0. 前言

接前一篇文章，上篇文章我们介绍了数字签名、数字证书等基本概念和原理
本篇我们尝试自己生成证书
参考文献：TLS完全指南（二）：OpenSSL操作指南

1. OpenSSL 简介

OpenSSL 是一个开源项目，其组成主要包括三个组件：
- openssl：多用途的命令行工具
- libcrypto：加密算法库
- libssl：加密模块应用库，实现了ssl及tls
OpenSSL 主要用于秘钥证书管理、对称加密和非对称加密

1.1 指令

常用指令包括：genrsa、req、x509

1.1.1 genrsa

主要用于生成私钥，选择算法、加密私钥使用的对称加密密码和秘钥长度
基本用法：openssl genrsa [args] [numbits]

[args]:
    args1 对生成的私钥文件是否要使用加密算法进行对称加密: 
        -des : CBC模式的DES加密 
            -des3 : CBC模式的3DES加密 
            -aes128 : CBC模式的AES128加密 
        -aes192 : CBC模式的AES192加密 
        -aes256 : CBC模式的AES256加密 
    args2 对称加密密码
        -passout passwords
        其中passwords为对称加密(des、3des、aes)的密码(使用这个参数就省去了console交互提示输入密码的环节) 
    args3 输出文件
        -out file : 输出证书私钥文件 
[numbits]: 密钥长度，理解为私钥长度

生成一个 2048 位的 RSA 私钥，并用 des3 加密（密码为 123456），保存为 server.key 文件：openssl genrsa -des3 -passout pass:123456 -out server.key 1024

1.1.2 req

req 的基本功能主要有两个：生成证书请求和生成自签名证书（当然这并不是其全部功能，但是这两个最为常见）
基本用法：openssl req [args] outfile

[args]
    args1 是输入输入文件格式：-inform arg
        -inform DER 使用输入文件格式为 DER
        -inform PEM 使用输入文件格式为 PEM
    args2 输出文件格式：-outform arg   
        -outform DER 使用输出文件格式为 DER
        -outform PEM 使用输出文件格式为 PEM
    args3 是待处理文件 
        -in inputfilepath
    args4 待输出文件
        -out outputfilepath
    args5 用于签名待生成的请求证书的私钥文件的解密密码
        -passin passwords       
    args6 用于签名待生成的请求证书的私钥文件
        -key file
    args7 指定输入密钥的编码格式 -keyform arg  
        -keyform DER
        -keyform NET
        -keyform PEM
    args8 生成新的证书请求 
        -new
    args9 输出一个 X509 格式的证书,签名证书时使用 
        -x509
    args10 使用 X509 签名证书的有效时间  
        -days // -days 3650 有效期 10 年
    args11 生成一个 bits 长度的 RSA 私钥文件，用于签发，与-key互斥，生成证书请求或者自签名证书时自动生成密钥，然后生成的密钥名称由 -keyout 参数指定
        -newkey rsa:bits 
    args12 设置 HASH 算法-[digest]，指定对创建请求时提供的申请者信息进行数字签名时指定的 hash 算法
        -md5
        -sha1 // 高版本浏览器开始不信任这种算法
        -md2
        -mdc2
        -md4
    args13 指定 openssl 配置文件,很多内容不容易通过参数配置，可以指定配置文件
        -config filepath   
    args14 显示格式 txt（用于查看证书、私钥信息）
        -text

利用私钥生成证书请求 CSR：openssl req -new -key server.key -out server.csr
利用私钥生成自签名证书 CRT：openssl req -new -x509 -days 3650 -key ca.key -out ca.crt

1.1.3 x509

x509 可以实现显示证书的内容、转换其格式、给 CSR 签名等X.509证书的管理工作
基本用法：openssl x509 [args]

[args]
    args1 是输入输入文件格式：-inform arg
        -inform DER 使用输入文件格式为 DER
        -inform PEM 使用输入文件格式为 PEM
    args2 输出文件格式:-outform arg
        -outform DER 使用输出文件格式为 DER
        -outform PEM 使用输出文件格式为 PEM
    args3 是待处理 X509 证书文件
        -in inputfilepath
    args4 待输出 X509 证书文件
        -out outputfilepath
    args5 表明输入文件是一个“请求签发证书文件（CSR）”，等待进行签发
        -req
    args6 签名证书的有效时间  
        -days // -days 3650 有效期 10 年
    args7 指定用于签发请求证书的根 CA 证书
        -CA arg
    args8 根 CA 证书格式（默认是 PEM）
        -CAform arg
    args9 指定用于签发请求证书的 CA 私钥证书文件
        -CAkey arg
    args10 指定根 CA 私钥证书文件格式（默认为 PEM 格式）
        -CAkeyform arg
    args11 指定序列号文件（serial number file）
        -CAserial arg
    args12 如果序列号文件（serial number file）没有指定，则自动创建它
        -CAcreateserial
    args12 设置 HASH 算法-[digest]，指定对创建请求时提供的申请者信息进行数字签名时指定的 hash 算法
        -md5
        -sha1 // 高版本浏览器开始不信任这种算法
        -md2
        -mdc2
        -md4

使用根 CA 证书 ca.crt 和私钥 ca.key 对“请求签发证书” server.csr 进行签发，生成 x509 格式证书：openssl x509 -req -days 3650 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out serverx509.crt

2. 具体使用

2.1 生成 RSA 秘钥对

使用 genrsa 生成 RSA 秘钥对：openssl genrsa -out server.key 2048

2.2 生成身份证申请

使用 req 命令，以之前的 server.key 为输入，生成一个身份证申请（CSR）文件：openssl req -nodes -new -key server.key -subj "/CN=localhost" -out server.csr
CSR 的公钥从 server.key 中提取，域名是 localhost
如果启动 https 服务，使用这个 CSR 签署的 CRT，客户端必须访问 localhost 才能访问到这个 HTTPS 服务
关于配置多个域名和 IP 的 CSR，后面会介绍

2.3 生成数字证书

使用 x509 使用指定私钥 server,key 签署 server.csr，输出数字证书（ CRT）：openssl x509 -req -sha256 -days 365 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt
此处使用自身的私钥签署 CSR

2.4 HTTPS 验证

生成证书后，我们可以编写一个 Golang 的 https 服务验证刚刚生成的证书
服务端代码如下：

package main

import (
    "io"
    "log"
    "net/http"
)

func main() {
    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        io.WriteString(w, "hello, world!\n")
    })
    if e := http.ListenAndServeTLS("0.0.0.0:5200", "/home/ao/Documents/certs/review/server.crt",
        "/home/ao/Documents/certs/review/server.key", nil); e != nil {
        log.Fatal("ListenAndServe: ", e)
    }
    //if e := http.ListenAndServe("0.0.0.0:5200", nil); e != nil {
    //    log.Fatal("ListenAndServe: ", e)
    //}
}

View Code

客户端代码如下：

package main

import (
    "crypto/tls"
    "crypto/x509"
    "io"
    "io/ioutil"
    "log"
    "net/http"
    "os"
)

func loadCA(caFile string) *x509.CertPool {
    pool := x509.NewCertPool()

    ca, err := ioutil.ReadFile(caFile)
    if err != nil {
        log.Fatal("ReadFile: ", err)
    }
    pool.AppendCertsFromPEM(ca)
    return pool
}

func main() {
    //c := &http.Client{
    //    Transport: &http.Transport{
    //        TLSClientConfig: &tls.Config{InsecureSkipVerify: true},
    //    }}
    c := &http.Client{
        Transport: &http.Transport{
            TLSClientConfig: &tls.Config{RootCAs: loadCA("/home/ao/Documents/certs/review/server.crt")},
        }}

    resp, err := c.Get("https://localhost:5200")
    if err != nil {
        log.Fatal("http.Client.Get: ", err)
    }

    defer resp.Body.Close()
    io.Copy(os.Stdout, resp.Body)
}

View Code

启动服务端：go run server.go
启动客户端：go run client.go

$ go run client.go 
hello, world!

改变客户端请求域名为 127.0.0.1 时，客户端结果如下：

$ go run client.go
2019/09/30 15:11:41 http.Client.Get: Get https://127.0.0.1:5200: x509: cannot validate certificate for 127.0.0.1 because it doesn't contain any IP SANs
exit status 1

服务端输出如下：

2019/09/30 15:11:41 http: TLS handshake error from 127.0.0.1:33596: remote error: tls: bad certificate

若客户端保持 127.0.0.1 不变，改变 http.Transport 的 TLSClientConfig 为 insecure 配置时，可以正常返回：

$ go run client.go
2019/09/30 15:11:41 http.Client.Get: Get https://127.0.0.1:5200: x509: cannot validate certificate for 127.0.0.1 because it doesn't contain any IP SANs
exit status 1

此时就像浏览器保持信任网站证书，继续选择浏览的动作是一样的

2.5 配置域名为 IP

上述我们使用 localhost，作为 CSR 里的域名，导致请求时必须使用域名
若我们使用本地 IP 作为域名呢：openssl req -nodes -new -key server.key -subj "/CN=127.0.0.1" -out server.csr
此时客户端请求 https://127.0.0.1:5200 返回：

$ go run client.go
2019/09/30 15:19:24 http.Client.Get: Get https://127.0.0.1:5200: x509: cannot validate certificate for 127.0.0.1 because it doesn't contain any IP SANs
exit status 1

启用 insecure 时正常返回
此处说明，我们不能简单通过 -subj "/CN=[IP]" 实现 CSR 中包含域名
重新生成 CSR 和 CRT

$ openssl genrsa -out server.key 2048
$ echo subjectAltName = IP:127.0.0.1 > extfile.cnf
$ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -in server.csr -signkey server.key -extfile extfile.cnf -out server.crt

再次测试发现，请求 127.0.0.1 时可以了

2.6 不使用自签名证书

上述我们使用自签名证书，下面我们尝试模拟一个 CA 签署证书：
首先生成 CA 的秘钥和自签名证书，中间不生成 CSR：

$ openssl genrsa -out ca.key 2048
$ openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -days 10000 -out ca.crt -subj "/CN=localhost.ca.com"

生成私钥、证书，并使用 CA 签名：

$ openssl genrsa -out server.key 2048
$ openssl req -new -key server.key -subj "/CN=127.0.0.1" -out server.csr
$ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -extfile extfile.cnf

经测试，正确

2.7 CSR 配置多个域名和 IP

上述提到 -subj 配置域名只能指定单个域名或者 IP
下面介绍一下多域名 CSR 配置
新增一个配置文件：

[req]
distinguished_name = req_distinguished_name
req_extensions = v3_req

[req_distinguished_name]
countryName = CN
countryName_default = CN
stateOrProvinceName = Beijing
stateOrProvinceName_default = Beijing
localityName = Beijing 
localityName_default = Beijing
organizationName = WangAo
organizationName_default = WangAo
organizationalUnitName = Dev 
organizationalUnitName_default = Dev 
commonName = test.openssl.com
commonName_default = test.openssl.com
commonName_max = 64

[v3_req]
basicConstraints = CA:TRUE
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1 = test.openssl.com
IP.1 = 127.0.0.1
IP.2 = 10.0.2.15

我们为服务制定了一个域名两个 IP，地址
下面利用之前的 CA，重新签署数字证书：

$  openssl genrsa -out server.key 2048
$  openssl req -nodes -new -key server.key -out server.csr -subj "/CN=test.openssl.com"
$ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -extensions v3_req -extfile openssl.cnf

CA 签署数字证书时制定了 -extensions 和 -extfile
分别向 127.0.0.1、10.0.2.15 和 test.openssl.com 请求，均可以成功

3. 小结

本篇内容介绍了 OpenSSL 基本使用和生成数字证书的方式以及验证证书的程序编写
欢迎各位批评指正

Golang（十一）TLS 相关知识（二）OpenSSL 生成证书

0. 前言

1. OpenSSL 简介

1.1 指令

1.1.1 genrsa

1.1.2 req

1.1.3 x509

2. 具体使用

2.1 生成 RSA 秘钥对

2.2 生成身份证申请

2.3 生成数字证书

2.4 HTTPS 验证

2.5 配置域名为 IP

2.6 不使用自签名证书

2.7 CSR 配置多个域名和 IP

3. 小结

3. 参考文献

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