使用OpenSSL实现CA证书的搭建过程

时间：2017-09-14 11:53:29 阅读：334 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

什么是CA

CA,Catificate Authority,通俗的理解就是一种认证机制。它的作用就是提供证书（也就是服务端证书，由域名，公司信息，序列号，签名信息等等组成）来加强客户端与服务器端访问信息的安全性，同时提供证书的发放等相关工作。国内的大部分互联网公司都在国际CA机构申请了CA证书，并且在用户进行访问的时候，对用户的信息加密，保障了用户的信息安全。理论上来说，任何组织或者个人都可以扮演CA的角色，只不过，难以得到客户端的信任，不能推而广之，最典型应用莫过于12306网站，这个网站就是自己给自己颁发的根证书。
目前能够让浏览器默认支持的CA大厂有很多，Windows 操作系统在安装之初，也默认安装了很多受信任的根证书。可以通过控制面板–Internet选项来进行查看。

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SSL/TLS

SSL/TLS是网络通信过程中非常重要的两个协议。互联网的通信安全就建立在SSL/TLS协议基础之上。他们通过一系列的加密行为保障了通信的安全，是如今互联网通信最主要的应用之一。

SSL/TLS是一个很大的互联网应用，关于他们的介绍互联网上有很多，我们暂时不做详细的介绍。关于SSL/TLS通信的过程大致可以用下面的这张图来进行描述。

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OpenSSL

OpenSSL是一套开源软件，在Linux中可以很容易的安装。它能够很容易的完成密钥生成以及证书管理。我们接下来就利用OpenSSL搭建CA证书，并实现证书的申请与分发。

OpenSSL实现CA证书的搭建

实验环境的准备
CA的配置介绍
创建所需要的文件
CA 自签名证书
颁发证书
查看证书状态
证书吊销

实验环境的准备

首先我们应该准备三个虚拟机，他们分别用来表示根CA证书机构，以及子CA证书机构，和证书申请用户。那么问题来了，用户向子CA证书机构申请证书，子CA机构向根CA机构申请授权，根CA是如何取得证书的呢？答案是根CA自己给自己颁发的证书。实验环境的拓扑结构如下图所示。

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CA配置介绍

要手动创建CA证书，就必须首先了解，OpenSSL中关于CA的配置，配置文件位于下面的/etc/pki/tls/openssl.cnf

####################################################################[ ca ]default_ca= CA_default		#默认CA####################################################################[ CA_default ]dir=/etc/pki/CA		# CA的工作目录这里其实是定义了一个变量certs= $dir/certs		# 证书存储路径crl_dir= $dir/crl		# 证书吊销列表database= $dir/index.txt	# 证书数据库列表new_certs_dir= $dir/newcerts		#新的证书路径certificate	= $dir/cacert.pem 	# CA自己的证书serial= $dir/serial 		#下一个证书的编号，十六进制，默认00crlnumber= $dir/crlnumber	#下一个要被吊销的证书编号，十六进制，默认00crl	= $dir/crl.pem 		# The current CRLprivate_key	= $dir/private/cakey.pem # CA 的私钥RANDFILE= $dir/private/.rand	# private random number filex509_extensions	= usr_cert		# The extentions to add to the cert# Comment out the following two lines for the "traditional"# (and highly broken) format.name_opt = ca_default		# 命名方式cert_opt = ca_default		# CA的选项# Extension copying option: use with caution.# copy_extensions = copy# Extensions to add to a CRL. Note: Netscape communicator chokes on V2 CRLs# so this is commented out by default to leave a V1 CRL.# crlnumber must also be commented out to leave a V1 CRL.# crl_extensions= crl_extdefault_days= 365			# 默认证书的有效期限default_crl_days= 30			# how long before next CRLdefault_md= default		# use public key default MDpreserve= no			# keep passed DN ordering# A few difference way of specifying how similar the request should look# For type CA, the listed attributes must be the same, and the optional# and supplied fields are just that :-)policy= policy_match  	#策略
								#这里记录的是 将来CA在搭建的时候，以及客户端申请证书的时候，
								需要提交的信息的匹配程度。# For the CA policy[ policy_match ]				# match意味着CA以及子CA必须一致countryName	= match				# 国家stateOrProvinceName= match		# 州或者省organizationName= match			#组织公司organizationalUnitName	= optionalcommonName= suppliedemailAddress= optional# For the ‘anything‘ policy# At this point in time, you must list all acceptable ‘object‘# types.[ policy_anything ]				#可以对外提供证书申请，这时，证书的匹配就可以不用那么严格countryName	= optional
stateOrProvinceName	= optionallocalityName= optionalorganizationName= optional
organizationalUnitName	= optional
commonName	= suppliedemailAddress= optional

创建所需要的文件

这里有一点需要注意，我们的实验环境中包含了三个主机，其中两个的角色是作为CA认证机构存在的，所以创建所需要的文件的时候，主机A和主机B都需要创建。如果不提前创建这两个文件，那么在生成证书的过程中会出现错误。我们将文件创建在配置文件中指定的路径下面。
生成证书索引数据库文件 touch /etc/pki/CA/index.txt
指定第一个颁发证书的序列号 echo 01 > /etc/pki/CA/serial

CA 自签名证书(构造根CA)

首先构造根CA的证书。因为没有任何机构能够给根CA颁发证书，所以只能根CA自己给自己颁发证书。

首先生成私钥文件

私钥文件是非常重要的文件，除了自己本身以外，其他任何人都不能取得。所以在生成私钥文件的同时最好修改该文件的权限，并且采用加密的形式进行生成。

# 执行命令生成私钥文件。# 采用了des3的方式对私钥文件进行了加密# 同时临时指定了umask ，使得生成的私钥文件只对自己具有读写权限。[root@localhost ~]#(umask 066;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem -des3 2048 )Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
...............+++
.......................................+++
e is 65537 (0x10001)Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/cakey.pem:			#这里需要输入密码Verifying - Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/cakey.pem:		#这里确认密码#  查看一个生成的私钥文件，就会发现已经被加密了[root@localhost ~]#cat /etc/pki/CA/private/cakey.pem
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
Proc-Type: 4,ENCRYPTED
DEK-Info: DES-EDE3-CBC,A4FB61EACD1544F2
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-----END RSA PRIVATE KEY-----

生成自签名证书

私钥文件是非常重要的文件，除了自己本身以外，其他任何人都不能取得。所以在生成私钥文件的同时最好修改该文件的权限，并且采用加密的形式进行生成。

# 调用命令生成一个签名证书# 生成证书的过程中需要输入之前设定的私钥的密码# -new: 生成新证书签署请求# -x509: 专用于CA生成自签证书# -key: 生成请求时用到的私钥文件# -days n：证书的有效期限# -out /PATH/TO/SOMECERTFILE: 证书的保存路径[root@localhost ~]#openssl req -new -x509 -key  /etc/pki/CA/private/cakey.pem -days 7300 -out  /etc/pki/CA/cacert.pem
Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/cakey.pem:
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) [XX]:CN
State or Province Name (full name) []:shandong
Locality Name (eg, city) [Default City]:qingdao
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:pojun.tech
Organizational Unit Name (eg, section) []:opt
Common Name (eg, your name or your server‘s hostname) []:ca.pojun.tech
Email Address []:

颁发证书

颁发证书这里我们将分成两个环节介绍，分别是子CA证书机构向根CA证书机构申请证书以及普通用户向子CA证书机构申请证书。

子CA证书机构向根CA申请证书

A 在需要使用证书的主机上生成证书请求

首先在B主机上生成私钥，这一个过程与前面根CA机构生成私钥的过程是一致的。

# 这次我们修改了私钥的长度# 并且没有采用加密的方式生成# 因为主机B是要作为子CA机构的形式存在，他也是一个CA，所以生成私钥的时候，就应该按照配置文件中指定的内容，生成cakey.pem[root@centos6 pki]$(umask 066; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 1024)Generating RSA private key, 1024 bit long modulus
......++++++
..............++++++
e is 65537 (0x10001)# 查看私钥文件可以发现，没有了加密的标识# 同时因为生成时指定了1024的长度，私钥的长度明显的变短了。[root@centos6 ~]$cat /etc/pki/CA/private/cakey.pem
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
MIICXgIBAAKBgQCxLyAKQCkysisrsuou6oJFJHs/Gk9L406x6sON1a2JX3516FJ2
·····中间省略······R1ogCVEZq36sgNYUwaT55gLKk5Ik5T6YQimy0bsvo5oQuw==-----END RSA PRIVATE KEY-----

利用私钥文件，生成证书申请文件。

# 其实这里的时间是没有必要指定的。# 因为证书的时间，是由颁发机构指定的，因此申请机构填写了时间也没用# 其中有些信息必须要与根证书的内容相同因为在根证书的openssl.cnf文件中已经指定。[root@centos6 tls]$openssl req -new -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem  -days 3650 -out /etc/pki/tls/subca.csr
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) [XX]:CN
State or Province Name (full name) []:shandong
Locality Name (eg, city) [Default City]:qingdao
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:pojun.tech
Organizational Unit Name (eg, section) []:opt
Common Name (eg, your name or your server‘s hostname) []:subca.pojun.tech     
Email Address []:

# 这里的两步 默认也可以不用填
Please enter the following ‘extra‘ attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:123456
An optional company name []:magedu.com

B 将证书的申请文件，传递给根CA

将前一步生成的证书的申请文件，传递给根CA机构

# 最好将申请文件，传输到指定的目录下，这样便于管理[root@centos6 tls]$scp /etc/pki/tls/subca.csr  172.18.253.127:/etc/pki/CA

C CA颁发证书

此时切换到根CA主机，生成证书

# 这里的时间必须要进行指定。这时证书颁发机构指定的证书的有效期。# [root@localhost CA]#openssl ca -in /etc/pki/CA/subca.csr -out /etc/pki/CA/certs/subca.crt -days 3650
Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf
Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/cakey.pem:
Check that the request matches the signature
Signature ok
Certificate Details:
        Serial Number: 1 (0x1)
        Validity
            Not Before: Sep 11 14:38:13 2017 GMT
            Not After : Sep 11 14:38:14 2018 GMT
        Subject:
            countryName               = CN
            stateOrProvinceName       = shandong
            organizationName          = pojun.tech
            organizationalUnitName    = opt
            commonName                = subca.pojun.tech
        X509v3 extensions:
            X509v3 Basic Constraints: 
                CA:FALSE
            Netscape Comment: 
                OpenSSL Generated Certificate
            X509v3 Subject Key Identifier: 
                DB:3E:9C:F4:F4:E9:42:15:00:E7:35:52:FE:04:9A:48:8C:BD:1A:1B
            X509v3 Authority Key Identifier: 
                keyid:01:17:F1:CB:91:4B:20:AD:C7:DF:13:05:A4:D8:83:B2:AB:75:D1:05

Certificate is to be certified until Sep 11 14:38:14 2018 GMT (3650 days)Sign the certificate? [y/n]:y


1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated#此时查看index.txt 文件中，会看到增加了一条新的记录。[root@localhost CA]#cat index.txt
V	180911143814Z		01	unknown	/C=CN/ST=shandong/O=pojun.tech/OU=opt/CN=subca.pojun.tech

D 将根CA生成的证书颁发给请求者

# 主机B是作为子CA机构存在的，所以证书文件，必须是cacert.pem，否则，子CA将不能够给其他用户颁发证书。[root@localhost CA]#scp  /etc/pki/CA/certs/subca.crt 172.18.250.114:/etc/pki/CA/cacert.pem

普通用户向子CA机构，申请证书

这一个过程，与子CA向根CA申请证书的过程是类似的。我们将命令的记录如下

#生成私钥文件# 因为是普通用户，所以生成的私钥文件应该与之前的cacert.pem 有所区别 [root@localhost ~]# (umask 066; openssl genrsa -out /etc/pki/tls/private/app.key 1024)#利用私钥文件，生成证书申请文件[root@localhost ~]# openssl req -new -key /etc/pki/tls/private/app.key  -out /etc/pki/tls/app.csr# 将证书申请文件发送给 子CA证书颁发机构[root@localhost ~]# scp /etc/pki/tls/app.csr  172.18.250.114:/etc/pki/CA# 切换到子CA证书颁发机构# 子CA证书颁发机构颁发证书[root@centos6 CA]$openssl ca -in /etc/pki/CA/app.csr -out /etc/pki/CA/certs/app.crt -days 365#将生成的证书传递给申请者[root@centos6 CA]$scp /etc/pki/CA/certs/app.crt  172.18.253.58:/etc/pki/CA/certs/

这样，正常的证书颁发流程就算是完成了。将我们生成的根证书，子CA证书以及普通用户证书导出到Windows系统中，并安装，然后我们就可以看到，整个证书路径了。如下图所示。

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查看证书状态

查看证书状态，使用下面这条命令，可以查看证书的内容以及颁发者的多种信息。

openssl x509 -in /etc/pki/CA/cacert.pem -noout -text|issuer|subject|serial|dates

-text   证书的内容
-issuer 证书颁发者的信息
-subject  证书主体的信息
-serial	 证书的序列号信息
-dates 查看证书的时间# 证书颁发者的信息[root@localhost ~]#openssl x509 -in /etc/pki/CA/cacert.pem -noout -issuerissuer= /C=CN/ST=shandong/L=qingdao/O=pojun.tech/OU=opt/CN=ca.pojun.tech# [root@localhost ~]#openssl x509 -in /etc/pki/CA/cacert.pem -noout -subjectsubject= /C=CN/ST=shandong/L=qingdao/O=pojun.tech/OU=opt/CN=ca.pojun.tech# 证书的有效时间[root@localhost ~]#openssl x509 -in /etc/pki/CA/cacert.pem -noout -datesnotBefore=Sep 11 13:43:42 2017 GMTnotAfter=Sep  6 13:43:42 2037 GMT#也可以根据index.txt 文件中的证书编号，进行查看状态[root@localhost ~]#openssl ca -status 01
Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf01=Valid (V)

吊销证书

这里我们将子CA的证书吊销掉。

A 首先在子CA主机上获取到要吊销的证书的serial

前面的例子中，我们的子CA证书的存放路径是 /etc/pki/CA/certs/subca.crt

[root@centos6 CA]$openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/subca.crt -noout -serial -subjectserial=01subject= /C=CN/ST=shandong/O=pojun.tech/OU=opt/CN=subca.pojun.tech

B 在根CA上根据客户提交的serial与subject信息，对比检验是否与index.txt文件中的信息一致，然后吊销证书

#进入到CA的路径下，查看文件目录[root@localhost CA]#pwd
/etc/pki/CA[root@localhost CA]#tree
.
├── cacert.pem
├── certs
│   └── subca.crt		# 这是直接颁发给子CA的证书文件├── crl
├── index.txt
├── index.txt.attr
├── index.txt.old
├── newcerts
│   └── 01.pem			#这个就是与子CA证书一致的Serial文件├── private
│   └── cakey.pem
├── serial
├── serial.old
└── subca.csr# 吊销子CA的证书 使用revoke 命令[root@localhost CA]#openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/01.pem 
Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf
Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/cakey.pem:
Revoking Certificate 01.
Data Base Updated

C 指定第一个吊销证书的编号

指定吊销证书的编号，只有在更新证书吊销列表之前，才需要操作

# 这条命令与生成证书时指定证书serial 号码的作用是一致的。# 就是说，指定下一个证书吊销时的编号。[root@localhost ~]#echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber[root@localhost ~]#cat /etc/pki/CA/crlnumber
01

D 更新证书吊销列表

前面指定了证书吊销列表编号之后，就可以来更新证书吊销列表了。

[root@localhost ~]#openssl ca -gencrl -out /etc/pki/CA/crl/crl.pem
Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf
Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/cakey.pem:   #这里提示输入密码

查看证书吊销列表的文件

[root@localhost ~]#openssl crl -in /etc/pki/CA/crl/crl.pem -noout -text
Certificate Revocation List (CRL):   #证书吊销列表
        Version 2 (0x1)
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: /C=CN/ST=shandong/L=qingdao/O=pojun.tech/OU=opt/CN=ca.pojun.tech
        Last Update: Sep 12 11:58:17 2017 GMT
        Next Update: Oct 12 11:58:17 2017 GMT
        CRL extensions:
            X509v3 CRL Number: 
                1
Revoked Certificates:					#这里的标识显示，证书已经被吊销了
    Serial Number: 01					#吊销的序列号
        Revocation Date: Sep 12 11:52:47 2017 GMT
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         b4:6e:f2:73:21:ed:c4:38:39:06:29:76:61:ac:d6:ee:a4:5d:
         e8:cb:7c:8b:f8:01:21:ba:bd:b2:46:fa:ea:bf:de:fa:6e:f6:
         85:d6:93:7c:81:b4:2d:d5:eb:c2:94:a3:6f:13:6d:f3:3f:48:
         56:85:72:96:cf:e0:ea:a9:0e:07:43:6d:62:2d:4d:e2:2e:b5:
         02:6a:27:7a:31:76:eb:4e:b1:d6:83:8b:d7:39:10:14:d6:94:
         77:4b:10:d8:24:46:95:1b:48:87:16:77:ce:8c:1b:54:2c:4d:
         ee:2f:24:13:10:62:30:32:74:9e:84:49:c9:dc:a9:fc:31:60:
         57:b5:43:7a:a3:09:75:60:1e:6a:f2:26:e9:54:37:2d:ce:0b:
         ac:b2:41:c2:d9:02:99:fc:a3:99:15:9c:10:a7:f4:be:08:83:
         23:ee:ef:74:83:ea:fd:f7:c9:e1:87:6f:9b:1d:c3:df:88:2d:
         79:2b:71:4b:9e:6f:ae:f9:08:d9:66:d4:f1:49:df:7e:89:99:
         06:a3:86:72:37:02:78:0f:16:e8:87:8a:61:5b:a3:ac:e2:46:
         38:ce:86:29:c9:c6:e5:8c:f8:25:2f:7e:d1:62:13:57:a3:a6:
         10:42:13:b9:e4:0b:fa:9f:f4:d0:95:9b:5d:9b:2d:38:7f:8d:
         ac:c0:e6:3f