前言

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本文主要简述数字证书和密钥相关的一些基础知识，例如什么是数字证书？ASN.1 是什么？常见的 X.509 代表什么含义？什么是 PKI、PKCS 标准？

一、数字证书

对于非对称加密算法和数字签名来说，很重要的步骤就是公钥的分发。理论上任何人都可以获取到公开的公钥，然而这个公钥文件有可能是伪造的，传输过程中也有可能被篡改，所以一旦公钥自身出了问题，则整个建立在其上的的安全性将不复成立。

数字证书机制正是可以解决公钥分发问题，确保所记录信息的合法性。比如证明某个公钥是某个实体（个人或组织）拥有，并且确保任何篡改都能被检测出来，从而实现对用户公钥的安全分发。

根据所保护公钥的用途，数字证书可以分为加密数字证书（Encryption Certificate）和签名验证数字证书（Signature Certificate）。

加密数字证书用来保护加密用途的公钥
签名验证数字证书用来保护签名用途的公钥
两种类型的公钥可以同时放在同一证书中

一般情况下，证书需要由证书认证机构（Certification Authority，CA）来进行签发和背书。

权威的商业证书认证机构包括 DigiCert、GlobalSign、VeriSign 等
用户也可以自行搭建本地 CA 系统，在私有网络中进行自有证书的签发和背书

二、ASN.1

常见的数字证书和密钥都采用了 ASN.1 格式的语法来描述结构，ASN.1（Abstract Syntax Notation One) 是一套标准，是描述数据的表示、编码、传输、解码的数据格式。它提供了一套正式、无歧义和精确的规则以描述独立于特定计算机硬件的对象结构。

ASN.1 本身只定义了表示信息的抽象句法，但是没有限定其编码的方法。各种 ASN.1 编码规则提供了由 ASN.1 描述其抽象句法的数据的值的传送语法（具体表达）。ASN.1 的标准编码规则有：

BER 基本编码规则（Basic Encoding Rules）
- BER（BasicEncoding Rules）是 ASN.1 中最早定义的编码规则，其他编码规则是在 BER 的基础上添加新的规则构成
- BER 的语法传输格式是 TLV 三元组 <Type, Length, Value>
DER 唯一编码规则（Distinguished Encoding Rules）
CER 规范编码规则（Canonical Encoding Rules）
PER 压缩编码规则（Packed Encoding Rules）
XER XML 编码规则（XML Encoding Rules）

三、X.509 证书规范

X.509 是密码学里公钥证书的格式标准。

一个数字证书内容可能包括证书域（证书的版本、序列号、签名算法类型、签发者信息、有效期、被签发主体、签发的公开密钥）、CA 对证书的签名算法和签名值等，他们一般就采用 X.509 规范编写。

证书格式： X.509 规范中一般推荐使用 PEM（Privacy Enhanced Mail）格式来存储证书相关的文件。

证书文件的文件名后缀一般为 .crt 或 .cer
对应私钥文件的文件名后缀一般为 .key
证书请求文件的文件名后缀为 .csr
有时候也统一用 .pem 作为文件名后缀

PEM 格式采用文本方式进行存储，一般包括首尾标记和内容块，内容块采用 Base64 格式编码，示例如下：

-----BEGIN CERTIFICATE-----
BASE64 CONTENT
-----END CERTIFICATE-----

目前使用最广泛的标准为 ITU 和 ISO 联合制定的 X.509 的 v3 版本规范（RFC 5280），其中定义了如下证书信息域：

版本号（Version Number）：规范的版本号（目前为版本 3，值为 0x2）
序列号（Serial Number）：由 CA 维护的为它所颁发的每个证书分配的唯一的序列号，用来追踪和撤销证书
签名算法（Signature Algorithm ID）：签名所采用的算法
颁发者（Issuer Name）：颁发证书单位的信息，如 C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=org.aurthur.cn, CN=ca.org.aurthur.aurthur
有效期（Period of validity）：证书的有效期限，如 Not Before 2020-08-08-00-00UTC，Not After 20230-08-08-00-00UTC
被签发主体（Subject Name）：证书拥有者的标识信息（Distinguished Name），如 C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, CN=p1.org.aurthur.cn
主体的公钥信息（Subject Public Key Info）：所保护的公钥相关的信息
- 公钥算法（Public Key Algorithm）：公钥采用的算法
- 主体公钥（Subject Public Key）：公钥的内容
颁发者唯一号（Issuer Unique Identifier，可选）：代表颁发者的唯一信息，仅 2、3 版本支持（可选）
主体唯一号（Subject Unique Identifier，可选）：代表拥有证书实体的唯一信息，仅 2、3 版本支持（可选）扩展（Extensions，可选）：可选的一些扩展，可能包括：
- Subject Key Identifier：实体的密钥标识符，区分实体的多对密钥
- Basic Constraints：一般指明该证书是否属于某个 CA
- Authority Key Identifier：颁发这个证书的颁发者的公钥标识符
- Authority Information Access：颁发相关的服务地址，如颁发者证书获取地址和吊销证书列表信息查询地址
- CRL Distribution Points：证书注销列表的发布地址
- Key Usage: 表明证书的用途或功能信息，如 Digital Signature、Key CertSignSubject Alternative Name：证书身份实体的别名
证书签名算法（Certificate Signature Algorithm）：证书签名所用的算法
证书签名（Certificate Signature）：证书的签名