密碼學 - X.509 Time Stamp

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在資訊安全的世界中，如何證明一份文件、一筆交易紀錄或一個數位簽章在某個特定時間點就已經存在，是一個至關重要的問題。
X.509 時戳協定（Time Stamp Protocol, TSP）為此提供了標準化的解決方案，其核心目的在於建立資料在特定時間之前就已存在的證據。

本文將探討 X.509 時戳的核心概念、運作流程以及其在資訊安全中的應用。

核心概念：TSA、TSP 與 TST

X.509 時戳機制主要圍繞著三個核心組件運作：

  • 時戳機構 (Time Stamping Authority, TSA):
    TSA 是一個受信任的第三方 (Trusted Third Party, TTP) 服務。它使用專用的簽章私鑰以及符合特定規範的 X.509 憑證來簽發時戳。此類憑證的「延伸金鑰使用 (extended key usage)」欄位會標示為時戳專用，其物件識別碼 (OID) 為 1.3.6.1.5.5.7.3.8。
  • 時戳協定 (Time Stamp Protocol, TSP):
    這是客戶端與 TSA 之間溝通的標準化協定。整個流程包含一個時戳請求 (TimeStampReq) 和一個時戳回應 (TimeStampResp)。
  • 時戳權杖 (Time-Stamp Token, TST):
    這是 TSA 針對成功的請求所簽發的最終產物。它是一個包含時間資訊並經過 TSA 數位簽署的物件，可作為資料在特定時間存在的有力證據。

時戳的運作流程

時戳的產生過程是一個標準化的請求與回應流程：image size

  1. 產生時戳請求 (TimeStampReq)
    使用者端首先需要將欲加上時戳的原始資料進行雜湊運算，產生一組獨特的「訊息摘要 (Message Imprint)」。這個摘要包含了所使用的雜湊演算法以及雜湊值。接著，客戶端將此訊息摘要封裝成一個 TimeStampReq 結構發送給 TSA。請求中還可包含其他選用欄位，如指定的 TSA 政策 (reqPolicy) 或隨機數 (nonce)。
  2. TSA 處理與回應 (TimeStampResp)
    TSA 收到請求後會進行驗證。其回應 TimeStampResp 中包含一個 PKIStatus 欄位，用以表示處理結果。
    • 成功 (granted): 若狀態碼為 0 (granted)，表示請求成功，回應中會包含一個時戳權杖 (TST)。
    • 失敗 (rejection): 若狀態碼為 2 (rejection) 或其他失敗代碼，則表示請求被拒絕。失敗的回應中可能會包含一個 PKIFailureInfo 欄位，用以說明具體原因。常見的失敗原因包括：
      • badAlg (0)：無法識別或不支援的雜湊演算法。
      • badRequest (2)：請求格式錯誤。
      • timeNotAvailable (14)：TSA 的時間來源不可用。
      • unacceptedPolicy (15)：請求的 TSA 政策不被支援。
      • systemFailure (25)：因系統故障無法處理請求。
  3. 時戳權杖 (TimeStampToken) 的結構
    成功的時戳權杖 (TimeStampToken) 是一個依據 CMS (Cryptographic Message Syntax) 標準所定義的 ContentInfo 結構，其內容類型為簽署資料 (SignedData)。
    被簽署的核心資料是 TSTInfo，其關鍵欄位包含：
    • messageImprint：必須與原始請求中的訊息摘要完全相同。
    • serialNumber：由 TSA 分配的唯一序號。
    • genTime：TSA 產生此權杖的廣義時間 (Generalized Time)。
    • tsa：可選欄位，用以識別簽發此權杖的 TSA。

傳輸方式與應用

時戳請求與回應可以透過多種方式進行傳輸：

  • 基於檔案/HTTP/E-mail: 請求和回應可以被編碼後傳輸。其 MIME 類型分別為 application/timestamp-query 和 application/timestamp-reply，對應的副檔名建議為 .tsq 和 .tsr。
  • 基於 Socket (TCP): 在需要即時通訊的場景中，也可以使用 TCP Socket 进行傳輸。

時戳技術在許多領域都有關鍵應用，尤其是在進階電子簽章 (CAdES) 和長期歸檔 (LTA) 中：

  • CAdES-T (Timestamp): 在 CAdES 標準中，時戳被用來增強電子簽章的效力。一個 CADES-T 簽章會在原始數位簽章上再附加一個時戳屬性，藉此證明該簽章在時戳所記載的時間點就已經存在。
  • 長期歸檔服務 (Long-Term Archive, LTA): 對於需要長期保存法律效力的數位文件，時戳是不可或缺的一環。
    LTA 服務會將原始文件、數位簽章檔案以及相關的時戳證據檔案 (Evidence file) 一併存檔，以確保即使簽章所用的憑證在未來過期或被廢止，其在簽署當下的有效性依然可以被驗證。

參考資料

  • RFC 3161 - Internet X.509 Public Key Infrastructure Time-Stamp Protocol (TSP)
  • PKIX Time-Stamp Protocol
  • Wikipedia - X.509

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