openssl中RSA、SM2公私钥生成及PKCS格式转换

工具网站：

Java相关解析代码，可以参考我这个仓库：easy-cryptography

1.背景

本文openssl版本1.1.1

本文基于openssl，也可以看下GmSSL（支持国密SM2/SM3/SM4/SM9/ZUC/SSL的密码工具箱）。

openssl查看版本：

openssl version

1.1 使用场景

通常来说。

Java 的开发者，将 pkcs8 去除头尾、换行和空格，以加载秘钥。

.NET 和 PHP 的开发者来说，无需进行 pkcs8 命令行操作。

1.2 PKCS#1和PKCS#8

以RSA为例

PKCS#1 和 PKCS#8 是两种用于表示和存储私钥的标准，它们由 RSA 实验室制定，并且被广泛用于各种加密系统中。它们的主要区别在于编码格式和使用场景。

PKCS#1 (Public Key Cryptography Standards #1) 专门用于描述 RSA 密钥对。它定义了 RSA 私钥和公钥的结构。
PKCS#8 (Public Key Cryptography Standards #8) 是一种通用的私钥表示标准，它不仅适用于 RSA 密钥，也适用于其他类型的密钥，如 DSA 和 ECC 密钥。

好，你已经有个基本印象了，PKCS#1起初是专门针对RSA设计的，PKCS#8是相对通用的一个标准。

那么，为啥咱们也能把国密的转成PKCS#1格式呢？

PKCS#1 和 PKCS#8 是与 RSA 加密算法相关的标准，而 SM2 是中国国家密码管理局 (OSCCA) 制定的一种基于椭圆曲线密码学 (ECC) 的公钥密码算法，与 RSA 有着不同的数学基础和实现方式。

因此，严格来说，SM2 私钥不应该被直接转换成 PKCS#1 格式。

然而，SM2 私钥可以被编码为与 PKCS#1 类似的格式，主要是因为两者都依赖于 ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) 来描述密钥的结构和数据。

在 ASN.1 的帮助下，我们可以定义和描述任意的密码对象结构。因此，通过适当的 ASN.1 描述，我们可以使 SM2 私钥数据看起来像 PKCS#1 格式。

1.2.1 PKCS#1

只是一个 RSA 密钥，即只有PKCS#8 中的密钥对象部分，前面没有版本或算法标识符。

[[私钥]]
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
base64 str,每64字节做一次换行。
-----END RSA PRIVATE KEY-----

[[公钥]]
-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
base64 str,每64字节做一次换行。
-----END RSA PUBLIC KEY-----

示例：

用ASN1在线解析PKCS1格式的秘钥，可以看到结果就是一堆数字。

1.2.2 PKCS#8

补充了一些相关信息，不单单只是秘钥值。其实这里可以看到，开头的RSA字眼已经消失了，因为我们能从OID中查看到（后方有图）。

[[私钥]]
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
base64 str,每64字节做一次换行。
-----END PRIVATE KEY-----

[[公钥]]
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
base64 str,每64字节做一次换行。
-----END PUBLIC KEY-----

示例：

用ASN1在线解析PKCS8格式的秘钥，可以看到结果在数值之上，追加了OID等信息。

1.2.3 区分PKCS#1和PKCS#8？

PKCS#1格式是比较简洁的，所以头部需要BEGIN RSA PRIVATE KEY这种声明，你看，出现了RSA的字样。

以SM2举例下，头部是出现了SM2字样的，有头部的说明信息来标识密钥类型。

-----BEGIN SM2 PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIE47PLcfOmxA+UJqxtq1uq5QYu77+GvspBh2Pe0EC/g3oAoGCCqBHM9V
AYItoUQDQgAEU0x4ba0GI8vy7K+tU83yeyORIVMZ+HhD/0slQGHlCTd2HSybgBnl
qwE+rtJsZB1AtKpktc1xLvx9uWakYD24Aw==
-----END SM2 PRIVATE KEY-----

而PKCS#8时，SM2、RSA这部分字段已经消失了。

1.3 pem和der

参考：PEM 与 DER 格式详解

PEM 与 DER是用于存储、传输密钥和证书的标准格式，两者紧密关联，可以互相转换。

ASN.1 ------（序列化）------ DER ------（Base64编码）------ PEM
# 对 ASN.1 序列化后，就会生成一个二进制串，这个就是 DER 格式。
# 将二进制进行 Base64 编码，再加上 PEM 格式特有的头尾两行，就生成了 PEM 格式。

PEM 和 DER 的主要区别在于它们的编码方式

DER: 二进制格式，ASN.1结构的直接编码，更紧凑。后缀通常为 .der 和 .cer。
PEM: 使用 Base64 编码，可读性更好，但文件大小更大。后缀通常为.pem、.cer、.crt、.key

1.3.1 PEM 转 DER

先将 PEM 文件里面首尾的 ----BEGIN xxx---- 和 ----END xxx----两行去掉
再将内容合并为一行（去掉换行符\r\n）
接着将内容进行 Base64 解码得到原始二进制数据。

通过 openssl 命令转换如下：

openssl rsa -in rsa_private.pem -outform DER -out rsa_private.der

1.3.2 DER 转 PEM

先将 DER 二进制内容进行 Base64 编码
再按每行 64 个字节进行切分
最后在切分后的内容前后加上 ----BEGIN xxx----和 ----END xxx----

通过 openssl 命令转换如下：

openssl rsa -inform DER -in rsa_private.der -outform PEM -out rsa_private2.pem

1.3.3 实例

2.RSA

2.1 私钥部分

2.1.1 生成私钥：PKCS#1

实践发现，OpenSSL 高版本，如 3.1.3，默认生成的是pkcs8格式的，注意区分下版本。

# 1024 秘钥长度
openssl genrsa -out private.pem 1024

# 查看私钥信息
openssl rsa -in private.pem -text

2.1.2 私钥：PKCS1 -> PKCS8

pem格式转der格式

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in private.pem -outform pem -nocrypt -out private_pkcs8.pem

2.1.3 私钥：PKCS8 -> PKCS1

openssl rsa -in private_pkcs8.pem -out private_pkcs1.pem

2.2 公钥部分

2.2.1 导出公钥：从PKCS1私钥导出PKCS8公钥

openssl rsa -in private_pkcs1.pem -pubout -out public_pkcs8.pem

2.2.2 导出公钥：从PKCS8私钥导出PKCS8公钥

openssl rsa -in private_pkcs8.pem -pubout -out public_pkcs8_2.pem

2.2.3 公钥：PKCS8 -> PKCS1

openssl rsa -pubin -in public_pkcs8.pem -RSAPublicKey_out

# 末尾加上-out 文件名 可以写入文件
openssl rsa -pubin -in public_pkcs8.pem -RSAPublicKey_out -out public_pkcs1.pem

2.2.4 公钥：pkcs1 -> pkcs8

openssl rsa -in public_pkcs1.pem -pubout -RSAPublicKey_in

# 末尾加上-out 文件名 可以写入文件
openssl rsa -in public_pkcs1.pem -pubout -RSAPublicKey_in -out public_pkcs8_3.pem

2.3 扩展

2.3.1 单行私钥值format成多行

有时候配置文件里写的是单行的配置信息，想format一下，一行一行敲回车太累了。

解析ASN1结构，判断是PKCS8还是PKCS1

PKCS8带扩展信息，PKCS1不带。
根据对应的结构，添加上头尾标识字符。

比如这里添加上PKCS8的头尾信息。

执行命令

openssl rsa -in pri.key -check

# 之后它就会以PKCS1的格式输出

3.SM2（EC）

是否支持国密，不支持的话可以参考5.1节进行安装。

openssl ecparam -list_curves | grep SM2

3.1 私钥部分

3.1.1 生成私钥：EC格式

# 注意此处默认生成的是ec格式,SM2是基于椭圆曲线的,一般看到EC相关的就可以认为跟SM2相关了。
openssl ecparam -genkey -name SM2 -out sm2_private_ec.key

# 查看私钥信息
openssl ec -in sm2_private_ec.key -text

3.1.2 私钥：EC -> PKCS1

openssl ec -in sm2_private_ec.key -out sm2_private_pkcs1.key

3.1.3 私钥：EC ->PKCS8

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in sm2_private_ec.key -outform pem -nocrypt -out sm2_private_pkcs8.key

3.1.4 私钥：PKCS1 -> PKCS8

从EC格式转成PKCS1/PKCS8格式后，其余的命令和RSA那里就是相通的了。

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in sm2_private_pkcs1.key -outform pem -nocrypt -out sm2_private_pkcs8_2.key

3.1.5 私钥：PKCS8 -> PKCS1

注意openssl后面的形参从rsa变成了ec

openssl ec -in sm2_private_pkcs8_2.key -out sm2_private_pkcs1_2.key

3.2 公钥部分

3.2.1 导出公钥：从EC私钥导出PKCS8公钥

openssl ec -in sm2_private_ec.key -pubout -out sm2_public_pkcs8.key

3.2.2 导出公钥：从PKCS8私钥导出PKCS8公钥

openssl ec -in sm2_private_pkcs8.key -pubout 

# 末尾加上-out 文件名 可以写入文件
openssl ec -in sm2_private_pkcs8.key -pubout -out sm2_public_pkcs8_2.key

3.2.3 公钥：PKCS8

SM2公钥没有标准的PKCS#1格式

Why PEM encodings of EC public and private keys use different headers?

参考这个文章，总结下就是。

在实际使用中，并不存在 -----BEGIN EC PUBLIC KEY----- 这种格式的公钥头。

EC 公钥一般使用的是 X.509 标准的 SubjectPublicKeyInfo 结构，因此在 PEM 编码中，通常会使用 -----BEGIN PUBLIC KEY----- 头。

这是因为 EC 公钥通常存储在符合 X.509 标准的 SubjectPublicKeyInfo 结构中，而不是单独的 EC 公钥结构。

# 输出下公钥信息
openssl ec -in sm2_public_pkcs8_2.key -pubin -text -noout

3.2.3.1 pem -> der

openssl ec -pubin -in sm2_public_pem.key -outform DER -out sm2_public.der

3.2.3.2 der -> pem

openssl ec -pubin -inform DER -in sm2_public.der -outform PEM -out sm2_public_pem_2.key

3.3 签名

3.3.1 PKCS1私钥进行签名

# sha1 plain.txt
openssl dgst -sign private.key -sha1 -out sm2_file.sign plain.txt

3.4 验签

3.4.1 PKCS1公钥验证签名

# sha1 plain.txt
openssl dgst -verify pub.key -sha1 -signature sm2_file.sign plain.txt

4.数字证书

4.1 查看证书序列号

openssl x509 -in xx.cer -noout -serial

4.2 获取证书中的公钥(PKCS8)

openssl x509 -in xx.cer -pubkey  -noout > xx.pem

5.扩展

5.1 openssl安装

5.1.1 Linux

5.1.1.1 下载

openssl下载

此处以3.2.1为例

5.1.1.2 解压与安装

将安装包上传到服务器

# 解压
tar -zxvf openssl-3.2.1.tar.gz

# 进入安装目录
cd openssl-3.2.1

# 配置
./Configure

# 编译
make

# 安装
make install

5.1.1.3 使用

安装完成后，可以使用whereis查看位置。

[root@yang37 openssl-3.2.1]# whereis openssl
openssl: /usr/bin/openssl /usr/local/bin/openssl /usr/include/openssl /usr/share/man/man1/openssl.1ssl.gz

5.1.2 Windows

win的话配置环境变量即可，可执行文件在bin目录下。

posted @ 2022-08-29 16:42 羊37 阅读(8497) 评论(29) 编辑收藏举报

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