Mit Public-Key-Infrastruktur (PKI, englisch public key infrastructure) bezeichnet man in der Kryptologie ein System, das digitale Zertifikate ausstellen, verteilen und prüfen kann. Die innerhalb einer PKI ausgestellten Zertifikate werden zur Absicherung rechnergestützter Kommunikation verwendet.

Digitale Zertifikate stellen die Authentizität öffentlicher Schlüssel in asymmetrischen Kryptosystemen sicher und bestätigen seinen zulässigen Anwendungs- und Geltungsbereich. Das digitale Zertifikat ist selbst durch eine digitale Signatur geschützt, deren Echtheit mit dem öffentlichen Schlüssel des Ausstellers des Zertifikates geprüft werden kann.

Um die Authentizität des Ausstellerschlüssels zu prüfen, wird wiederum ein digitales Zertifikat benötigt. Auf diese Weise lässt sich eine Kette von digitalen Zertifikaten aufbauen, die jeweils die Authentizität des öffentlichen Schlüssels bestätigen, mit dem das vorhergehende Zertifikat geprüft werden kann. Eine solche Kette von Zertifikaten wird Validierungspfad oder Zertifizierungspfad genannt. Auf die Echtheit des letzten Zertifikates (und des durch dieses zertifizierten Schlüssels) müssen sich die Kommunikationspartner ohne ein weiteres Zertifikat verlassen können.

Noch allgemeiner definiert: „Die Infrastruktur für die Erzeugung, Authentisierung, Verteilung und Überprüfung von öffentlichen Schlüsseln sowie für die sichere Speicherung der geheimen Schlüssel wird Public-Key-Infrastruktur (PKI) genannt.“ [ERTEL, Wolfgang. 2007. Angewandte Kryptographie. 3., aktualisierte Auflage. München: Hanser, S. 118.]

Definition BSI-Glosar (alt) Eine PKI ist eine technische und organisatorische Infrastruktur, die es ermöglicht, kryptographische Schlüsselpaare (private Schlüssel in Form von PSEs und öffentliche Schlüssel in Form von Zertifikaten) auszurollen und zu verwalten. Zu den wesentlichen Kernkomponenten einer PKI zählt die Registrierungsinstanz, die Zertifizierungsinstanz und der Verzeichnisdienst. Unter Umständen umfasst eine PKI auch einen Zeitstempeldienst und Attributbestätigungsinstanzen.¹⁾

Ein PSE ist ein Aufbewahrungsmedium für private Schlüssel und vertrauenswürdige Zertifikate. Ein PSE kann entweder als Software-Lösung, z. B. als mittels Passwort geschützte Datei im PKCS #12-Format, oder als Hardware-Lösung, beispielsweise in Form einer Smart Card, realisiert sein. In diesem Fall kann das PSE gleichzeitig als Signaturerstellungseinheit dienen.

Bestandteile einer PKI

• Digitale Zertifikate
• Zertifizierungsstelle
• Registrierungsstelle
• Zertifikatssperrliste
• Verzeichnisdienst
• Validierungsdienst
• Dokumentation
• Subscriber
• Participant

Vertauensmodelle

• streng hierarchisch
• Cross-Zertifizierung
• Web of Trust

Geht es beim Vertrauensmodell darum, Zertifikate auf einen vertrauenswürdigen Anker oder gemeinsamen Vertrauensraum zurückzuführen, geht es beim Gültigkeitsmodell um die Feststellung, ob das Zertifikat in seiner Nutzung als gültig angesehen werden kann.

• TSL = Trust-service Status List als zentraler Vertrauensraum der X.509-PKI
• Einsatz einer hierarchischen Root-Struktur bei den CV-Zertifikaten

• Authentisierung von Akteuren (mit elektronischen Identitäten) gegenüber Systemen, Komponenten und Diensten über eine verbindlich registrierte Zuordnung von kryptographischen Schlüsseln zu dem Akteur (Authentizität)
• Erstellung und Prüfung von digitalen Signaturen,
  • die den bewußten Willensakt eines Akteurs dokumentieren (Nichtabstreitbarkeit signierter Transaktionen)
  • die den Zustand eines Datums zum Zeitpunkt des Signaturvorgangs dokumentieren. (Integrität des signierten Datums)
• Ver- und Entschlüsselung von Daten bei Speicherung und Transport (Vertraulichkeit)

Die Funktionen werden mittels asymmetrischer kryptographischer Verfahren bereitgestellt, sind in ein technisches und organisatorisches Regelwerk eingebunden und bilden in Summe die Public Key Infrastructure (PKI) der TI.

• Bereitstellung und Lifecycle-Management des TI-Vertrauensraums
• Identifikation von Personen, Institutionen und technischen Komponenten
• Registrierung von Zertifikatsantragstellern
• Erzeugung und Bereitstellung von
  • nonQES-Endnutzerertifikaten
  • QES-Endnutzerzertifikate nach eIDAS
• Zertifikatssperrung durch Zertifikatsnehmer und attributbestätigende Stellen
• Zertifikatssperrung durch Herausgeber und gematik als Policy Authority„
• Suchen und Abrufen von Zertifikaten aus Verzeichnissen
• Abruf von Zertifikatsstatusinformationen (Sperrinformationen)
• Beantragung, Produktion und Auslieferung von Zertifikaten.

Die TI implementiert gem. der regulatorischen Hoheit der unterschiedlichen Anwendungsfelder folgende Vertrauensmodelle.

• Vertrauensmodell für QES
• Vertrauensraum mittels Trust-service Status List (TSL)
• Vertrauensmodell der nonQES-TI-Zertifikate im Internet
• Vertrauensmodell von Zertifikaten der HBA-Vorläuferkarten

Die TI nutzt folgende Gültigkeitsmodelle.

• PKIX-Schalenmodell
• Kompromissmodell
• QES-Kettenmodell

• X.509-Zertifikate für Identitäten der TI
• CV-Zertifikate für Karten in der TI

Für die Zertifikate zeichnen unterschiedliche Organisationen verantwortlich.

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