keytool生成证书以及生成证书链

1. 基础

1.1. SSL

证书通常使用在SSL（Secure Sockets Layer安全套接字协议）传输协议中，用于实现端侧与服务侧的密钥交换。现在应该叫它"TLS"，但是由于习惯的原因，还是常叫它"SSL"。SSL使用场景最多的是在网站上，用它实现安全的HTTP传输。

HTTP协议传输是不加密内容的，这样，内容在传播的时候，就可能被人监听。在安全性要求较高的场景中，必须加密传输，比如，登录时传输密码的场景。

HTTPS就是带加密的HTTP协议，而HTTPS的加密传输是基于SSL实现的，使得，即使在网络传输中的某个节点别人监听，也不会泄露数据。SSL是在HTTP的下层实现加解密，加解密对用户和开发者来说，都是透明的。也就是说，在加密前，你的服务器是怎样实现的，加密后，不用做任何改变。

还有一个名词就是OpenSSL。简单地说，SSL是一种规范，而OpenSSL是SSL的一个实现，提供了一堆强大的工具，强大到90%我们都用不到。理论上来说，目前的技术水平很难破解SSL，但是SSL的实现却可能有漏洞，如著名的”心脏出血“。

1.2. 什么是证书

SSL中用到证书，那么证书是什么？

证书可以理解为一个包含了签发方信息、拥有者信息、公钥、由签发方私钥产生的签名等信息的文档，当然还包括其他一些信息。校验用户证书是否可信，实际上就是检验该证书是否由合法的机构签发的。校验时，通过该证书中的结构信息找到对应机构的证书，利用机构证书中的公钥去校验用户证书中的签名是否正确。

从上述校验方法可以看出，证书是否可信，是由其签发方证书来校验的，而机构的证书是否可信，是由上一层机构的证书来校验的，如此就形成一条证书链，最顶层机构的证书的就是常说的根证书。

在网站的场景中，网站产生密钥库，记录网站的公钥、私钥及其他一些信息；然后从机构申请证书。生成的证书中包括了公钥等信息，同时包括了证书链，用来发布给网站的用户。用户访问网站时，先下载网站证书，校验证书链，然后使用其中的公钥与网站交换密钥。

1.3. 证书的种类

一种是自签证书，另一种是由机构签发的证书。

自签证书，也就是颁发者是自己，使用自己的私钥来对证书的信息进行签名。根证书就是自签证书。客户端一般预置了知名机构的根证书，并且信任由这些根证书签发的证书。

颁发证书，就是通过这些机构签发证书，可能是根级机构，也可能是二级机构，使用机构的私钥来对证书的信息进行签名。

1.4. 证书的生成

可以通过openssl或者jdk提供的keytool来生成证书、以及证书对应的密钥库。本文使用keytool举例。理解了证书生成的过程后，可以很容易对应到openssl的生成方法。

1.5. 基本概念

随便搜一下TLS证书，会出现一大堆关键字：X.509、p12、pfx、pkcs、pem、csr、cer、crt、jks、crl等，如此繁杂，一下就让人想从入门到放弃。所以，先把这些关键词理一理。

1.5.1. X.509

X.509就是一个广泛应用的数字证书标准，简单来说就是定义了数字证书里面包含哪些字段、如何存储，可以参照RFC5280。协议中定义的参数都是采用DER编码(Distinguished Encoding Rules，X.690)。DER编码可以理解为一种TLV（Tag Length Value）格式编码。以一个实际的证书内容为例：

Certificate:

Data:

Version: 3 (0x2) //表示为X509 v3版本证书

Serial Number: 1 (0x1) //序列号，签发时需保证同一签发方的每个证书都唯一的Serial Number

Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption //签名算法，先计算SHA256摘要，再使用签发方私钥进行RSA加密

Issuer: C=CN,ST=JS, L=NJ, O=Dreamer, OU=Dreamer, CN=Dreamer //签发方DN(Distingushed Name)，见后续说明

Validity //证书有效期

Not Before: Jul 29 14:02:13 2018 GMT

Not After : Jul 26 14:02:13 2028 GMT

Subject: C=CN, ST=JS, O=Dreamer, OU=JM, CN=*.dreamer.com //证书拥有方DN(Distingushed Name)

Subject Public Key Info: //证书公钥信息

Public Key Algorithm: rsaEncryption

Public-Key: (1024 bit)

Modulus:

00:c5:b8:68:a2:9c:bd:11:0c:83:34:a2:97:a5:8e:

72:75:2a:bc:f4:75:fc:d0:a3:47:7d:e4:6b:4f:ed:

dd:79:7c:0f:ce:6e:e7:d2:7d:10:cd:e8:07:56:34:

58:e3:2b:2e:c9:e3:7f:ae:27:2d:f7:a3:17:6f:dd:

65:d7:f8:4f:d0:be:9c:3b:9b:ea:ed:86:d2:19:67:

81:60:53:64:c9:d1:be:17:7d:5d:7f:cc:58:1d:b6:

e1:51:0d:ba:32:ac:4d:73:a4:fc:8f:6a:79:f9:44:

25:03:b6:1c:3e:0f:e9:b8:36:b1:07:07:59:54:40:

d7:2c:52:ab:68:fe:ed:e2:6f

Exponent: 65537 (0x10001)

X509v3 extensions: //v3版本扩展信息

X509v3 Basic Constraints:

CA:FALSE //表示证书拥有方是否是CA机构，可签发证书，如为True，则还可添加一个pathLengthConstraint来显示签发链的长度

Netscape Comment:

OpenSSL Generated Certificate

X509v3 Subject Key Identifier: //证书拥有方密钥ID，CA: TRUE时需要加入此扩展

67:30:EE:FB:39:A4:92:56:9C:1A:E8:94:10:A4:3B:EA:EC:2E:04:9E

X509v3 Authority Key Identifier: //证书签发方对应的密钥ID，用于查找签发方公钥（特别是存在多个密钥时）

DirName:/C=CN/ST=JS/L=NJ/O=Dreamer/OU=Dreamer/CN=Dreamer

serial:A0:09:E3:A9:D2:C1:86:7C

X509v3 Subject Alternative Name: //证书拥有方的别名，用于多域名证书的签发

DNS:*.example.com, DNS:*.jm.com

Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption //签发机构对证书的签名信息

91:db:9b:0c:9b:6e:68:24:d3:2f:3a:67:b5:c0:6c:f0:c8:4c:

f8:87:86:93:eb:fc:dc:ef:dc:7b:2e:2c:0e:7b:52:23:4d:de:

d9:69:a8:ee:ae:aa:14:04:ca:1a:03:87:fe:11:60:fe:16:8f:

87:9d:9e:d0:3a:be:33:03:f6:25:8a:10:37:f8:90:9d:67:5c:

36:a6:1e:3c:59:d9:8f:eb:22:0e:f7:3c:7d:47:10:9b:0b:03:

f0:8c:70:b0:3c:40:c6:5d:cc:6b:ba:40:ce:89:04:c7:3c:be:

af:bd:1d:94:6b:83:39:29:74:de:12:fc:63:0d:0f:39:31:3b:

48:fd

除了注释中的说明外，还需要补充以下几点：

Subject和Issuer均为DN格式，常见格式为：C=国家,ST=省市, L=区县市, O=组织机构, OU=组织单位, CN=通用名称；
DN是证书链查找的关键，验证时会根据Issuer的DN去匹配机构的证书，具体的匹配方法是比较DN的数量以及各DN参数值；
DN中的CN通用名称一般为域名，如需支持子域名，例如server.com、bcd.server.com，可使用泛域名形式*.server.com；
Subject Alternative Name扩展字段可用于多域名证书。

1.5.2. 证书编码格式(DER&PEM)

X.509中说明证书各个字段编码均适用DER格式的编码，证书是一个二进制格式文件。

那PEM（Privacy Enhanced Mail）又是什么格式呢？按照网上普遍说法，X.509有DER和PEM两种编码格式，其实这种说法个人认为有些不妥，实际上这两种编码格式并不在一个层面上。前面说过DER是一种TLV格式的二进制编码协议，那PEM是否也类似呢？其实PEM并没有去理解X.509的内部参数，而是在X.509进行DER编码之后，对二进制数据做了一次BASE64编码，然后加上文件头尾，如下所示：

区分DER、PEM的方法很简单，打开有乱码的是DER格式，打开类似上面格式的就是PEM格式。通常而言，存放DER的文件扩展名为“.cer”，是二进制数据，而存放PEM的文件扩展名为“.crt”，是ASCII码的文本文件。

DER/PEM文件可以使用以下命令查看：

openssl x509 -in certificate.der -inform der -text -noout
openssl x509 -in certificate.pem -text -noout

1.5.3. 证书相关的扩展名

扩展名是比较容易误导人的地方，除了.der或.pem后缀外，还有以下常见后缀：

crt	应该是certificate的缩写，常见于*nix系统，大多是PEM编码，也可能是DER编码
cer	Certificate Signing Request，常见于Windows系统，大多是DER编码，也可能是PEM编码
key	用户存放密钥信息，可能是DER编码，也可能是PEM编码。可参照PKCS#1（RFC8017）查看其具体字段和定义；但密钥明文存储方式有危险，一般使用PKCS#8格式（RFC5958）加密存储，即设置一个提取密钥
csr	证书签发请求，其实与证书内容相似，但不包含签发方信息，签发方根据csr并添加自身的签发信息，从而生成证书文件，详情可参照(PKCS#10 RFC2314)
pfx/p12	将证书和私钥一并打包成一个文件，并且设置“提取密码”；【注意】PKCS12不支持设置密钥库条目密码，默认与密钥库密码一致
jks keystore truststore	jks（Java Key Storage）常见于JAVA相关应用，实际上和PKCS12类似，将证书和私钥一并打包并设置“提取密码”。至于keystore和truststore只是概念上的区别，keystore一般表示用户或服务器证书，而truststore一般表示CA证书

想要深入研究，可以看一下PKCS协议族，上述的key、csr、pfx/p12等都是该协议族中定义的扩展。

1.6. 查看证书

1.6.1. Windows

在开始菜单的运行中，输入certlm.msc管理本地计算机的证书，或certmgr.msc管理当前用户的证书。

1.6.2. Android

以荣耀为例，其他类型手机操作都类似。

在设置中搜索“证书”，可以找到“安装证书”与“受信任的凭据”。在受信任的凭据中可以看到“系统”与“当前用户”两类证书，两个列表中可以打开或关闭相应的证书。

在安装证书中可以安装自己的证书。这个操作难度较大，不推荐让用户自己操作。

2. 生成根证书

2.1. 生成根证书密钥库

根证书是一张自签名的证书，使用者和颁发者都是自己。使用下面的命令生成根证书的密钥库(如果不指定keystore文件路径，则默认存在用户目录下的.keystore中)，输入密钥库的密码，填写根证书的信息。

keytool -genkeypair -validity 36500 -keyalg RSA -keypass 123456 -storepass 123456 -alias rootca -keystore root.keystore

此命令使用RSA算法，，并保存到root.keystore中。

使用以下命令查看密钥库的信息，会发现发布者与所有者都是testroot：

keytool -list -keystore root.keystore -keypass 123456 -storepass 123456 -v

2.2. 从根证书密钥库导出根证书

导出证书：

keytool -exportcert -validity 36500 -alias rootca -file root.cer -keystore root.keystore -keypass 123456 -storepass 123456

查看证书：

3. 生成二级证书

3.1. 生成二级证书密钥库

二级证书需要由根证书签发。

首先使用keytool生成二级证书的密钥库，但是此时还是自签的，我们需要从中生成一个二级证书请求（其中包含了二级证书的公钥）；
然后将证书请求发送到rootca签发二级证书；
最后，我们将rootca签发的二级证书导入到证书密钥库中，完成二级证书的生成。
下面命令是生成二级证书密钥库，密钥库的名称为subca，此时仍是自签的，证书颁发者和使用者都是自已：

keytool -genkeypair -validity 36500 -keyalg RSA -keypass 123456 -storepass 123456 -alias subca -keystore sub.keysto

3.2. 从二级证书密钥库中生成证书请求

从二级CA密钥库中导出证书请求，下面是导出证书请求的命令，subca是上面生成的二级CA密钥库的名字，最终导出证书请求文件为subca.csr：

keytool -certreq -alias subca -file sub.csr -keystore sub.keystore -keypass 123456 -storepass 123456

3.3. 使用根证书签发证书

通过keytool工具的签发证书功能，使用rootca对二级证书请求（subca.csr）签发一张二级证书。命令如下，alias指定证书的颁发者，infile指定证书请求文件，outfile是二级证书的文件名：

keytool -gencert -validity 36500 -alias rootca -infile sub.csr -outfile sub.cer -keystore root.keystore -keypass 123456 -storepass 123456

3.4. 导入二级证书到密钥库中

因为本地生成的密钥库仍然是自签名的，此时需要将根证书签发的二级证书导入密钥库中，导入前需要先见自签名的根证书导入密钥库，这点非常重要，否则会报”无法从回复中建立链“，命令如下：

keytool -importcert -alias rootca -file root.cer -keystore sub.keystore -storepass 123456 -keypass 123456

然后，才能导入sub.cer到密钥库，alias subca就是之前用来生成密钥库或证书请求时用到的秘钥对别名：

keytool -importcert -alias subca -file sub.cer -keystore sub.keystore -storepass 123456 -keypass 123456

此时查看一下密钥库中的subca的秘钥对的证书的颁发者。

keytool -list -alias subca -v -keystore sub.keystore -storepass 123456

posted @ 2022-11-02 10:30 cenvent 阅读(2413) 评论(0) 编辑收藏举报

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