调研报告：OCSP协议
OCSP协议调研
1. OCSP概念
l 在线证书状态协议（OCSP）是一个互联网协议，用于获取符合X.509标准的数字证书的状态（来源于：RFC6960）
l 功能：在公钥基础设施（PKI）体系中替代证书吊销列表（CRL）来查询数字证书的状态
l 消息类型分为“请求消息”和“响应消息”，因此 OCSP 服务器被称为OCSP响应端
l 数字证书状态交互消息包括下述两条：
Function | Allication | Purpose |
OCSP Request | OCSP client | Request for the revocation status of a certificate |
OCSP Response | OCSP response | Provide the revocation status of a certificate |
l OCSP Request消息包含以下数据：
l 协议版本
l 服务请求
l 目标证书标识
l 可能被OCSP响应器处理的可选扩展
2. OCSP 检测流程
浏览器在获得Web服务器的公钥证书后，开始验证公钥的合法性，这里会向该公钥的扩展信息中提供的OCSP Server地址发送OCSP Response，获得响应后，确认证书有效，再继续跟Web服务器通信。
3. 基本PKI场景
l Alice和Bob使用Ivan颁发的数字证书。该场景中Ivan是数字证书认证中心（CA）
l Alice向Bob发送其由Ivan颁发的数字证书，并发出请求建立连接的申请
l Bob担心Alice的私钥已经泄露，因此向Ivan发送’OCSP request’ 消息并包含Alice的数字证书序列号
l Ivan的OCPS响应端从Bob发送的消息中获取数字证书的序列号，并在CA数据库中查找该数字证书的状态
l Ivan向Bob发送由其私钥加密的消息’OCSP response’，并包含证书状态正常的信息
l 由于Bob事先已经安装了Ivan的数字证书，因此Bob使用Ivan的公钥解密消息并获取到Alice的数字证书状态信息。Bob决定与Alice进行通信
4. OCSP 的优/缺点
l 优点：
l 相对于CRL方式，证书吊销后，CA Server可以立刻将吊销信息发送给浏览器，生效时间快
l 缺点：
l 浏览器的每次HTTPS请求创建，都需要连接CA OCSP Server进行验证。同时，OCSP的验证有网络IO，花费了很长的时间，严重影响了浏览器访问服务器的用户体验
l 在浏览器发送服务器HTTPS证书序号到CA OCSP Server时，也将暴露了用户的隐私，将用户访问的网址透漏给了CA OCSP Server
5. OCSP Stapling
l OCSP Stapling的方案是解决了CRL、OCSP的缺点，将通过OCSP Server获取证书吊销状况的过程交给Web 服务器来做，Web 服务器不光可以直接查询OCSP信息，规避网络访问限制、OCSP服务器离用户的物理距离较远等问题，还可以将查询响应缓存起来，给其他浏览器使用。由于OCSP的响应也是具备CA RSA私钥签名的，所以不用担心伪造问题。
l 解决了访问慢的问题
l 解决了用户隐私泄露的问题
l 目前支持该扩展的证书的CA厂商有Let's Encrypt。如果使用的是openssl 1.1.0 以前的版本，可以使用11.3.6.1.5.5.7.1.24 = DER:30:03:02:01:05 来指定。RFC比如生成csr的时候，在openssl.cnf中增加：
l 如果是使用openssl 1.1.0或更高的版本，可以这样设置：
6. OCSP机制衍生出来的问题
l 如果浏览器在检查证书吊销状态时，得不到OCSP server的响应，会采取两种方式：
l Hard-fail：拒绝该证书信息，并且拒绝后续的HTTPS通讯
l Soft-fail：信任该证书，认为没有被吊销
l 如果是hard-fail模式，那浏览器对任何HTTPS服务器访问的先决条件都取决于OCSP Server，这将是一个致命的单点故障
l 如果是soft-fail模式，取不到OCSP Server的响应就忽略了，协议采取的机制无法生效
7. OCSP Must-Staple
l 面对hard-fail、soft-fail的问题，各家浏览器厂商的态度都不一样。同时，不管浏览器如何选择，都不能满足广大域名用户的需求，那么不如把这个选择交给域名用户自己。
l 为此，OCSP Must-Staple应然而生了，浏览器必须检测OCSP响应。域名证书创建时，自定义设定启用这个选项，将这个信息打入X.509 v3的扩展中，浏览器读取后，强制进行OCSP检测，走hard-fail模式。
l 这个规范被起草在 X.509v3 Extension: OCSP Stapling Required draft-hallambaker-muststaple-00 ，不过，暂未被采纳为RFC标准。
8. 证书吊销机制简介
证书吊销的策略一般有三种：pull-based（CRL，OCSP），push-based 和 network-assisted：
类别 | 特征 | 优点 | 缺点 |
pull-based | 撤销状态请求仅在需要验证证书时发生 | 随用随请求，不占用缓存 | 1.显示客户端流量模式，暴露客户端隐私 2.受网络状况影响 |
push-based | 撤消策略的客户端会定期定期下载撤消信息 | 不会显示客户端流量模式 | 1.依赖缓存状态信息 |
network-assisted | 修改了TLS生态系统以解决撤销问题 | 各有不同 | 各有不同 |
9. 相关论文
l An End-to-End Measurement of Certificate Revocation in the Web‘s PKI（IMC 2015）
l 本文测量了浏览器关于证书吊销的行为——WEB端和移动端
l Trust Revoked — Practical Evaluation of OCSP- and CRL-Checking Implementations（IMC 2018）
l 本文旨在测量WEB组件对于OCSP Must-Staple的支持程度
l 比较了到达或阻止OSCP时测试的浏览器的反应
更加详细信息请联系本人获取。
