引言
数字证书是互联网的重要安全基础设施，它通过绑定证书持有者的身份信息与对应的非对称密钥对,提供身份认证和保密性两种基本安全功能。非对称密钥对包括私钥和公钥，私钥主要用于签名和解密，由用户自己保存；公钥用于签名验证和加密，可以随着数字证书一起对外发布。
图1：数字证书绑定了持有者身份与密钥对
1. 双证书来源
数字证书等密码学技术的普及，在保护网络安全和用户数据安全的同时，也给互联网管理带来了困难。一方面数字证书提供的身份识别是互联网安全的基石，另外一方面组织可以使用数字证书的加密功能逃避互联网管理。为了保护网络安全，管理者需要具备管理加密通信的能力，并在必要的情况下依法实施管理行为。为了解决安全和管理的矛盾，安全标准组织提出了双数字证书体系。
2. 双证书原理
双数字证书分离了数字证书的身份认证和保密性功能，它将数字证书分为签名证书和加密证书两类。一个实体同时绑定一个签名证书和一个加密证书。签名证书仅用于数字签名，提供身份认证服务，私钥由用户私有，保证身份信息安全；加密证书仅用于数据加密，提供保密性服务，私钥由用户和管理机构共有，管理机构可以通过共有的加密证书私钥来解密用户流量。加密证书和签名证书绑定的用户身份信息可以相同也可以不同，不同的情况下两个身份信息代表同一个实体。例如可以使用“/CN=fuxuming_signature”作为签名证书的身份信息，“/CN=fuxuming_encrypt”作为加密证书的身份信息，” fuxuming_signature”与“/CN=fuxuming_encrypt”都绑定了一个实体“fuxuming”。
目前只有X.509v3证书格式支持双证书，X.509v3格式增加了一个“Key Usage（密钥用法）”扩展限制证书的用途，上层应用系统通过该扩展确定该证书是双证书加密证书、双证书签名证书还是通用证书。
加密证书Key Usage取值：
keyEncipherment --- 密钥加密
dataEncipherment --- 数据加密
keyAgreement --- 密钥协商
签名证书Key Usage取值：
digitalSignature --- 数字签名
nonrepudiation --- 不可否认
图2 通用证书的Key Usage扩展
从图2可以看到，通用证书的Key Usage扩展同时包含数据签名和数据加密。
图3 双证书加密证书Key Usage扩展
图4 双证书签名证书Key Usage扩展
从图3，图4可以看到，加密证书和签名证书属于同一个使用者实体，双证书加密证书Key Usage扩展只包含数据加密。签名证书Key Usage扩展只包含数据签名。上层应用通过识别证书的Key Usage扩展，限制数字证书的用途。签名证书不能应用于加密用途，加密证书也不能应用于签名用途。
我们可以通过支持双证书的商用证书服务器获得双证书，也可以通过openssl等开源软件生成双证书。
3. 双证书发展现状
双证书是通过在证书文件上打“标签”的方式来分离证书的加密和签名功能，但是从功能实现上，将加密证书用于签名或者将签名证书用于加密，不存在任何问题，因此双证书体制的实现要求上层的应用程序严格遵守使用限制。但是在实际上，大多数应用程序因为各种原因，并没有执行双证书定义的使用限制。
一方面双证书体系并不是因用户需求而出现，而是为了符合管理需求而出现，应用厂商缺少推行的动力；另外一方面网络管理面临非常多的困难和阻力，所以目前为止双证书体系并未得到广泛的普及。
4. 国密VPN中的应用
国密IPsec VPN是密码管理局在IKEv1/IPsec协议基础上，修改制定的VPN标准。国密VPN一般用于保护重要数据通信场景，需要保证有能力对这些通信进行管理，管理者也有能力在这些场景下、在合适的时机下推动管理措施落地，因此该国密IPsec VPN标准设计时引入了双证书体系。
IKEv1证书方式和国密IKE的协商方式分别如下：
IKEv1 1阶段证书认证方式：（RFC2409）
其中CERT为协商双方交换的数字证书，SIG_I, SIG_r为使用证书私钥的计算得到的签名信息。
商密IKE 1阶段： （GM-T0022-2014）
其中CERT_sig_i, CERT_sig_r为签名证书，CERT_enc_i, CERT_enc_r为加密证书，Asymmetric_Encrypt(Ski, pub_r)和Asymmetric_Encrypt(SKr, pub_i)为使用加密证书加密的对称密钥，SIGi_b，SIGr_b为使用签名证书计算得到的签名结果。
通过对比可以发现，IKEv1协议在5，6条报文中进行了普通证书传递，并使用证书做身份认证。国密IKE协议在2,3条报文中传递了加密、签名双证书，在3,4条报文中使用加密证书数字信封进行了密钥材料交换，使用签名证书进行了身份认证。
图5 国密IKE协商过程中报文传递双证书
按照国密VPN标准要求，加密证书的密钥对是由权威第三方管理机构生成的，也就是密钥对是由管理机构与证书所有者共有的。管理机构可以通过抓取国密协商报文，并使用加密证书私钥解密得到对称密钥Ski, SKr, 进一步解密国密报文其他载荷，计算出协商双方的的IPsec SA密钥，进而解密用户数据流量，达到管理的目的。
