HTTPS心得筆記之OpenSSL生成root CA及簽發證書
在https學習筆記二，已經弄清了數字證書的概念,組成和在https連線過程中，客戶端是如何驗證伺服器端的證書的。這一章，主要介紹下如何使用openssl庫來建立key file，以及生成root CA及簽發子證書。學習主要參考官方文件： ofollow,noindex" target="_blank">https://www.feistyduck.com/library/openssl-cookbook/online/ch-openssl.html #
一、openssl 簡介
openssl 是目前最流行的 SSL 密碼庫工具，其提供了一個通用、健壯、功能完備的工具套件，用以支援SSL/TLS 協議的實現。官網： https://www.openssl.org/source/ ，其中有3個主要的用途：1、密碼演算法庫（建立 RSA、DH、DSA key 引數，計算訊息摘要，使用各種 Cipher加密/解密） 2、金鑰和證書封裝管理功能（建立 X.509 證書、證書籤名請求(CSR)和CRLs(證書回收列表)）；3、SSL通訊API介面（SSL/TLS 客戶端以及伺服器的測試，處理S/MIME 或者加密郵件）。
二、安裝openssl（linuxCentOS7 32位）
如果使用的是unix作業系統，可能安裝系統的時候，這個庫就已經有且存在了。但是在使用前，需要注意下當前openssl的庫的版本。
openssl version
OpenSSL 1.0.1 14 Mar 2012
因為版本1.0.1是一個很重要的風水嶺版本。因為1.0.1是第一個支援TLS1.1和1.2的版本。支援新的協議。作業系統的選擇也很重要，比如Ubuntu 12.04 LTS，客戶端不支援SSL2。這裡安裝以CentOS7系統為例：
A、 下載openssl庫檔案： https://www.openssl.org/source/
B、將下載的壓縮包放在根目錄下，解壓縮，進入解壓縮檔案（得到openssl-openssl-1.0.0資料夾）cd openssl-1.0.0
C、編譯前配置openssl，執行命令：./config --prefix=/usr/local/openssl，其中 ( --prefix )引數為欲安裝之目錄，也就是安裝後的檔案會出現在該目錄下。
D、編譯openssl，執行命令： make install
小插曲：安裝openssl報錯
1、問題描述：安裝完成，檢視版本資訊的時候報錯了，缺少一個庫檔案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、解決方法：有依賴沒裝libssl。在/etc/ld.so.conf檔案中寫入openssl庫檔案的搜尋路徑，使用修改後的conf生效即可：
echo "/usr/local/lib64" >> /etc/ld.so.conf
ldconfig -v
三、使用openssl生成RSA金鑰對
使用openssl的私鑰產生公鑰前，需要了解以下幾點：
1、key演算法：openssl 支援生成RSA，DSA，ECDSA的金鑰對，但是RSA是目前使用最普遍的。
2、Key長度：RSA的2048是公認較比較安全的key長度。
3、密碼（Passphrase）：在key上使用密碼是一個可選值，但是一般都是強烈建議的（官網這樣寫的，實際專案中很多都沒有設定口令），這樣每次使用key檔案時，都需要輸入這個密碼才能使用，增強了其安全性，但是隨之而來的易用性也會變差。
使用genrsa命令來生成RSA key（ 產生DSA其他演算法的key檔案，可以直接參考學習官網教程，在此處以常用的為例），2步驟能完成：
A、生成私鑰：
使用命令：openssl genrsa -aes128 -out fd.key 2048 。以下輸入了為這個key值設定了密碼，且密碼使用aes128加密儲存。
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: ****************
這個key檔案就是私鑰檔案。可以檢視下檔案內容：
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、生成公鑰：
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: ****************
檢視這個key檔案，就是公鑰：
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、獲取權威機構頒發證書步驟
獲取權威機構頒發的證書，需要先得到私鑰的key檔案（.key），然後使用私鑰的key檔案生成sign req 檔案（.csr），最後把csr檔案發給權威機構，等待權威機構認證，認證成功後，會返回證書檔案（.crt）。
A：生成私鑰key。
與第二節使用openssl生成RSA金鑰對的步驟A一致。使用命令：openssl genrsa -aes128 -out fd.key 2048
B：私鑰的key檔案生成sign req 檔案（.csr）
生成csr檔案時，需要填寫一些關於待籤人或者公司的一些資訊，比如國家名，省份名，組織機構名，主機名，email名，有些資訊可以不填寫，使用.標識。
使用命令：openssl req -new -key fd.key -out fd.csr。過程如下：
$ 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 []:[email protected]
Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:
An optional company name []:
C、把csr檔案發給權威機構，等待權威機構認證，交費獲取證書即可。
四、OpenSSL生成root CA及簽發證書
有時候，使用SSL協議是自己內部伺服器使用的，這時可以不必去找第三方權威的CA機構做證書，可以做自簽證書（自己建立root CA（非權威））主要有以下三個步驟。
A：建立openssl.cnf在使用default-ca時需要使用的SSL的工作目錄（第一次必須要設定）。
1、檢視openssl的配置檔案：
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"的配置檔案openssl.cnf
根據配置檔案下的[ CA_default ]節點預設值，建立對應資料夾和檔案。
按順序在/etc/pki/CA下執行以下命令建立資料夾和檔案：
Line"/>
其中，certs：存放已頒發的證書；newcerts：存放CA指令生成的新證書；private：存放私鑰；crl：存放已吊銷的整數；index.txt：penSSL定義的已簽發證書的文字資料庫檔案，這個檔案通常在初始化的時候是空的；serial：證書籤發時使用的序列號參考檔案，該檔案的序列號是以16進位制格式進行存放的，該檔案必須提供並且包含一個有效的序列號。
執行完後，當前目錄為：
[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：使用自簽證書籤名使用者證書時報錯，檔案不存在
1、問題描述：
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、問題解決：
如果不設定工作目錄，後續第三步的最後一小步，使用openssl的ca命令產生使用者的ca證書時會報錯，創��openssl.cnf在使用default-ca時需要使用的SSL的工作目錄即可。
B：生成CA根證書（root ca證書）。
步驟：生成CA私鑰（.key）-->生成CA證書請求（.csr）-->自簽名得到根證書（.crt）（CA給自已頒發的證書）。
# 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 根證書） ---> ca.crt
openssl x509 -req -days 365 -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt
小插曲：直接根據key檔案獲取CA根證書的命令
方法：在得到key檔案後，執行以下命令：
openssl req -new -x509 -days 365 -key fd.key -out fd.crt
如果不想填寫那些註冊資訊，執行以下命令：
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：用自籤根證書 ca.crt 給使用者證書籤名。
步驟：生成私鑰（.key）-->生成證書請求（.csr）-->用CA根證書籤名得到證書（.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根證書籤名時報錯，The mandatory stateOrProvinceName field was missing
1、問題描述：
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、出現原因：openssl.cnf中CA policy有三個match，必須要填一樣的，或者改成optional
3、解決方法：修改配置檔案，修改後為：
# For the CA policy
[ policy_match ]
countryName = optional
stateOrProvinceName = optional
organizationName = optional
organizationalUnitName = optional
commonName = supplied
emailAddress = optional
D：證書的簡單使用。
把server.crt以及server.key儲存在伺服器端等待程式載入使用；把ca.key儲存在客戶端，如果客戶端需要驗證伺服器端發的證書時使用。
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