Mit Public-Key-Infrastruktur (PKI, englisch public key infrastructure) bezeichnet man in der Kryptologie eine Infrastruktur zur Verwaltung von Identitäten, Schlüsseln, Zertifikaten, Attributen usw.¹⁾

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.„²⁾

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.³⁾

Zertifikate sind eine von einer Ausgabestelle signierte Sammlung persönlicher Informationen (Attribute) über Nutzer und deren öffentliche Schlüssel. Darüber hinaus enthalten sie Angaben zu den für die Signatur verwendeten kryptographischen Algorithmen und One-Way-Hashfunktionen sowie zu ihrer eigenen Gültigkeit und zum Herausgeber. Mithilfe des öffentlichen Schlüssels einer Zertifizierungsstelle kann die Echtheit eines Zertifikats und seiner Inhalte verifiziert werden. Durchgesetzt haben sich Zertifikate nach dem Standard X.509 der International Telecommunication Union (ITU).

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.

PKI bestehen aus Hardware, Software und einem abgestimmten Regelwerk, der Leitlinie. Diese definiert, nach welchen Sicherheitsregeln die Dienstleistungen um die Zertifikate erbracht werden. Dazu zählen das Betriebskonzept der PKI, die Nutzerrichtlinie, sowie Organisations- und Arbeitsanweisungen.

Eine PKI stellt zentrale Vertrauensdienste zur Verfügung und schafft so die Voraussetzungen für den vertrauenswürdigen Betrieb von Anwendungen.

Folgende Funktionseinheiten und Dienste werden im Allgemeinen unterschieden:

• Registration Authority (RA)
• Certification Authority (CA)
• Directory Service (DIR)
• Certificate Revocation List (CRL)
• Time Stamping Service
• Personal Security Environment (PSE).

Eine Persönliche Sicherheitsumgebung (PSU, englisch Personal Security Environment (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.

• 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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