利用openssl管理证书及SSL编程第1部分

参考：

1) 利用openssl创建一个简单的CA

http://www.cppblog.com/flyonok/archive/2010/10/30/131840.html

2) Win32平台下OpenSSL编写SSL,TLS程序

 http://www.cppblog.com/flyonok/archive/2011/03/24/133100.html

cheungmine

2015-12-15

1. 利用openssl管理证书

CA（Certification Authority），简称CA证书。CA 也拥有一个证书（内含公钥
和私钥）。网上的公众用户通过验证 CA 的签字从而信任 CA ，任何人都可以得
到 CA 的证书（含公钥），用以验证它所签发的证书。如果用户想得到一份属于
自己的证书，他应先向 CA 提出申请。在 CA判明申请者的身份后，便为他分配
一个公钥，并且 CA 将该公钥与申请者的身份信息绑在一起，并为之签字后，便
形成证书发给申请者。

如果一个用户想鉴别另一个证书的真伪，他就用 CA 的公钥对那个证书上的签字
进行验证，一旦验证通过，该证书就被认为是有效的。证书实际是由证书签证机
关（CA）签发的对用户的公钥的认证。

证书的内容包括：电子签证机关的信息、公钥用户信息、公钥、权威机构的签字
和有效期等等。目前，证书的格式和验证方法普遍遵循X.509 国际标准。

CA一般指证书授权机构，比如VeriSign, Startssl。浏览器内嵌了这些公司的公钥
证书，这样用户使用由这些公司颁发出来的证书就得到了浏览器的信任，不会提示
用户安全问题。

也可以认为CA是得到了浏览器厂商认证的授权证书颁发机构，谁都可以成为CA，但
要想得到浏览器厂商认证是非常难的。如果得到了浏览器厂商认证的CA，其颁发的
证书都会被浏览器检查通过放行，否则浏览器要提示用户有证书需要安装，让用户
自己承担风险，这些提示常常被认为是不愉快的（比如12306.cn）。

如果接受了（无论提示与否），浏览器就安装了这个证书，于是访问网站就在一个
安全的隧道中进行，这个隧道称为 SSL（Secure Sockets Layer 安全套接层）及
其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）。

用商业的CA证书，都是要花钱的，而且不便宜。除非用自己的证书，就涉及到浏览
器接受的问题。免费的startssl可以解决一部分问题，烦人的是需要1年1签。

假定我们可以接受这个浏览器提示，或者我们根本就是在写一个ssl程序，那么自
己做CA完全没问题。自己做老大的感觉很爽。下面就让我们利用开源openssl软件，
在Linux（或UNIX/Cygwin）下创建一个简单的CA。我们可以利用这个CA进行PKI、
数字证书相关的测试。比如，在测试用Tomcat或Apache构建HTTPS双向认证时，我
们可以利用自己建立的测试CA来为服务器端颁发服务器数字证书，为客户端（浏
览器）生成文件形式的数字证书（可以同时利用openssl生成客户端私钥）。

1.1 创建CA

假定我的CA公司叫做pepstack，我的网站叫pepstack.com（这是我个人使用的域名），
我想建立自己的CA，并且给自己的网站颁发证书，给使用我的网站的用户颁发客户
端证书。下面开始创建我的CA。（用户可以把pepstack换成你公司的名字）

该简单的CA将建立在用户自己的目录下（$HOME/pepstack），无需超级用户（root）
权限。

1) 创建CA需要用到的目录和文件：

执行命令如下：

mkdir -p $HOME/ca.pepstack.com/{newcerts,private,conf}
chmod g-rwx,o-rwx $HOME/ca.pepstack.com/private
echo "01" > $HOME/ca.pepstack.com/serial
touch $HOME/ca.pepstack.com/index.txt

说明：
$HOME/ca.pepstack.com 为待建CA的主目录(以下简称CA_HOME)。
newcerts 目录将存放CA签署（颁发）过的数字证书（证书备份目录）。
private 目录用于存放CA的私钥（pepstackcakey.pem）。
conf 目录用于存放一些简化参数用的配置文件。
文件serial和index.txt分别用于存放下一个证书的序列号和证书信息数据库。

1.2 生成CA的私钥和自签名证书（即根证书）

1) 创建配置文件:

$HOME/ca.pepstack.com/conf/genpepstackca.conf

内容如下:

[req]
default_keyfile=$ENV::HOME/ca.pepstack.com/private/pepstackcakey.pem
default_md=md5
prompt=no
distinguished_name=ca_distinguished_name
x509_extensions=ca_extensions

[ca_distinguished_name]
organizationName=pepstack.com
organizationalUnitName=ca.pepstack.com
commonName=pepstackca
emailAddress=master@pepstack.com

[ca_extensions]
basicConstraints=CA:true

2) 然后在CA_HOME目录下执行命令:

$ openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -out pepstackcacert.pem -outform PEM -days 3650 \
  -config $HOME/ca.pepstack.com/conf/genpepstackca.conf

执行过程中需要输入CA私钥的保护密码(万万不可泄露)，假设我们输入密码：123456

可以用如下命令查看一下CA自己证书的内容
$ openssl x509 -in pepstackcacert.pem -text -noout

3) 创建一个配置文件，以便后续CA日常操作中使用

$HOME/ca.pepstack.com/conf/pepstackca.conf
内容如下：

[ca]
# The default ca section
default_ca=pepstackca

[pepstackca]
# top dir
dir=$ENV::HOME/ca.pepstack.com

# index file
database=$dir/index.txt

# new certs dir
new_certs_dir=$dir/newcerts

# The CA cert
certificate=$dir/pepstackcacert.pem

# serial no file
serial=$dir/serial

# CA private key
private_key=$dir/private/pepstackcakey.pem

# random number file
RANDFILE=$dir/private/.rand

# how long to certify for
default_days=365

# how long before next CRL
default_crl_days=30

# message digest method to use
default_md=md5

# Set to 'no' to allow creation of several ctificates with same subject
unique_subject=no

# default policy
policy=policy_any

[policy_any]
countryName=optional
stateOrProvinceName=optional
localityName=optional
organizationName=optional
organizationalUnitName=optional
commonName=supplied
emailAddress=optional

2. CA签发数字证书

现在我们已经是CA了，如果我们的根证书（公钥）能被浏览器厂商接受，嵌入到
比如火狐浏览器中，那么我们就可以给某个网站（如a.com）签发证书，当用户
用火狐访问https://a.com的时候，ssl(tls)就起作用了，a.com可以信任访问它
的用户，而用户也能信任a.com网站。往来信息被加密。

2.1 创建一个证书请求

a.com要建立https的网站，于是请求我们给他们签发一个证书，首先要创建一个证书请求：

$ mkdir $HOME/ca.pepstack.com/newcerts/a.com && cd $HOME/ca.pepstack.com/newcerts/a.com

$ openssl req -newkey rsa:1024 -keyout acomkey.pem -keyform PEM -out acomreq.pem -outform PEM \
-subj "/O=a.com/OU=ou.a.com/CN=a.com"

执行过程中需要输入私钥的保护密码，假设输入密码： 888888

执行完后，acomkey.pem即为a.com的密钥，而acomreq.pem即为证书请求。
可以查看证书请求的内容：
$ openssl req -in acomreq.pem -text -noout

2.2 pepstack CA为a.com签发证书

$ openssl ca -in acomreq.pem -out acomcert.pem \
  -config $HOME/ca.pepstack.com/conf/pepstackca.conf

执行过程中需要输入CA的密钥保护密码（刚才设置的123456），并且最后询问
是否要给该用户签发证书时要选y。

执行完后，acomcert.pem 即为证书，用命令查看证书内容:
$ openssl x509 -in acomcert.pem -text -noout

2.3 制作一个PKCS12格式的文档（个人数字证书）

本节“个人数字证书”意为包含私钥和证书的实体，而不是单指只保护公钥的数字证书。

我们制作的这个PKCS#12文件将包含密钥、证书和颁发该证书的CA证书。该证书文件
可以直接用于服务器数字证书或个人数字证书。把前几步生成的密钥和证书制作成
一个pkcs12文件acomcert.p12的方法执行命令：

$ openssl pkcs12 -export -in acomcert.pem -inkey acomkey.pem \
  -out acom.p12 -name a.com \
  -chain -CAfile $HOME/ca.pepstack.com/pepstackcacert.pem

执行过程中需要输入保护a.com密钥的密码（888888），以及新的保护pkcs12文件
的密码: 222222

执行完后，acom.p12即为pkcs12文件。你可以直接拷贝到windows下，作为个人
数字证书，双击导入IE后就可以使用了(输入密码222222)。该文件也可以直接用于
tomcat作为服务器证书使用。

若要查看acom.p12的内容可以用命令:
$ openssl pkcs12 -in acom.p12
Enter Import Password: 222222

3 CA的日常操作

3.1. 根据证书申请请求签发证书

假设收到一个证书请求文件名为req.pem，文件格式应该是PKCS#10格式

（标准证书请求格式）。

首先可以查看一下证书请求的内容，执行命令：
$ openssl req -in req.pem -text -noout

将看到证书请求的内容，包括请求者唯一的名字（DN）、公钥信息（可能还有一
组扩展的可选属性）。

执行签发命令：
$ openssl ca -in req.pem -out cert.pem -config $HOME/ca.pepstack.com/conf/pepstackca.conf

执行过程中会要求输入访问CA的私钥密码（刚才设置的123456）。

完成上一步后，签发好的证书就是cert.pem，另外$HOME/ca.pepstack.com/newcerts
里也会有一个相同的证书副本（文件名为证书序列号, 如: 01.pem）。

你可以执行以下语句来查看生成的证书的内容：
$ openssl x509 -in cert.pem -text -noout

3.2. 吊销证书（作废证书）

一般由于用户私钥泄露等情况才需要吊销一个未过期的证书。
（当然我们用本测试CA时其时很少用到该命令，除非专门用于测试吊销证书的情况）

假设需要被吊销的证书文件为cert.pem，则执行以下命令吊销证书：
$ openssl ca -revoke cert.pem -config $HOME/ca.pepstack.com/conf/pepstackca.conf

3.3. 生成证书吊销列表文件（CRL）

准备公开被吊销的证书列表时，可以生成证书吊销列表（CRL），执行命令如下：
$ openssl ca -gencrl -out pepstackca.crl -config $HOME/ca.pepstack.com/conf/pepstackca.conf

还可以添加-crldays和-crlhours参数来说明下一个吊销列表将在多少天后（或多少小时候）发布。

可以用以下命令检查pepstackca.crl的内容：
$ openssl crl -in pepstackca.crl -text -noout