(15) openssl签署和自签署证书的多种实现方式

1.采用自定义配置文件的实现方法

1.1 自建CA

自建CA的机制：1.生成私钥；2.创建证书请求；3.使用私钥对证书请求签名。

由于测试环境，所以自建的CA只能是根CA。

所使用的配置文件如下:

[default]
name = root-ca    /* 变量*/
default_ca = CA_default
name_opt = ca_default
cert_opt = ca_default

[CA_default]
home = .     /* 变量*/
database = $home/db/index
serial = $home/db/serial
crlnumber = $home/db/crlnumber
certificate = $home/$name.crt
private_key = $home/private/$name.key
RANDFILE = $home/private/random
new_certs_dir = $home/certs
unique_subject = no
copy_extensions = none
default_days = 3650
default_crl_days = 365
default_md = sha256
policy = policy_to_match

[policy_to_match]
countryName = match
stateOrProvinceName = optional
organizationName = match
organizationalUnitName = optional
commonName = supplied
emailAddress = optional

[CA_DN]
countryName = "C"
contryName_default = "CN"
organizationName = "O"
organizationName_default = "jmu"
commonName = "CN"
commonName_default = "longshuai.com"

[req]
default_bits = 4096
encrypt_key = no
default_md = sha256
utf8 = yes
string_mask = utf8only
# prompt = no  /* 测试时该选项导致出错，所以将其注释掉*/
distinguished_name = CA_DN
req_extensions = ca_ext

[ca_ext]
basicConstraints = critical,CA:true
keyUsage = critical,keyCertSign,cRLSign
subjectKeyIdentifier = hash

(1).创建openssl的目录结构

(a).创建配置文件

[root@localhost ~]# mkdir /ssl;touch /ssl/ssl.conf

[root@localhost ~]# cd /ssl

[root@localhost ssl]# vim ssl.conf

(b).创建openssl的目录结构中的目录，在上述配置文件中的目录分别为/ssl/db、/ssl/private和/ssl/certs，可以考虑将private目录的权限设置为600或者400。

[root@localhost ssl]# mkdir /ssl/{db,private,certs}

[root@localhost ssl]# chmod -R 400 private/

(2).CA自签名

普通的证书请求需要使用CA的私钥进行签名变成证书，既然是自签名证书那当然是使用自己的私钥来签名。可以使用伪命令req或ca或x509来自签名。

2.1   使用req伪命令创建CA

这里有两种方法：

1.一步完成，即私钥、证书请求、自签名都在一个命令中完成

2.分步完成，先生成私钥、再创建证书请求、再指定私钥来签名。方法2中其实生成私钥和证书申请可以合并在一步中完成，证书申请和签名也可以合并在一步中完成。

方法一：一步完成

在下面的一步命令中，使用-new由于没有指定私钥输出位置，所以自动保存在ssl.conf中default_keyfile指定的private.pem中；

由于ssl.conf中的req段设置了encrypt_key=no，所以交互时不需要输入私钥的加密密码；

由于使用req -x509自签名的证书有效期默认为30天，而配置文件中req段又不能配置该期限，所以只能使用-days来指定有效期限

注意：这个-days选项只作用于x509签名，证书请求中如果指定了时间是无效的。

[root@localhost ssl]# openssl req -x509   -new   -out req.crt   -config ssl.conf   -days 365
[root@localhost ssl]# ll
total 24
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 certs
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 db
drwx------ 2 root root 4096 Nov 22 09:05 private
-rw-r--r-- 1 root root 3272 Nov 22 10:52 private.pem  /* 注意权限为644 */
-rw-r--r-- 1 root root 1753 Nov 22 10:52 req.crt
-rw-r--r-- 1 root root 1580 Nov 22 10:51 ssl.conf
[root@localhost ssl]# openssl x509 -noout -dates -in req.crt
notBefore=Nov 22 02:52:24 2016 GMT
notAfter=Nov 22 02:52:24 2017 GMT

方法二：分步完成，这里把各种可能的步骤合并都演示一遍

>>创建私钥和证书请求合并，而签名独自进行的方法<<

[root@localhost ssl]# openssl req   -newkey rsa:1024   -keyout key.pem    -out req1.csr   -config ssl.conf   -days 365　　#请求证书和私钥一同生成
[root@localhost ssl]# openssl req -x509   -in req1.csr  -key key.pem   -out req1.crt　　　　　　　　#使用私钥生成自签名证书
[root@localhost ssl]# openssl x509 -noout -dates -in req1.crt                                    /* 注意签名不要配置文件 */
notBefore=Nov 22 02:58:25 2016 GMT
notAfter=Dec 22 02:58:25 2016 GMT  /* 可以看到证书请求中指定-days是无效的 */
[root@localhost ssl]# ll
total 36
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 certs
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 db
-rw-r--r-- 1 root root  912 Nov 22 10:57 key.pem
drwx------ 2 root root 4096 Nov 22 09:05 private
-rw-r--r-- 1 root root 3272 Nov 22 10:52 private.pem
-rw-r--r-- 1 root root  826 Nov 22 10:58 req1.crt
-rw-r--r-- 1 root root  688 Nov 22 10:57 req1.csr
-rw-r--r-- 1 root root 1753 Nov 22 10:52 req.crt
-rw-r--r-- 1 root root 1580 Nov 22 10:51 ssl.conf

>>独自生成私钥，而请求和签名合并的方法<<

[root@localhost ssl]# (umask 077;openssl genrsa -out key1.pem 1024)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　        　#生成私钥
[root@localhost ssl]# openssl req -x509 -new   -key key1.pem   -out req2.crt   -config ssl.conf   -days 365　　　#请求和签名一起生成
[root@localhost ssl]# openssl x509 -noout -dates -in req2.crt
notBefore=Nov 22 03:28:31 2016 GMT
notAfter=Nov 22 03:28:31 2017 GMT
[root@localhost ssl]# ll
total 44
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 certs
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 db
-rw-r--r-- 1 root root  912 Nov 22 10:57 key1.pem
-rw------- 1 root root  887 Nov 22 11:26 key2.pem
drwx------ 2 root root 4096 Nov 22 09:05 private
-rw-r--r-- 1 root root 3272 Nov 22 10:52 private.pem
-rw-r--r-- 1 root root  826 Nov 22 10:58 req1.crt
-rw-r--r-- 1 root root  688 Nov 22 10:57 req1.csr
-rw-r--r-- 1 root root  709 Nov 22 11:28 req2.crt
-rw-r--r-- 1 root root 1753 Nov 22 10:52 req.crt
-rw-r--r-- 1 root root 1580 Nov 22 10:51 ssl.conf

>>完全分步进行<<

[root@localhost ssl]# rm -rf key* req* private.pem
[root@localhost ssl]# (umask 077;openssl genrsa -out key.pem 1024)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#生成私钥
[root@localhost ssl]# openssl req -new    -key key.pem   -out req.csr   -config ssl.conf 　　　　　　 #生成请求证书
[root@localhost ssl]# openssl req -x509   -key key.pem   -in req.csr    -out req.crt   -days 365　　#自签名
[root@localhost ssl]# openssl x509 -noout -dates -in req.crt
notBefore=Nov 22 04:29:21 2016 GMT
notAfter=Nov 22 04:29:21 2017 GMT
[root@localhost ssl]# ll
total 28
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 certs
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 22 09:05 db
-rw------- 1 root root  887 Nov 22 12:28 key.pem
drwx------ 2 root root 4096 Nov 22 09:05 private
-rw-r--r-- 1 root root  826 Nov 22 12:29 req.crt
-rw-r--r-- 1 root root  688 Nov 22 12:28 req.csr
-rw-r--r-- 1 root root 1580 Nov 22 10:51 ssl.conf

在本节的开头说明了创建证书请求时需要提供私钥，这个私钥的作用是为了提供公钥。

下面是验证。

/* 提取私钥key.pem中的公钥到key.pub文件中 */
[root@localhost ssl]# openssl rsa -in key.pem -pubout -out key.pub　　　　　　#从私钥中提取公钥
/* 输出证书请求req.csr中的公钥部分 */
[root@localhost ssl]# openssl req -noout -pubkey -in req.csr     　　　　　　　#输出证书请求中的公钥
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQC+YBneLYbh+OZWpiyPqIQHOsU5
D8il6UF7hi3NgEX/6vtciSmp7GXpXUV1tDglCCTPOfCHcEzeO0Gvky21LUenDsl/
aC2lraSijpl41+rT4mKNrCyDPZw4iG44+vLHfgHb3wJhBbBk0aw51dmxUat8FHCL
hU7nx+Du637UDlwdEQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
/* 查看key.pub，可以发现和req.csr中的公钥是一样的 */
[root@localhost ssl]# cat key.pub 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#查看从私钥中提取出来的公钥，可看到与从请求证书中查看的完全一样
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQC+YBneLYbh+OZWpiyPqIQHOsU5
D8il6UF7hi3NgEX/6vtciSmp7GXpXUV1tDglCCTPOfCHcEzeO0Gvky21LUenDsl/
aC2lraSijpl41+rT4mKNrCyDPZw4iG44+vLHfgHb3wJhBbBk0aw51dmxUat8FHCL
hU7nx+Du637UDlwdEQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

虽然创建证书请求时使用的是公钥，但是却不能使用-key选项指定公钥，而是只能指定私钥，因为req -new或-newkey选项会调用openssl rsa命令来提取公钥，指定公钥该调用将执行失败。

2.2  使用x509伪命令创建CA

使用x509伪命令需要提供请求文件，因此需要先创建证书请求文件。由于x509伪命令签名时不读取配置文件，所以不需要设置配置文件，若需要某选项，只需使用x509中对应的选项来达成即可。

以下x509 -req用于自签名，需要-signkey提供签名所需私钥key.pem。

[root@localhost ssl]# openssl req -new    -keyout key.pem    -out req.csr   -config ssl.conf　　　       　#私钥和请求证书一同生成
[root@localhost ssl]# openssl x509   -req -in req.csr   -signkey key.pem    -out x509.crt　　　　　　　　　　#使用x509自签名

2.3  使用ca伪命令创建CA

使用ca伪命令自签名会读取配置文件中的ca部分，所以配置文件中所需的目录和文件结构都需要创建好，包括目录db、private、certs，文件db/index、db/serial，并向serial中写入一个序列号。

由于是自签名，可以自行指定私钥文件，因此对于签名所需CA私钥文件无需放置在private目录中（如果为其它请求证书签名，签名后的证书默认生成在private目录中）。

[root@localhost ssl]# touch db/{serial,index}
[root@localhost ssl]# echo "01" > db/serial
[root@localhost ssl]# openssl req -new  -keyout key.pem    -out req.csr    -config ssl.conf　　　　#私钥和请求证书一同生成
[root@localhost ssl]# openssl ca  -selfsign  -keyfile key.pem   -in req.csr  -config ssl.conf　　　#自签名

在此签名过程中有两次询问，如下：

Certificate is to be certified until Nov 20 06:34:41 2026 GMT (3650 days)
Sign the certificate? [y/n]:y

1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

若要无交互，则使用-batch进入批处理模式。

[root@localhost ssl]# openssl ca   -selfsign   -keyfile key.pem   -in req.csr   -config ssl.conf   -batch

1.2 为其他证书请求签名

CA为其他请求或证书签名时，需要使用到的文件有：自己的CA证书和自己的私钥文件。因此签名过程中需要提供这两个文件。

(1).使用ca伪命令为其他证书请求签名

使用ca伪命令自建根CA后，目录结构如下：

[root@localhost ssl]# tree -R -C
.
├── certs
│   └── 01.pem
├── db
│   ├── index
│   ├── index.attr
│   ├── index.old
│   ├── serial
│   └── serial.old
├── key.pem
├── private
├── req.csr
└── ssl.conf

其中01.pem是根CA证书，key.pem是根CA私钥。

现在要为其他证书请求签名，首先创建其他要签名的请求证书，假设该请求文件/tmp/req.csr。

[root@localhost ssl]# openssl req -new    -keyout /tmp/key.pem    -out /tmp/req.csr   -config ssl.conf　　　　#私钥和请求证书一同生成

使用根证书01.pem为/tmp/req.csr签名。

[root@localhost ssl]# openssl ca   -in /tmp/req.csr   -keyfile key.pem   -cert certs/01.pem   -config ssl.conf   -batch       #签名

这样挺麻烦，因为每次为别人签名时都要指定-cert和-keyfile，可以将CA的证书（01.pem）和CA的私钥（key.pem）移动到配置文件中指定的路径下：

certificate = $home/$name.crt

private_key = $home/private/$name.key

[root@localhost ssl]# mv certs/01.pem root-ca.crt
[root@localhost ssl]# mv key.pem private/root-ca.key

再使用ca签名时将可以使用默认值。

[root@localhost ssl]# openssl ca    -in /tmp/req.csr    -config ssl.conf    -batch

(2).使用x509伪命令为其他证书请求签名

现在根CA证书为root-ca.crt，CA的私钥为private/root-ca.key。

下面使用x509伪命令实现签名。由于x509不会读取配置文件，所以需要提供签名的序列号，使用-CAcreateserial可以在没有序列号文件时自动创建；

由于x509默认-in指定的输入文件是证书文件，所以要对请求文件签名，需要使用-req来表示输入文件为请求文件。

[root@localhost ssl]# openssl x509 -req   -in /tmp/req.csr    -CA root-ca.crt   -CAkey private/root-ca.key   -out x509.crt    -CAcreateserial

2.采用默认配置文件/etc/pki/tls/openssl.cnf的实现方法

这是推荐采用的方法，因为方便管理，但使用默认配置文件，需要进行一些初始化动作。

由于完全采用/etc/pki/tls/openssl.cnf的配置，所以要建立相关文件。

自建CA的过程：

[root@localhost tmp]# touch /etc/pki/CA/index.txt
[root@localhost tmp]# echo "01" > /etc/pki/CA/serial
[root@localhost tmp]# openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem                     # 创建CA的私钥
[root@localhost tmp]# openssl req -new -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out rootCA.csr   # 创建CA待自签署的证书请求文件
[root@localhost tmp]# openssl ca -selfsign -in rootCA.csr                                   # 自签署
[root@localhost tmp]# cp /etc/pki/CA/newcerts/01.pem /etc/pki/CA/cacert.pem                 # 将自签署的证书按照配置文件的配置复制到指定位置

为他人颁发证书的过程：

[root@localhost tmp]# openssl ca -in youwant1.csr

签署成功后，证书位于/etc/pki/CA/newcert目录下，将新生成的证书文件发送给申请者即可。

综上：自签名有3种方式，而为其他请求证书签名有2种方式

1、自签名：

法一：

openssl req -x509 -newkey rsa:4096 -nodes -keyout cakey.pem -out cacert.pem -days 3650　　　　　　　　 #私钥/请求证书/自签名一步完成

在当前目录下生成cacert.pem和cakey.pem(若不指定-keyout选项，私钥名称为privkey.pem)

法二：
openssl req -newkey rsa:4096 -nodes -keyout cakey.pem -out rootCA.csr -days 3650 　　　　　　　　　　 #请求证书和私钥在当前目录一同生成
openssl req -x509 -in rootCA.csr -key cakey.pem -out cacert.pem　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #使用私钥在当前目录生成自签名证书

法三：
openssl genrsa -out cakey.pem 4096　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 #生成私钥
openssl req -x509 -new -key cakey.pem -out cacert.pem -days 3650 　　　　　　　　　　　　　　　　 #请求证书和自签名一同完成　

法四：
openssl genrsa -out cakey.pem 4096　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #生成私钥
openssl req -new -key cakey.pem -out rootCA.csr 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #生成请求证书
openssl req -x509 -key cakey.pem -in rootCA.csr -out cacert.pem -days 3650　　　　　　　　　　　　　　　#自签名

法五：

openssl req -newkey rsa:4096 -nodes -keyout cakey.pem -out rootCA.csr -days 3650 　　　　　　　　　　 #私钥和请求证书一同生成
openssl x509 -req -in rootCA.csr -signkey cakey.pem -out cacert.pem　-days 3650  　　　　　　　　　　　#使用x509自签名

法六：
openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     #生成私钥
openssl req -new -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out rootCA.csr　　　　　　　　　　　　　　　　　　#生成请求证书
openssl ca -selfsign -in rootCA.csr -days 3650 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　      #自签名，生成${ca_home}/newcerts/01.pem，更名为cacert.pem

2、为其他证书请求签名（req.csr为要签名的请求证书）
openssl   ca        -in req.csr        -keyfile cakey.pem         -cert cacert.pem     days 3650

openssl   ca        -in req.csr        -out  req.crt　　-days  3650             　　　　　　　　　　　　　　 #前提：cacert.pem位于/etc/pki/CA/下，cacert.pem位于/etc/pki/CA/private/

openssl x509 -req -in req.csr -CA cacert.pem -CAkey cakey.pem -out req.crt -CAcreateserial -days 3650