HTTPS心得笔记之OpenSSL生成root CA及签发证书

在https学习笔记二，已经弄清了数字证书的概念,组成和在https连接过程中，客户端是如何验证服务器端的证书的。这一章，主要介绍下如何使用openssl库来创建key file，以及生成root CA及签发子证书。学习主要参考官方文档： https://www.feistyduck.com/library/openssl-cookbook/online/ch-openssl.html #

一、openssl 简介

openssl 是目前最流行的 SSL 密码库工具，其提供了一个通用、健壮、功能完备的 工具 套件，用以支持SSL/TLS 协议的实现。官网： https://www.openssl.org/source/ ，其中有3个主要的用途：1、密码算法库（建立 RSA、DH、DSA key 参数，计算消息摘要，使用各种 Cipher加密/解密） 2、密钥和证书封装管理功能（建立 X.509 证书、证书签名请求(CSR)和CRLs(证书回收列表)）；3、SSL通信API接口（SSL/TLS 客户端以及服务器的测试，处理S/MIME 或者加密邮件）。

二、安装openssl（linuxCentOS7 32位）

如果使用的是unix操作系统，可能安装系统的时候，这个库就已经有且存在了。但是在使用前，需要注意下当前openssl的库的版本。

openssl version

OpenSSL 1.0.1 14 Mar 2012

因为版本1.0.1是一个很重要的风水岭版本。因为1.0.1是第一个支持TLS1.1和1.2的版本。支持新的协议。操作系统的选择也很重要，比如Ubuntu 12.04 LTS，客户端不支持SSL2。这里安装以CentOS7系统为例：

A、 下载openssl库文件： https://www.openssl.org/source/

B、将下载的压缩包放在根目录下，解压缩，进入解压缩文件（得到openssl-openssl-1.0.0文件夹）cd openssl-1.0.0

C、编译前配置openssl，执行命令：./config --prefix=/usr/local/openssl，其中 ( --prefix )参数为欲安装之目录，也就是安装后的档案会出现在该目录下。

D、编译openssl，执行命令： make install

小插曲：安装openssl报错

1、问题描述：安装完成，查看版本信息的时候报错了，缺少一个库文件libssl.so.1.1。

[root@b6e4cbd27773 /usr/local/openssl/bin]# openssl version

openssl: error while loading shared libraries: libssl.so.1.1: cannot open shared

object file: No such file or directory

2、解决方法：有依赖没装libssl。在/etc/ld.so.conf文件中写入openssl库文件的搜索路径，使用修改后的conf生效即可：

echo "/usr/local/lib64" >> /etc/ld.so.conf

ldconfig -v

三、使用openssl生成RSA密钥对

使用openssl的私钥产生公钥前，需要了解以下几点：

1、key算法：openssl 支持生成RSA，DSA，ECDSA的密钥对，但是RSA是目前使用最普遍的。

2、Key长度：RSA的2048是公认较比较安全的key长度。

3、密码（Passphrase）：在key上使用密码是一个可选值，但是一般都是强烈建议的（官网这样写的，实际项目中很多都没有设置口令），这样每次使用key文件时，都需要输入这个密码才能使用，增强了其安全性，但是随之而来的易用性也会变差。

使用genrsa命令来生成RSA key（ 产生DSA其他算法的key文件，可以直接参考学习官网教程，在此处以常用的为例），2步骤能完成：

A、生成私钥：

使用命令：openssl genrsa -aes128 -out fd.key 2048 。以下输入了为这个key值设置了密码，且密码使用aes128加密保存。

openssl genrsa -aes128 -out fd.key 2048

Generating RSA private key, 2048 bit long modulus

....+++

...................................................................................+++

e is 65537 (0x10001)

Enter pass phrase for fd.key: ****************

Verifying - Enter pass phrase for fd.key: ****************

这个key文件就是私钥文件。可以查看下文件内容：

cat fd.key

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----

Proc-Type: 4,ENCRYPTED

DEK-Info: AES-128-CBC,01EC21976A463CE36E9DB59FF6AF689A

vERmFJzsLeAEDqWdXX4rNwogJp+y95uTnw+bOjWRw1+O1qgGqxQXPtH3LWDUz1Ym

mkpxmIwlSidVSUuUrrUzIL+V21EJ1W9iQ71SJoPOyzX7dYX5GCAwQm9Tsb40FhV/

[21 lines removed...]

4phGTprEnEwrffRnYrt7khQwrJhNsw6TTtthMhx/UCJdpQdaLW/TuylaJMWL1JRW

i321s5me5ej6Pr4fGccNOe7lZK+563d7v5znAx+Wo1C+F7YgF+g8LOQ8emC+6AVV

-----END RSA PRIVATE KEY-----     

B、生成公钥：

使用命令：openssl rsa -in fd.key -pubout -out fd-public.key

openssl rsa -in fd.key -pubout -out fd-public.key

Enter pass phrase for fd.key: ****************

查看这个key文件，就是公钥：

cat fd-public.key

-----BEGIN PUBLIC KEY-----

MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAnlccwQ9FRyJYHM8sFNsY

PUHJHJzhJdwcS7kBptutf/L6OvoEAzCVHi/m0qAA4QM5BziZgnvv+FNnE3sgE5pz

iovEHJ3C959mNQmpvnedXwfcOIlbrNqdISJiP0js6mDCzYjSO1NCQoy3UpYwvwj7

0ryR1F+abARehlts/Xs/PtX3VamrljiJN6JNgFICy3ZvEhLZEKxR7oob7TnyZDrj

IHxBbqPNzeiqLCFLFPGgJPa0cH8DdovBTesvu7wr/ecsf8CYyUCdEwGkZh9DKtdU

HFa9H8tWW2mX6uwYeHCnf2HTw0E8vjtOb8oYQxlQxtL7dpFyMgrpPOoOVkZZW/P0

NQIDAQAB

-----END PUBLIC KEY-----

三、获取权威机构颁发证书步骤

获取权威机构颁发的证书，需要先得到私钥的key文件（.key），然后使用私钥的key文件生成sign req 文件（.csr），最后把csr文件发给权威机构，等待权威机构认证，认证成功后，会返回证书文件（.crt）。

A：生成私钥key。

与第二节使用openssl生成RSA密钥对的步骤A一致。使用命令：openssl genrsa -aes128 -out fd.key 2048

B：私钥的key文件生成sign req 文件（.csr）

生成csr文件时，需要填写一些关于待签人或者公司的一些信息，比如国家名，省份名，组织机构名，主机名，email名，有些信息可以不填写，使用.标识。

使用命令：openssl req -new -key fd.key -out fd.csr。过程如下：

$ openssl req -new -key fd.key -out fd.csr

Enter pass phrase for fd.key: ****************

You are about to be asked to enter information that will be incorporated

into your certificate request.

What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.

There are quite a few fields but you can leave some blank

For some fields there will be a default value,

If you enter '.', the field will be left blank.

-----

Country Name (2 letter code) [AU]:GB

State or Province Name (full name) [Some-State]:.

Locality Name (eg, city) []:London

Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:Feisty Duck Ltd

Organizational Unit Name (eg, section) []:

Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []:www.feistyduck.com

Email Address []:webmaster@feistyduck.com

Please enter the following 'extra' attributes

to be sent with your certificate request

A challenge password []:

An optional company name []:

C、把csr文件发给权威机构，等待权威机构认证，交费获取证书即可。

四、OpenSSL生成root CA及签发证书

有时候，使用SSL协议是自己内部服务器使用的，这时可以不必去找第三方权威的CA机构做证书，可以做自签证书（自己创建root CA（非权威））主要有以下三个步骤。

A：创建openssl.cnf在使用default-ca时需要使用的SSL的工作目录（第一次必须要设置）。

1、查看openssl的配置文件：

openssl version -a

OpenSSL 1.0.1e-fips 17 Nov 2016

built on: Fri Nov 18 16:28:23 CST 2016

platform: linux-x86_64

options:  bn(64,64) md2(int) rc4(16x,int) des(idx,cisc,16,int) idea(int) blowfish(idx)

compiler: gcc -fPIC -DOPENSSL_PIC -DZLIB -DOPENSSL_THREADS -D_REENTRANT -DDSO_DLFCN -DHAVE_DLFCN_H -DKRB5_MIT -m64 -DL_ENDIAN -DTERMIO -Wall -O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector --param=ssp-buffer-size=4 -m64 -mtune=generic -Wa,--noexecstack -DPURIFY -DOPENSSL_IA32_SSE2 -DOPENSSL_BN_ASM_MONT -DOPENSSL_BN_ASM_MONT5 -DOPENSSL_BN_ASM_GF2m -DSHA1_ASM -DSHA256_ASM -DSHA512_ASM -DMD5_ASM -DAES_ASM -DVPAES_ASM -DBSAES_ASM -DWHIRLPOOL_ASM -DGHASH_ASM

OPENSSLDIR: "/etc/pki/tls"

engines:  rdrand dynamic

2、找到OPENSSLDIR: "/etc/pki/tls"的配置文件openssl.cnf

根据配置文件下的[ CA_default ]节点默认值，创建对应文件夹和文件。

按顺序在/etc/pki/CA下执行以下命令创建文件夹和文件：

其中，certs：存放已颁发的证书；newcerts：存放CA指令生成的新证书；private：存放私钥；crl：存放已吊销的整数；index.txt：penSSL定义的已签发证书的文本数据库文件，这个文件通常在初始化的时候是空的；serial：证书签发时使用的序列号参考文件，该文件的序列号是以16进制格式进行存放的，该文件必须提供并且包含一个有效的序列号。

执行完后，当前目录为：

[tt@SWEBMYVMM000210 /etc/pki/CA]$ll

total 20

drwxrwxrwx 2 root root 4096 Mar 12 11:08 certs

drwxrwxrwx 2 root root 4096 Nov 18  2016 crl

-rwxrwxrwx 1 root root    0 Mar 12 11:06 index.txt

drwxrwxrwx 2 root root 4096 Nov 18  2016 newcerts

drwxrwxrwx 2 root root 4096 Nov 18  2016 private

-rwxrwxrwx 1 root root  33 Mar 12 11:12 serial

小插曲：使用自签证书签名用户证书时报错，文件不存在

1、问题描述：

openssl ca -in server.csr -out server.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key

Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf

/etc/pki/CA/serial: No such file or directory

error while loading serial number

139996157081440:error:02001002:system library:fopen:No such file or directory:bss_file.c:398:fopen('/etc/pki/CA/serial','r')

139996157081440:error:20074002:BIO routines:FILE_CTRL:system lib:bss_file.c:400:

2、问题解决：

如果不设置工作目录，后续第三步的最后一小步，使用openssl的ca命令产生用户的ca证书时会报错，创��openssl.cnf在使用default-ca时需要使用的SSL的工作目录即可。

B：生成CA根证书（root ca证书）。

步骤：生成CA私钥（.key）-->生成CA证书请求（.csr）-->自签名得到根证书（.crt）（CA给自已颁发的证书）。

# Generate CA private key  --->ca.key

openssl genrsa -out ca.key 2048

# Generate CSR  --->ca.csr

openssl req -new -key ca.key -out ca.csr

# Generate Self Signed certificate（CA 根证书）  ---> ca.crt

openssl x509 -req -days 365 -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt

小插曲：直接根据key文件获取CA根证书的命令

方法：在得到key文件后，执行以下命令：

openssl req -new -x509 -days 365 -key fd.key -out fd.crt

如果不想填写那些注册信息，执行以下命令：

openssl req -new -x509 -days 365 -key fd.key -out fd.crt subj "/C=GB/L=London/O=Feisty Duck Ltd/CN=www.feistyduck.com

C：用自签根证书 ca.crt  给用户证书签名。

步骤：生成私钥（.key）-->生成证书请求（.csr）-->用CA根证书签名得到证书（.crt）

#  private key  --->server.key

openssl genrsa  -out server.key 1024

# generate csr  --->server.csr

openssl req -new -key server.key -out server.csr

# generate certificate  --->server.crt

openssl ca -in server.csr -out server.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key

小插曲：用CA根证书签名时报错，The mandatory stateOrProvinceName field was missing

1、问题描述：

sudo openssl ca -in server.csr -out server.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key

Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf

Check that the request matches the signature

Signature ok

The mandatory stateOrProvinceName field was missing

2、出现原因：openssl.cnf中CA policy有三个match，必须要填一样的，或者改成optional

3、解决方法：修改配置文件，修改后为：

# For the CA policy

[ policy_match ]

countryName = optional

stateOrProvinceName = optional

organizationName = optional

organizationalUnitName = optional

commonName = supplied

emailAddress = optional

D：证书的简单使用。

把server.crt以及server.key保存在服务器端等待程序加载使用；把ca.key保存在客户端，如果客户端需要验证服务器端发的证书时使用。

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