洞見 - Computer Security and Privacy - # 智慧電網安全、公鑰基礎設施、憑證撤銷

智慧電網公鑰基礎設施：結合憑證撤銷清單的混合線上憑證狀態協定

Q: 隨著量子計算的發展，現有的公鑰基礎設施是否需要進行調整以應對量子攻擊的威脅？

是的，隨著量子計算的發展，現有的公鑰基礎設施 (PKI) 確實需要進行調整以應對量子攻擊的威脅。這是因為現今 PKI 所仰賴的數學難題，例如 RSA 和 ECC，將會被擁有強大計算能力的量子電腦輕易破解。 以下是一些 PKI 需要進行的調整： 採用後量子密碼學 (Post-Quantum Cryptography, PQC)： PQC 是一系列即使在量子電腦的攻擊下仍然安全的演算法。將 PKI 中的密碼演算法替換為 PQC 演算法，例如基於格的密碼學、基於編碼的密碼學等，可以有效抵禦量子攻擊。 混合式密碼系統： 在過渡階段，可以採用混合式密碼系統，結合現有的 PKI 和 PQC 演算法，在確保安全性的同時保持與現有系統的相容性。 量子金鑰分發 (Quantum Key Distribution, QKD)： QKD 利用量子力學原理安全地分發金鑰，可以有效抵禦量子攻擊。將 QKD 整合到 PKI 中，可以進一步提升安全性。 總而言之，量子計算的發展對現有的 PKI 構成了嚴峻的挑戰，需要及早採取措施進行調整，以確保智慧電網等關鍵基礎設施的安全。

Q: 如果終端設備本身的安全性存在漏洞，混合 OCSP 是否仍然能夠有效保障智慧電網的安全？

即使採用了混合 OCSP，如果終端設備本身的安全性存在漏洞，智慧電網的安全仍然會受到威脅。這是因為混合 OCSP 主要解決的是證書狀態的驗證問題，而無法解決終端設備本身的安全漏洞。 舉例來說： 惡意軟體感染： 如果終端設備感染了惡意軟體，即使證書有效，攻擊者仍然可以利用漏洞竊取資料、篡改數據或控制設備。 未經授權的訪問： 如果終端設備的訪問控制措施存在缺陷，攻擊者可能可以繞過身份驗證，直接訪問設備和數據。 硬體漏洞： 終端設備的硬體本身也可能存在漏洞，讓攻擊者有機可乘。 因此，除了部署混合 OCSP 之外，還需要採取其他安全措施來保護終端設備，例如： 安全啟動 (Secure Boot)： 確保只有經過授權的軟體才能在設備上運行。 入侵檢測和防護系統 (Intrusion Detection and Prevention System, IDPS)： 監控網路流量和設備行為，及時發現並阻止攻擊。 定期更新： 及時安裝最新的軟體更新和安全補丁，修復已知的漏洞。 總而言之，混合 OCSP 只是智慧電網安全保障體系中的一環，需要與其他安全措施配合使用，才能有效提升整體安全性。

Q: 在智慧城市的概念中，除了智慧電網，還有哪些領域可以應用混合 OCSP 來提升安全性？

混合 OCSP 作為一種高效且安全的證書狀態驗證機制，在智慧城市的概念中，除了智慧電網，還有許多領域可以應用它來提升安全性，以下列舉幾個例子： 智慧交通： 在車聯網 (Vehicular Ad hoc Networks, VANETs) 中，車輛需要驗證彼此的身份和證書狀態，以確保通訊安全。混合 OCSP 可以應用於車聯網中，實現高效且安全的車輛身份驗證和訊息傳輸。 智慧醫療： 在遠距醫療和電子病歷等應用場景中，需要確保醫療數據的機密性和完整性。混合 OCSP 可以用於驗證醫療設備和系統的身份，以及保護敏感醫療數據的傳輸安全。 智慧家居： 智慧家居中的各種設備需要相互連接和通訊，混合 OCSP 可以用於驗證設備的身份，防止未經授權的設備接入家庭網路，保護用戶隱私和數據安全。 工業控制系統 (Industrial Control Systems, ICS)： 工業控制系統的安全至關重要，混合 OCSP 可以用於驗證工業控制設備和系統的身份，防止未經授權的訪問和控制指令，保障工業生產安全。 總而言之，混合 OCSP 作為一種通用的安全機制，可以在智慧城市的各個領域中發揮重要作用，提升身份驗證效率和安全性，為智慧城市的建設和發展保駕護航。

核心概念

為了解決智慧電網環境中大量終端設備對線上憑證狀態協定（OCSP）伺服器造成負擔的問題，本文提出了一種結合憑證撤銷清單（CRL）的混合 OCSP 機制，以提高憑證驗證效率和可靠性。

摘要

研究論文摘要

書目資訊

Huang, H.-S., Jiang, Z.-Y., Chen, H.-T., & Sun, H.-M. (2023). Hybrid Online Certificate Status Protocol with Certificate Revocation List for Smart Grid Public Key Infrastructure. In Advances in Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing. IIHMSP 2022. Smart Innovation, Systems and Technologies (Vol. 341). Springer, Singapore.

研究目標

本研究旨在探討如何優化智慧電網公鑰基礎設施（PKI）中憑證狀態的查詢效率，特別是在大量終端設備情況下減輕 OCSP 伺服器的負擔。

方法

研究人員提出了一種混合線上憑證狀態協定（Hybrid OCSP），將傳統 OCSP 與憑證撤銷清單（CRL）結合，並透過模擬智慧電網環境進行實驗驗證。

主要發現

當 CRL 中的記錄數量超過一定規模時，OCSP 在網路數據效率方面表現更佳。
混合 OCSP 允許終端設備根據實際情況選擇使用 OCSP 或 CRL 進行憑證驗證，提高了靈活性。
實驗結果顯示，混合 OCSP 伺服器在當前配置下表現可接受，未來可透過增加 CPU 核心數和採用預先編譯方式進一步提升效能。

主要結論

混合 OCSP 為智慧電網 PKI 提供了一種更有效率且可靠的憑證狀態查詢解決方案，尤其適用於擁有大量終端設備的環境。

研究意義

本研究提出了一種針對智慧電網環境優化的憑證管理方案，有助於提升智慧電網的整體安全性。

局限性和未來研究方向

目前混合 OCSP 伺服器使用 Python 實現，效能相對較低，未來可考慮使用 C 語言重新開發以提升效能。
未來研究可探討如何在混合 OCSP 中實現負載平衡，以進一步提升系統的可擴展性。

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arxiv.org

統計資料

當 CRL 以 PEM 格式儲存且記錄 consistently 超過 14 條，或以 DER 格式儲存且記錄 consistently 超過 24 條時，建議優先使用 OCSP。
在 4 核心 CPU 上處理 10 萬個 OCSP 請求大約需要 17 分鐘，平均每個請求的處理時間為 0.0102 秒。
在 2 核心 CPU 上處理 1 千個 OCSP 請求大約需要 30 秒，平均每個請求的處理時間為 0.029 秒。

引述

"To optimize computational resource utilization, our initiative involves the development and upkeep of a CRL dedicated to storing revocation certificates, thereby establishing an efficient blacklist."
"This strategic integration empowers the OCSP to diligently identify revoked certificates, thereby effectively conserving computational resources."
"We advocate the adoption of 'Hybrid OCSP,' defined as a mechanism that strategically integrates the advantages of both traditional OCSP and CRL."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Hybrid Online Certificate Status Protocol with Certificate Revocation List for Smart Grid Public Key Infrastructure

by Hong-Sheng H... 於 arxiv.org 11-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2401.10787.pdf

Hybrid Online Certificate Status Protocol with Certificate Revocation List for Smart Grid Public Key Infrastructure

深入探究

隨著量子計算的發展，現有的公鑰基礎設施是否需要進行調整以應對量子攻擊的威脅？

是的，隨著量子計算的發展，現有的公鑰基礎設施 (PKI) 確實需要進行調整以應對量子攻擊的威脅。這是因為現今 PKI 所仰賴的數學難題，例如 RSA 和 ECC，將會被擁有強大計算能力的量子電腦輕易破解。
以下是一些 PKI 需要進行的調整：

採用後量子密碼學 (Post-Quantum Cryptography, PQC)： PQC 是一系列即使在量子電腦的攻擊下仍然安全的演算法。將 PKI 中的密碼演算法替換為 PQC 演算法，例如基於格的密碼學、基於編碼的密碼學等，可以有效抵禦量子攻擊。
混合式密碼系統： 在過渡階段，可以採用混合式密碼系統，結合現有的 PKI 和 PQC 演算法，在確保安全性的同時保持與現有系統的相容性。
量子金鑰分發 (Quantum Key Distribution, QKD)： QKD 利用量子力學原理安全地分發金鑰，可以有效抵禦量子攻擊。將 QKD 整合到 PKI 中，可以進一步提升安全性。
總而言之，量子計算的發展對現有的 PKI 構成了嚴峻的挑戰，需要及早採取措施進行調整，以確保智慧電網等關鍵基礎設施的安全。

如果終端設備本身的安全性存在漏洞，混合 OCSP 是否仍然能夠有效保障智慧電網的安全？

即使採用了混合 OCSP，如果終端設備本身的安全性存在漏洞，智慧電網的安全仍然會受到威脅。這是因為混合 OCSP 主要解決的是證書狀態的驗證問題，而無法解決終端設備本身的安全漏洞。
舉例來說：

惡意軟體感染： 如果終端設備感染了惡意軟體，即使證書有效，攻擊者仍然可以利用漏洞竊取資料、篡改數據或控制設備。
未經授權的訪問： 如果終端設備的訪問控制措施存在缺陷，攻擊者可能可以繞過身份驗證，直接訪問設備和數據。
硬體漏洞： 終端設備的硬體本身也可能存在漏洞，讓攻擊者有機可乘。
因此，除了部署混合 OCSP 之外，還需要採取其他安全措施來保護終端設備，例如：

安全啟動 (Secure Boot)： 確保只有經過授權的軟體才能在設備上運行。
入侵檢測和防護系統 (Intrusion Detection and Prevention System, IDPS)：  監控網路流量和設備行為，及時發現並阻止攻擊。
定期更新： 及時安裝最新的軟體更新和安全補丁，修復已知的漏洞。
總而言之，混合 OCSP 只是智慧電網安全保障體系中的一環，需要與其他安全措施配合使用，才能有效提升整體安全性。

在智慧城市的概念中，除了智慧電網，還有哪些領域可以應用混合 OCSP 來提升安全性？

混合 OCSP 作為一種高效且安全的證書狀態驗證機制，在智慧城市的概念中，除了智慧電網，還有許多領域可以應用它來提升安全性，以下列舉幾個例子：

智慧交通： 在車聯網 (Vehicular Ad hoc Networks, VANETs) 中，車輛需要驗證彼此的身份和證書狀態，以確保通訊安全。混合 OCSP 可以應用於車聯網中，實現高效且安全的車輛身份驗證和訊息傳輸。
智慧醫療： 在遠距醫療和電子病歷等應用場景中，需要確保醫療數據的機密性和完整性。混合 OCSP 可以用於驗證醫療設備和系統的身份，以及保護敏感醫療數據的傳輸安全。
智慧家居： 智慧家居中的各種設備需要相互連接和通訊，混合 OCSP 可以用於驗證設備的身份，防止未經授權的設備接入家庭網路，保護用戶隱私和數據安全。
工業控制系統 (Industrial Control Systems, ICS)： 工業控制系統的安全至關重要，混合 OCSP 可以用於驗證工業控制設備和系統的身份，防止未經授權的訪問和控制指令，保障工業生產安全。
總而言之，混合 OCSP 作為一種通用的安全機制，可以在智慧城市的各個領域中發揮重要作用，提升身份驗證效率和安全性，為智慧城市的建設和發展保駕護航。