文件的唯一加密指紋（一個 hash）。這個指紋用私鑰加密，構成數字簽名。任何第三方隨後都可以使用簽署者的相應 公鑰 驗證簽名的真實性。如果驗證成功，就會建立兩項保障：

• 真實性：只有私鑰持有者才能生成此簽名。
• 完整性：簽署後文件未被修改。

RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法仍是最普遍的，採用 2 048 或 4 096 位密鑰。橢圓曲線算法（ECDSA）因其在相等安全級別下的性能優勢而逐漸普及。

信任問題和 PKI 的解決方案

非對稱密碼學解決了完整性問題，但立即提出另一個問題：我們如何知道公鑰確實屬於其聲稱代表的人？ 這正是 PKI 的用武之地。它引入了一個可信第三方—— 認證機構（AC）——驗證公鑰持有者的身份並頒發 數字證書 以保證這種關聯。

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PKI 的基本組成部分

一個運作正常的公鑰基礎設施由多個相互依賴的組成部分組成。理解它們各自的角色對評估電子簽名解決方案的穩健性至關重要。

認證機構（AC 或 CA）

認證機構是 PKI 的中心實體。它對頒發的證書進行數字簽名，從而將驗證的身份與公鑰關聯。在歐洲，合格的 AC 出現在 國家信任列表 上（受信清單），根據 eIDAS 法規第 22 條發布。在法國，由 ANSSI 維護此列表。CertEurope、Certinomis 或 Certigna 等服務提供者名列其中。

認證層級形成 信任鏈：根 AC（Root CA）簽署中間 AC，中間 AC 簽署最終用戶證書。這種架構可限制根密鑰的暴露（存儲在 HSM 離線設備中）並以細粒度管理撤銷。

註冊機構（AE 或 RA）

註冊機構負責在 AC 頒發證書前驗證申請者的身份。此驗證可以是：

• 面對面 （根據 eIDAS 合格證書的要求）。
• 通過視頻識別 符合 ETSI EN 319 401 標準。
• 通過 eKYC 流程（電子客戶盡職調查）用於中間信任級別。

X.509 數字證書

X.509 格式是定義 PKI 中數字證書結構的國際標準。由 ITU-T 定義並通過 RFC 5280 由 IETF 採納，X.509 證書包含如下內容：

• 持有者身份（姓名、機構、電子郵件）。
• 持有者的公鑰。
• 頒發 AC 的身份和簽名。
• 證書有效期。
• 唯一序列號。
• 擴展項：授權用途（代碼簽名、身份驗證、文件簽名）、CRL 分發點、OCSP URL。

在 eIDAS 合格電子簽名 的背景下，合格 X.509 證書必須在合格簽名創建設備（QSCD）上頒發，通常為智能卡或 HSM（硬件安全模塊）。

撤銷機制：CRL 和 OCSP

證書在過期前可能變得無效：私鑰遺失、密鑰洩露、持有者狀態變更。兩種機制允許實時驗證有效性：

• CRL（證書撤銷列表）：由 AC 定期發布的列表，列出被撤銷的證書。
• OCSP（在線證書狀態協議，RFC 6960）：允許即時驗證證書狀態的協議。在高交易頻率環境中更受歡迎。

嚴謹的電子簽名解決方案，如我們 電子簽名解決方案對比 中描述的那些，在簽名流程中系統性地集成這些驗證。

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PKI 如何具體保護電子簽名

理解由 PKI 支持的電子簽名的技術過程可以衡量所提供保障的級別。

逐步簽名流程

1. 文件哈希：哈希算法（根據 ANSSI 2026 建議的 SHA-256 或 SHA-3）生成文件的唯一數字指紋。
2. 指紋加密：簽署者用其私鑰加密該指紋（存儲在其 QSCD 中）。此操作永不離開安全設備。
3. 簽名包創建：加密簽名與文件關聯，伴隨簽署者的 X.509 證書和合格時間戳。
4. 收件人側驗證：收件人（或其軟件解決方案）使用簽署者的公鑰解密指紋，重新計算接收文件的哈希並比較。如果兩個指紋相同，簽名有效。

eIDAS 的三個簽名級別及其與 PKI 的關係

eIDAS 法規區分三個簽名電子簽名級別，每個都涉及對 PKI 的更深或更淺的使用：

• 簡單電子簽名（SES）：不一定基於 PKI。證明價值有限。
• 高級電子簽名（AdES）：必須以密鑰對和與簽署者相關的證書為基礎。ETSI 規範的技術格式：XAdES、PAdES、CAdES。
• 合格電子簽名（QES）：最高級別，在整個歐盟與手寫簽名具有法律等效性。需要由信任 AC 頒發的合格證書，該 AC 在受信清單上並備有 QSCD。這是合格 PKI 的完全部署。

對於希望大規模部署合格簽名的企業，我們的 企業電子簽名 指南詳細說明了操作實施步驟。

合格時間戳：PKI 的時間維度

PKI 不僅限於身份：它還通過合格時間戳（RFC 3161）保證行為的 時間維度。可信時間戳服務（TSA）頒發密碼令牌，證明文件以當前形式存在於特定時刻。這對於長期證據保留和符合法律文件保留義務至關重要（《商法典》第 L.110-4 條：商業行為 5 年；《民法典》第 2224 條：普通法合約債務 5 年）。

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PKI 和長期信任：證據保留的挑戰

今天有效的簽名在 10 年後可能變得無法驗證，如果所使用的密碼算法已過時或證書已過期。PKI 通過長期有效力簽名格式應對此挑戰。

長期有效力 AdES 格式

ETSI 定義了擴展簽名配置文件—— XAdES-LTA、PAdES-LTA、CAdES-LTA——它們在已簽名文件中封裝了將來驗證所需的所有證據：完整證書鏈、存檔 OCSP 響應、多個時間戳。這些格式符合 ETSI EN 319 132（XAdES）和 ETSI EN 319 122（CAdES）標準。

面對量子計算的密碼學遷移

量子計算的出現對當前 RSA 和 ECDSA 算法構成中期威脅。美國國家標準與技術研究院（NIST）於 2024 年完成了其首批後量子密碼學標準（用於簽名的 CRYSTALS-Dilithium）。ANSSI 和 ENISA 正在制定遷移路線圖，預計在 2028-2030 年 eIDAS 標準修訂中具體實施。依賴管理良好 PKI 的企業將更好地應對這一過渡，因為更新認證機構比重建臨時密碼系統更容易。

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適用於 PKI 和電子簽名的法律框架

公鑰基礎設施不僅是技術設備：它涉及歐盟和國家法律框架，任何希望在法律行為中依靠電子簽名的組織都必須掌握。

eIDAS 法規第 910/2014 號及其演變

《eIDAS 法規》於 2014 年 7 月 23 日通過，自 2016 年 7 月 1 日起適用，是歐洲數字信任的基礎文本。它定義了適用於合格信任服務提供者（PSCQ）、合格證書和 QSCD 設備的要求。其第 26 條規定高級簽名的條件；其第 28 條定義電子簽名合格證書；其附件 I 詳細說明這些證書的要求——直接源自 X.509 格式。

eIDAS 2.0 法規（歐盟第 1183/2024 號法規，於 2024 年 4 月 30 日在歐盟官方公報上發布）通過要求成員國認可 歐洲數字身份錢包（EUDIW） 並擴展對指定部門私營服務提供者的認可義務來加強此框架。

法國民法：電子簽名的證明價值

在法國法律中，民法第 1366 和 1367 條（源自 2016 年 2 月 10 日第 2016-131 號法令）賦予電子簽名與手寫簽名相同的價值，前提是它滿足簽署者識別和文件完整性的要求。當簽名按照 eIDAS 意義上的合格程序創建時，即基於合格 PKI，可靠性的推定適用——也就是說。

第 1368 條 規定建立此可靠性方式由國務委員會裁令確定，即 2017 年 9 月 28 日第 2017-1416 號令關於電子簽名。

適用於 PKI 的 ETSI 標準

• ETSI EN 319 401：信任服務提供者的一般要求。
• ETSI EN 319 411-1 和 -2：頒發合格證書的 AC 要求。
• ETSI EN 319 132：高級簽名 XML（XAdES）規範。
• ETSI EN 319 122：CAdES 規範。
• ETSI EN 319 162：保留和時間戳服務。

GDPR 和 PKI 中的個人數據

X.509 證書包含個人數據（姓名、名字、電子郵件，有時是登記冊號碼）。其處理受 歐盟第 2016/679 號法規（GDPR）約束。AC 必須特別是定義符合規範的保留期、告知持有者並保證其權利的行使。根據持有者要求撤銷證書構成行使遺忘權的實際方式（在証據保留義務的限制內）。

責任和法律風險

管理不善的 PKI 會使企業面臨嚴重風險：在證書過期或被撤銷的情況下簽名證明價值的爭議、在沒有 LTA 格式的情況下無法長期驗證簽名，以及在私鑰洩露時可能的民事責任。eIDAS 第 13 條規定合格 PSCQ 的責任是預設的，除非有相反證明，在不履行其義務時。

用例：PKI 在企業中的實際應用

場景 1——一家 25 名協作者的商業律師事務所

一家專門從事併購的事務所每年平均管理 150 項結構化交易，每項都需要簽署數十份文件（協議、股東協議、資產和負債保證）。以前，收集物理簽名的延遲平均延長成交期 5 至 8 個工作日。

通過部署基於合格 PKI 的合格簽名解決方案，事務所向每個授權合作夥伴和協作者分配一個 QSCD 上的 X.509 合格證書。每個簽名自動驗證（OCSP）、時間戳記和以 PAdES-LTA 格式存檔。結果：成交簽名階段的延遲降至不到 24 小時，無需額外步驟即確保最高證明價值。根據部門基準測試（法國商事律師聯合會，2025），此規模的律師事務所報告與簽名相關的行政時間平均減少 70%。

場景 2——一家每年管理 300 份供應商合約的中小型工業企業

一家中等規模製造企業（約 250 名員工）與約 100 家歐洲供應商簽訂框架協議、修正案和約束性採購訂單。地理位置分散和語言障礙使文件管理特別繁重。

通過將高級電子簽名（AdES）工作流集成到連接 ERP 的 API 中，PKI 自動管理簽署者證書的驗證（通過每個成員國的 eIDAS 受信清單）、時間戳和證據檔案組成。法律部門注意到簽名收集催促減少 60%，與簽署文件版本不一致相關的合約爭議減少。每份簽名成本從 12 歐元（印刷、郵寄、物理存檔）降至數字流程下不到 1.50 歐元，符合 Markess by Exaegis 在其 2025 文件管理全景中發布的範圍。

場景 3——一家約 1 200 張床位的公立醫院集團

在公共衛生部門，行政行為和公共採購必須符合公共採購法典要求和 ANSSI 關於敏感信息系統安全的建議。管理多家機構的醫院集團每年必須簽署數百份採購、修正案和勞動合約。

採用內部 PKI（代理專用 CA、醫療人員的 CPS 卡上證書）與行政行為 SaaS 簽名解決方案相結合可滿足 NIS2 指令要求（由 2024 年 5 月 21 日第 2024-449 號法律改編為法國法律），強制實施網絡安全風險管理措施。完整的簽名可追溯性、實時證書驗證和簽署文件的 LTA 保留減少行政行為爭議風險並方便區域審計委員會審計。根據國家績效支持機構（ANAP，2024 年報告）的數據，部門機構通常在人力資源方面單獨處理的紙張量減少 40 至 50%。

結論

PKI——公鑰基礎設施——遠不止是一項技術設備：它是數字交流中信任的密碼和法律保證。其組成部分（AC、X.509 證書、OCSP、合格時間戳）形成一個一致的生態系統，確保電子簽名的真實性、完整性和不可否認性，完全符合 eIDAS 法規和法國民法。無論您是中小型企業、律師事務所或公共機構，掌握 PKI 的基礎知識可以幫助您選擇適應實際需求的簽名解決方案，並在發生爭議時為其證明價值辯護。

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