【安全贴士】证书操作工具OpenSSL

发表于 2020-05-23 分类于网络安全

环境配置

1.修改openssl配置文件

通过vi编辑文件/etc/pki/tls/openssl.cnf，更新内容如下，有的部分是更新，有的是增加。

[ CA_default ]
req_extensions = v3_req

[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth

[ v3_server_client ]
basicConstraints        = critical, CA:FALSE
subjectKeyIdentifier    = hash
authorityKeyIdentifier  = keyid:always, issuer:always
keyUsage                = critical, nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment, keyAgreement
extendedKeyUsage        = critical, serverAuth, clientAuth
crlDistributionPoints   = URI:https://example.com/xxx.crl

[ v3_sign ]
basicConstraints        = critical, CA:FALSE
subjectKeyIdentifier    = hash
authorityKeyIdentifier  = keyid:always, issuer:always
keyUsage                = critical, digitalSignature
extendedKeyUsage        = critical, codeSigning

[ v3_ca ]
basicConstraints = critical, CA:true
subjectKeyIdentifier=hash
authorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer
keyUsage = critical, cRLSign, digitalSignature, keyCertSign
crlDistributionPoints=URI:https://example.com/root.crl

[ crl_ext ]
authorityKeyIdentifier=keyid:always, issuer:always

**强烈提醒：**如果是要做客户端证书认证，证书类型一定要选v3_server_client

X.509 v3证书定义的扩展为用户或公钥以及在CA间的管理提供了额外的功能。X.509 v3证书的格式允许组织使用私有的扩展。证书中的扩展被定义为critical或non-critical。一个使用证书的系统在接收到设置为critical但无法识别或无法处理的证书时，必须拒绝处理该证书。一个non-critical的证书在无法识别时可能会被忽略。

约束1：主机已经安装了OpenSSL，版本号1.0.2
约束2：生成CA根证书前，请提前规划以下环境配置参数。

export root_key_password=123456;   #CA根私钥口令
export root_p12_password=123456;   #CA根证书库PKCS12口令
export server_key_password=123456; #服务证书私钥口令
export server_p12_password=123456; #服务证书库PKCS12口令
export sign_key_password=123456;   #签名证书私钥口令

2.初始化文件

CA_WORK_DIR=/etc/pki/CA
cd ${CA_WORK_DIR}
mkdir csr/ certs/ private/   #创建证书请求、证书、私钥文件夹
touch index.txt              #生成证书索引数据库文件
touch crlnumber              #吊销序列号文件

生成CA根证书

3.创建CA根私钥并指定加密密钥(PKCS8格式) 推荐做法是不要在命令行里面写密码，提示密码输入更佳。

1	(umask 077; openssl genrsa -aes256 -passout pass:${root_key_password} -out private/root.key 3072)

4.生成自签名X509 V3 CA根证书 req是证书请求的子命令，-x509表示输出证书，-days365 为有效期，此后根据提示输入证书拥有者信息。

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openssl req -x509 -days 3650 -sha256 -extensions v3_ca -key private/root.key -passin pass:${root_key_password} -out root.crt \
-subj "/C=CN/ST=SX/L=XA/O=xncoding/OU=GTS/CN=ca.xncoding.com/emailAddress=ca@xncoding.com"

DN字段名	缩写	说明	填写要求
Country Name	C	证书持有者所在国家	必填。要求填写国家代码，用2个字母表示
State or Province Name	ST	证书持有者所在州或省份	可省略不填，填写全称
Locality Name	L	证书持有者所在城市	可省略不填
Organization Name	O	证书持有者所属组织或公司	可省略不填
Organizational Unit Name	OU	证书持有者所属部门	可省略不填
Common Name	CN	证书持有者的通用名	必填。对于非应用证书，它应该在一定程度上具有惟一性；对于应用证书，一般填写服务器域名或通配符样式的域名。
Email Address	emailAddress	证书持有者的通信邮箱	可省略不填

5.查看证书内容

查看证书内容，下面的-text参数也可以是-text|issuer|subject|serial|dates

1	openssl x509 -in root.crt -noout -text

6.证书格式转换

#转换可以将一种类型的编码证书存入另一种。（即PEM到DER转换）
openssl x509 -in cert.crt -outform der-out cert.der
# DER到PEM
openssl x509 -in cert.crt -inform der -outform pem -out cert.pem

7.仅导出根证书为PKCS12信任证书库（无私钥）

为了安全起见，给客户端使用的都应该是这种不带私钥的信任证书库。

1	openssl pkcs12 -export -nokeys -out root.p12 -in root.crt -certfile root.crt -passout pass:${root_p12_password} -certpbe AES-256-CBC

8.查看证书库的详情

1	openssl pkcs12 -info -in root.p12 -nodes -passin pass:${root_p12_password}

签发服务证书

9.生成Server私钥

生成RSA私钥(使用aes256加密)

1	(umask 077; openssl genrsa -aes256 -passout pass:${server_key_password} -out private/server.key 3072)

从私钥导出公钥文件（可选）

1	openssl rsa -in private/server.key -passin pass:${server_key_password} -pubout -out server.pub

10.生成Server证书请求

使用RSA私钥生成CSR签名请求

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openssl req -new -extensions v3_server_client -key private/server.key -passin pass:${server_key_password} -out csr/server.csr \
-subj "/C=CN/ST=SX/L=XA/O=xncoding/OU=DC/CN=testserver/emailAddress=test@xncoding.com" \
-config /etc/pki/tls/openssl.cnf

11.生成服务的X509证书

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openssl x509 -req -extensions v3_server_client -days 3650 -sha256 -CAcreateserial -CA root.crt \
-CAkey private/root.key -passin pass:${root_key_password} -in csr/server.csr -out certs/server.crt \
-extfile /etc/pki/tls/openssl.cnf

注-CAcreateserial会在本地创建一个cacert.srl文件，此后会依据这个文件中的序列号对证书进行序列号递增。

12.利用CA根证书校验证书

1	openssl verify -verbose -CAfile root.crt certs/server.crt

备注：如果有中间证书，则root.crt就是CA证书链，也就是需要把中间CA证书放到root.crt中，server.crt不需要证书链。

13.查询证书序列号

1	openssl x509 -in certs/server.crt -noout -serial \| awk -F= '{print $2}'

查询出来的结果应该跟root.srl中的内容一样。

14.导出服务证书为PKCS12证书链

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# 导出包含根证书的证书链
openssl pkcs12 -export -inkey private/server.key -passin pass:${server_key_password} \
-in certs/server.crt -chain -CAfile root.crt -out certs/server.p12 -password pass:${server_p12_password}

对于有二级CA的场景，需要将二级CA加入到证书链中。

# 先生成CA证书链
cat middle.crt root.crt > chain.crt
openssl pkcs12 -export -inkey private/server.key -passin pass:${server_key_password} \
-in certs/server.crt -chain -CAfile chain.crt -out certs/server.p12 -password pass:${server_p12_password}

15.直接拼接证书为证书链

1	cat certs/server.crt root.crt > certs/server_chain.crt

对于有二级CA的场景，需要将二级CA加入到证书链中。

1	cat certs/server.crt middle.crt root.crt > certs/server_chain.crt

证书吊销

16.获取到需要吊销的证书序列号

1	openssl x509 -in certs/server.crt -noout -serial -subject

结果显示

1 2	serial=85E94566A3335C975 subject= /C=CN/ST=SX/L=XA/O=xncoding/OU=DC/CN=testserver/emailAddress=test@xncoding.com

17.执行吊销命令

检查确认后，的确是要被吊销的证书，则执行吊销命令。

1 2	openssl ca -revoke certs/server.crt -keyfile private/root.key -passin pass:${root_key_password} \ -cert root.crt -config /etc/pki/tls/openssl.cnf

18.更新吊销列表

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echo "85E94566A3335C975" > crlnumber #这个只需要在第一次更新证书吊销列表前，才需要执行
openssl ca -gencrl -keyfile private/root.key -passin pass:${root_key_password} \
-cert root.crt -out crl/crl.crt -config /etc/pki/tls/openssl.cnf

19.查看吊销列表：

# 如果CRL是DER格式的，则需要先转换成PEM格式
openssl crl -in xxx.der -inform der -outform pem -out xxx.crl
openssl crl -in crl/crl.crt -noout -text
openssl crl -in crl/crl.crt -noout -nextupdate
openssl crl -in crl/crl.crt -noout -text | grep "Serial Number:" | awk 'BEGIN{FS=": "} {print $2}'
# 或者一个管道命令搞定
openssl crl -in xxx.der -inform der -outform pem | openssl crl -noout -text

证书导入/导出

20.导出PKCS12证书

-export表示导出PKCS12证书，-inkey 指定了私钥文件，-passin 为私钥口令(nodes为无加密)，-password指定p12文件口令(导入导出)

1 2	openssl pkcs12 -export -inkey private/server.key -passin pass:${server_key_password} \ -in server.crt -password pass:${server_p12_password} -out certs/server.p12

导出待证书链的PKCS12格式证书

1 2	openssl pkcs12 -export -inkey private/server.key -passin pass:${server_key_password} \ -in certs/server.crt -chain -CAfile root.crt -out certs/server.p12 -password pass:${server_p12_password}

21.PKCS12格式中的证书提取

#提取PEM文件(含私钥)
openssl pkcs12 -in server.p12 -password pass:${server_p12_password} -passout pass:${server_key_password} -out server.key
#仅提取私钥
openssl pkcs12 -in server.p12 -password pass:${server_p12_password} -passout pass:${server_key_password} -nocerts -out server.key
#检查私钥
openssl rsa -in server.key -check
#解密私钥key变成明文
openssl rsa -in server.key -out server.key
#仅提取证书(所有证书)
openssl pkcs12 -in server.p12 -password pass:${server_p12_password} -nokeys -out server.crt
#仅提取ca证书
openssl pkcs12 -in server-all.p12 -password pass:${server_p12_password} -nokeys -cacerts -out cacert.crt
#仅提取server证书
openssl pkcs12 -in server-all.p12 -password pass:${server_p12_password} -nokeys -clcerts -out server.crt

22.查看证书库中的内容

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openssl pkcs12 -in certs/server.p12 -nodes -passin pass:${server_p12_password}
openssl pkcs12 -in certs/server.p12 -nodes -passin pass:${server_p12_password} | openssl x509 -noout -text
openssl pkcs12 -in certs/server.p12 -password pass:${server_p12_password} -nokeys | openssl x509 -noout -enddate

演示root.12校验server.p12

# 先提取出server.crt
openssl pkcs12 -nokeys -clcerts -in server.p12 -password pass:${server_p12_password} -out server.crt
# 然后提取出root.crt
openssl pkcs12 -nokeys -clcerts -in root.p12 -password pass:${root_p12_password} -out root.crt
# 使用root.crt校验server.crt
openssl verify -CAfile root.crt server.crt

默认证书的加密算法安全问题

默认的PKCS12和KeyStore算法都很旧了，需要升级到安全的算法。参考https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-8228481。经测试，在OpenJDK 15版本上面修改配置后是可以的，也就是通过KeyTool工具来生成信任库即可。预计等下个补丁版发布，所有的版本都默认支持了。

使用openssl查询服务端的证书链信息

1 2	openssl s_client -showcerts -connect HostIP:443 openssl s_client -showcerts -connect HostIP:443 </dev/null 2>/dev/null\|openssl x509 -outform PEM >ca.crt