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HTTPS心得笔记之OpenSSL生成root CA及签发证书

[日期:2018-11-08] 来源:Linux社区  作者:loleina [字体: ]

        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(linux CentOS7 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。

Linux公社的RSS地址https://www.linuxidc.com/rssFeed.aspx

本文永久更新链接地址https://www.linuxidc.com/Linux/2018-11/155256.htm

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