公钥证书编码解读

一、文件编码

PEM (Privacy Enhancement Message)，定义见 RFC1421
是一种基于 base64 的编码格式，常见于 linux/unix 下的证书编码

结构组成 == {header} body {tail}
示例

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDMYfnvWtC8Id5bPKae5yXSxQTt
+Zpul6AnnZWfI2TtIarvjHBFUtXRo96y7hoL4VWOPKGCsRqMFDkrbeUjRrx8iL91
4/srnyf6sh9c8Zk04xEOpK1ypvBz+Ks4uZObtjnnitf0NBGdjMKxveTq+VE7BWUI
yQjtQ8mbDOsiLLvh7wIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

DER (Distinguished Encoding Rules) , 定义见维基百科-ASN.1.DER
是来自ASN.1 体系的一种二进制编码格式，常用于 windows/mac 的证书编码

编码方式 == DER uses a pattern of type-length-value triplets

二、公钥标准

PKCS (Public Key Cryptography Standards)，定义见维基百科-PKCS
是一套公钥密码学标准，其定义范围涵盖了证书签名、加密算法、填充模式及校验流程等。

常见PKCS标准

版本 里程碑
PKCS#1 RFC8017，定义了公钥私钥的编码格式(ASN.1编码)，包括基础算法及编码/填充模式、签名校验，openssl的默认标准格式
PKCS#3 DiffieHellman Key Agreement，定义了DH 密钥交换标准
PKCS#5 RFC8018，基于密码的加密标准，定义了PBKDF2算法
PKCS#7 RFC2315，定义密钥信息语法标准，PKI体系下的信息签名及加密标准，是S/MIME的一部分
PKCS#8 RFC5958，定义私钥信息语法标准，用于描述证书密钥对的通用格式(不限RSA)
PKCS#11 定义了密钥 Token接口，常用于单点登录/公钥算法/磁盘加密系统.(硬件加密)
PKCS#12 RFC7292，个人信息交换语法标准，定义了私钥和公钥证书的存储方式(支持密码)，常用PFX简称，Java Key Store的编码格式

三、RSA 密钥

RSA 公钥编码

PublicKey-PKCS#1-PEM

-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PUBLIC KEY-----

PublicKey-PKCS#1-DER

RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
    modulus           INTEGER,  -- n
    publicExponent    INTEGER   -- e
}

PublicKey-PKCS#8-PEM

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PUBLIC KEY-----

PublicKey-PKCS#8-DER

PublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
  algorithm       AlgorithmIdentifier,
  PublicKey       BIT STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
  algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
  parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

对于RSA公钥来说，OID就是(1.2.840.113549.1.1.1)

RSA 私钥编码

PrivateKey-PKCS#1-PEM

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PRIVATE KEY-----

PrivateKey-PKCS#1-DER

RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
  version           Version,
  modulus           INTEGER,  -- n
  publicExponent    INTEGER,  -- e
  privateExponent   INTEGER,  -- d
  prime1            INTEGER,  -- p
  prime2            INTEGER,  -- q
  exponent1         INTEGER,  -- d mod (p-1)
  exponent2         INTEGER,  -- d mod (q-1)
  coefficient       INTEGER,  -- (inverse of q) mod p
  otherPrimeInfos   OtherPrimeInfos OPTIONAL
}

PrivateKey-PKCS#8-PEM

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PRIVATE KEY-----

PrivateKey-PKCS#8-DER

PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
  version         Version,
  algorithm       AlgorithmIdentifier,
  PrivateKey      OCTET STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
  algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
  parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

私钥文件可采用加密方式存储，加密后的格式：
EncryptedPrivateKey-PKCS#8-PEM

-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END ENCRYPTED PRIVATE KEY-----

Encrypted-PrivateKey-PKCS#8-DER

EncryptedPrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
  encryptionAlgorithm  EncryptionAlgorithmIdentifier,
  encryptedData        EncryptedData
}

EncryptionAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier

EncryptedData ::= OCTET STRING

四、证书

X.509 证书，维基百科-X.509，是目前流行的公钥证书标准。
一个 X.509 证书包含了一个公钥和对应的实体名(hostname/organization/individual)；证书通常由证书认证机构签名或自签名；当证书持有者被另外一方信任时(通过公钥签名验证)，两者便可以基于公钥算法建立安全传输通道。

证书结构

Certificate
Version Number
Serial Number
Signature Algorithm ID
Issuer Name
Validity period
Not Before
Not After
Subject name
Subject Public Key Info
Public Key Algorithm
Subject Public Key
Issuer Unique Identifier (optional)
Subject Unique Identifier (optional)
Extensions (optional)
...
Certificate Signature Algorithm
Certificate Signature

主要字段

字段 描述
版本号 指出该证书使用了哪种版本的X.509标准（版本1、版本2或是版本3），版本号会影响证书中的一些特定信息
序列号 标识证书的唯一整数，由证书颁发者分配的本证书的唯一标识符
签名算法标识符 用于签证书的算法标识，由对象标识符加上相关的参数组成，用于说明本证书所用的数字签名算法。例如，SHA-1-RSA
颁发者名称 证书颁发者的可识别名（DN），是签发该证书的实体唯一的CA的X.500名字
有效期限 证书起始日期和时间以及终止日期和时间
主体名 证书持有人的唯一标识符(或称DN-distinguished name)
公钥信息 包括证书持有人的公钥、算法
颁发者唯一标识符 标识符—证书颁发者的唯一标识符，仅在版本2和版本3中有要求，属于可选项
主体唯一标识符 标识符—证书颁发者的唯一标识符，仅在版本2和版本3中有要求，属于可选项
颁发者的数字签名 这是使用颁发者私钥生成的签名，以确保这个证书在发放之后没有被撰改过
扩展信息 ..

扩展字段

字段 描述
发行者密钥标识符 证书所含密钥的唯一标识符，用来区分同一证书拥有者的多对密钥
密钥使用 一个比特串，指明（限定）证书的公钥可以完成的功能或服务，如：证书签名、数据加密等。如果某一证书将 KeyUsage 扩展标记为“极重要”，而且设置为“keyCertSign”，则在 SSL 通信期间该证书出现时将被拒绝，因为该证书扩展表示相关私钥应只用于签写证书，而不应该用于 SSL
CRL分布点 指明CRL的分布地点
私钥的使用期 指明证书中与公钥相联系的私钥的使用期限，它也有Not Before和Not After组成。若此项不存在时，公私钥的使用期是一样的
证书策略 由对象标识符和限定符组成，这些对象标识符说明证书的颁发和使用策略有关
策略映射 表明两个CA域之间的一个或多个策略对象标识符的等价关系，仅在CA证书里存在
主体别名 指出证书拥有者的别名，如电子邮件地址、IP地址等，别名是和DN绑定在一起的
颁发者别名 指出证书颁发者的别名，如电子邮件地址、IP地址等，但颁发者的DN必须出现在证书的颁发者字段
主体目录属性 指出证书拥有者的一系列属性。可以使用这一项来传递访问控制信息

样例-维基百科证书

Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number:
            10:e6:fc:62:b7:41:8a:d5:00:5e:45:b6
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=BE, O=GlobalSign nv-sa, CN=GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2
        Validity
            Not Before: Nov 21 08:00:00 2016 GMT
            Not After : Nov 22 07:59:59 2017 GMT
        Subject: C=US, ST=California, L=San Francisco, O=Wikimedia Foundation, Inc., CN=*.wikipedia.org
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)
                pub: 
                    04:c9:22:69:31:8a:d6:6c:ea:da:c3:7f:2c:ac:a5:
                    af:c0:02:ea:81:cb:65:b9:fd:0c:6d:46:5b:c9:1e:
                    ed:b2:ac:2a:1b:4a:ec:80:7b:e7:1a:51:e0:df:f7:
                    c7:4a:20:7b:91:4b:20:07:21:ce:cf:68:65:8c:c6:
                    9d:3b:ef:d5:c1
                ASN1 OID: prime256v1
        X509v3 extensions:
            X509v3 Key Usage: critical
                Digital Signature, Key Agreement
            Authority Information Access: 
                CA Issuers - URI:http://secure.globalsign.com/cacert/gsorganizationvalsha2g2r1.crt
                OCSP - URI:http://ocsp2.globalsign.com/gsorganizationvalsha2g2

            X509v3 Certificate Policies: 
                Policy: 1.3.6.1.4.1.4146.1.20
                  CPS: https://www.globalsign.com/repository/
                Policy: 2.23.140.1.2.2

            X509v3 Basic Constraints: 
                CA:FALSE
            X509v3 CRL Distribution Points: 

                Full Name:
                  URI:http://crl.globalsign.com/gs/gsorganizationvalsha2g2.crl

            X509v3 Subject Alternative Name: 
                DNS:*.wikipedia.org, DNS:*.m.mediawiki.org, DNS:*.m.wikibooks.org, DNS:*.m.wikidata.org, DNS:*.m.wikimedia.org, DNS:*.m.wikimediafoundation.org, DNS:*.m.wikinews.org, DNS:*.m.wikipedia.org, DNS:*.m.wikiquote.org, DNS:*.m.wikisource.org, DNS:*.m.wikiversity.org, DNS:*.m.wikivoyage.org, DNS:*.m.wiktionary.org, DNS:*.mediawiki.org, DNS:*.planet.wikimedia.org, DNS:*.wikibooks.org, DNS:*.wikidata.org, DNS:*.wikimedia.org, DNS:*.wikimediafoundation.org, DNS:*.wikinews.org, DNS:*.wikiquote.org, DNS:*.wikisource.org, DNS:*.wikiversity.org, DNS:*.wikivoyage.org, DNS:*.wiktionary.org, DNS:*.wmfusercontent.org, DNS:*.zero.wikipedia.org, DNS:mediawiki.org, DNS:w.wiki, DNS:wikibooks.org, DNS:wikidata.org, DNS:wikimedia.org, DNS:wikimediafoundation.org, DNS:wikinews.org, DNS:wikiquote.org, DNS:wikisource.org, DNS:wikiversity.org, DNS:wikivoyage.org, DNS:wiktionary.org, DNS:wmfusercontent.org, DNS:wikipedia.org
            X509v3 Extended Key Usage: 
                TLS Web Server Authentication, TLS Web Client Authentication
            X509v3 Subject Key Identifier: 
                28:2A:26:2A:57:8B:3B:CE:B4:D6:AB:54:EF:D7:38:21:2C:49:5C:36
            X509v3 Authority Key Identifier: 
                keyid:96:DE:61:F1:BD:1C:16:29:53:1C:C0:CC:7D:3B:83:00:40:E6:1A:7C

    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         8b:c3:ed:d1:9d:39:6f:af:40:72:bd:1e:18:5e:30:54:23:35:
         66:5e:62:d5:01:e2:63:47:70:cb:6d:1b:17:b0:f5:4d:11:e4:
         ad:94:51:c5:5e:72:03:b0:d5:ab:18:eb:b5:3a:08:a8:73:95:
         f3:7f:41:1a:28:7b:45:7c:83:2e:d3:14:95:d8:d5:d1:5f:99:
         4b:0c:f4:c3:9b:0b:4f:e9:49:f4:2c:b5:ae:c3:1d:7d:2a:80:
         f6:70:29:4c:0c:e6:e0:cb:88:8a:8a:02:ee:a5:d1:73:c2:93:
         58:24:ff:43:1b:e3:fd:7b:aa:f0:15:0c:60:52:8f:21:7d:87:
         3a:14:fa:81:41:00:60:4f:96:9a:62:94:58:de:cb:15:5c:3c:
         f4:c1:4d:33:e3:ff:39:fe:28:fb:b0:41:3e:d2:8a:11:d1:06:
         01:28:74:7d:71:d4:2a:ef:1f:e3:25:4b:2d:f0:66:ef:26:fb:
         4c:f0:81:85:bb:1a:99:06:c9:37:87:de:8d:49:f7:00:91:a9:
         42:31:4a:b9:40:a0:7d:4f:4f:a6:ea:d4:58:07:3c:01:e0:1a:
         53:54:66:e1:a3:7e:30:cd:3b:f8:69:59:a3:48:92:48:e1:9e:
         63:ab:08:70:91:f2:48:d2:83:4b:98:06:fa:fd:bc:99:02:da:
         9c:98:b1:a3

证书格式

  • PKI ITU-T X509标准，传统标准（.der .pem .cer .crt），仅包含公钥
  • PKCS#7 加密消息语法标准(.p7b .p7c .spc .p7r)，p7b/p7c/spc 包含了证书链，p7r是证书请求回复(非证书)
  • PKCS#10 证书请求标准(.p10)，.p10是证书请求文件，与.csr文件类似
  • PKCS#12 个人信息交换标准（.pfx *.p12），包含公钥和私钥，需密码保护

编码形式

  • X.509 DER(Distinguished Encoding Rules)编码，后缀为：.der .cer .crt
  • X.509 BASE64编码(PEM格式)，后缀为：.pem .cer .crt

X.509CRT-PEM

-----BEGIN CERTIFICATE-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END CERTIFICATE-----

关键特性

  • 编码形式：二进制还是ASCII
  • 是否包含公钥、私钥
  • 包含一个还是多个证书
  • 是否支持密码保护（针对当前证书）

参考文档

mbed文档-公钥的der和pem编码格式比较
Chen-PKI系统与数字证书结构

posted @ 2017-08-17 22:21  美码师  阅读(8007)  评论(0)  编辑  收藏  举报