哈哈哈没想到勤劳勇敢的键者居然会那么快又开始写下一篇吧，在大年初一那么美好的一天，所以我们来讨论一下网络工程中的数字证书方案吧。

谨在此祝各位童鞋新的一年大吉大利，狗年旺旺~

咳咳（正经脸.webp），在《从数字签名到数字证书》中，键者简单的整理了从数字签名到数字证书的理论基础及推导逻辑，那么这篇其实就是工程上某种实现数字证书的签发管理……

OpenSSL

首先需要简要介绍的就是名为openssl的工具，简单说，它是SSL/TLS的开源实现，实现了相关的加密解密算法、具备数字证书管理等功能的一个程序。

至于安装方式嘛，相信难不倒各位童鞋的，键者秉持偷懒的心略过……

我们先来简单回顾下自建CA需要处理些什么问题？

  • 我们需要能生成不对称密钥。
  • 我们需要能基于公钥及一些基础信息生成证书签名请求
  • 我们需要能用私钥为证书签名请求签名，从而生成数字证书

为了方便，以下可能会使用CSR描述证书签名请求；CRT表示数字证书

生成RSA密钥

那么，我们首先认识一下生成RSA密钥的命令吧：

  1. openssl genrsa -out -des3 rsa.key 4096
  2.   + `genrsa` 用于生成 RSA 密钥对的 OpenSSL 命令。
  3.   + `-out` 令生成的密钥对保存到文件
  4.   + `4096` RSA 模数位数
  5.   + `-des3` 使用 3-DES 对称加密算法加密密钥对，该参数需要用户在密钥生成过程中输入一个口令用于加密。今后使用该密钥对时，需要输入相应的口令。如果不加该选项，则不对密钥进行加密。

此时，会生成rsa.key文件，但注意，这个可不只是私钥哦，里边还有包括p、q在内的其他参数，所以通过ca.key直接推导出公钥。

虽然理论上，RSA算法中的公钥和私钥是没有本质区别的，仅知道任何一个都无法推导另一个出来，但如果有了p、q等参数就不一样了。
所以请妥善保管ca.key，这个文件其实等价于同时包含了公钥和私钥！

如果使用了-des3命令，则生成时会要求用户输入一个密码，并用该密码对生成的文件内容再做一次加密；除了-des3以外，还可以选择-aes128、-aes256等加密算法，相当于为生成的rsa.key再加了一层保险。

不过用的时候也要相应地使用密码解密就是了。

在整个数字证书体系中，可以认为，每一个实体都会唯一持有一对不对称密钥，这对密钥也是后续所有数字证书相关功能的身份验证基础。

这个实体可能是CA，也可能是Server或者Client。
目前工程上常用是RSA算法，但并不是只有RSA哦，有兴趣的童鞋可以自己去搜搜看~

生成CSR

如果说密钥实现了身份的鉴别基础，那么CSR其实本质上就是更具体的身份信息，就像基因可能唯一标识了一个人，但这个人的社会属性如姓名、经历
等信息也是构成这个人不可或缺的部分。

所以生成CSR的时候，需要同时打包公钥和基本信息。

  1. openssl req -new -days 365 -key rsa.key -out someone.csr
  2.   + `req` 用于生成证书请求的 OpenSSL 命令。
  3.   + `-new` 生成一个新的证书请求。该参数将令 OpenSSL 在证书请求生成过程中要求用户填写一些相应的字段。
  4.   + `-days 365` 证书有效时间。
  5.   + `-key` 用于签名的CA私钥。
  6.   + `-out` 将生成的请求保存到文件。

执行这个命令的时候，会提示要求输入国家代码（Country Name）等信息，这是数字证书标准中要求CSR附带的基本信息，所以根据自己的情况填写即可，完成后即可得到someone.csr。

其中填写Common Name时注意，这里请填写的运行服务的主机可以正确解析的域名，本地调试的话可以使用localhost，否则可能会导致基于这个数字证书的网络服务（如，https）无法工作。

注意，这里虽然传入了rsa.key，但其实本质上是为了将rsa.pub写入someone.csr中，以便后续生成证书，并不是把私钥写入了someone.csr中哦。

签名并生成CRT

生成证书其实就是用私钥对证书请求进行签名。

使用的私钥可以是自己的，也可以是别人的。如果是自己的，则表示自签名，就像我为自己带盐一样。如果是别人的，则表示别人为这个证书请求作担保。

一般这里的别人都承担着CA的职能。

  1. openssl x509 -req -in someone.csr -signkey rsa.key -out rsa.crt
  2. - `x509` 操作符合x509标准的数字证书
  3. - `-req` 传入一个`证书请求`，对其签名并输出`证书`
  4. - `-int` 待签名的`证书请求`文件。
  5. - `-signkey` 用于签名的私钥。
  6. - `-out` 将生成的证书保存到文件

x509其实是数字证书的文件格式标准，一般我们用的数字证书都是符合x509标准的。

小结

应用的关键在于：

  • 要信任谁，则表现为信任其证书，本质是信任证书的签发机构。
  • 要为谁做担保，则使用私钥为其请求签名，请求应包含被担保人的公钥。

实战：我们来实现一组双向认证的数字证书体系吧

前文三个命令已经涵盖了数字证书管理体系中最核心的三个步骤，后续更复杂的参数其实也只是数字证书特性的灵活应用，所以现在我们来试着设计一个稍微复杂点的结构。

其实这才是键者之前在折腾的东西……

假设我们现在有一个Server和一个Client，每当Client连接Server的时候，Server需要确认Client有自己信任的CA签发的CRT，而Client也需要确认Server有自己信任的CA签发的CRT。

理论上这两个CA可以是同一个，也可以是不同的两个，为了复杂起见Orz，吖不，为了强调两者并没有关联性，我们来设计一个不同的场景，以下会称作SRV.CA、CLI.CA，分别表示SRV信任的CA、CLI信任的CA。

那么我们可以简单梳理出，这个体系中有四个实体，分别是SRV.CA、CLI.CA、SRV、CLI。

生成CA

那么我们先来看一下，怎么生成一个自签名的CA，因为生成过程其实是一样的，只是用途不同。

  1. # 生成CA的`密钥对`
  2. openssl genrsa -out ca.key 4096
  3. # 生成CA的`证书请求`
  4. openssl req -new -key ca.key -out ca.csr
  5. # 用CA的私钥为自己的`证书请求`签名，生成`数字证书`
  6. openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt

其实*.crt包含的核心内容就是基础信息和公钥。

根据上述代码，我们可以轻松获得两个CA，以及它们的密钥和数字证书，我们现在已有的文件如下：

  1. |- client.ca.key
  2. |- client.ca.crt
  3. |- server.ca.key
  4. \- server.ca.crt

CSR其实只是中间文件，可以保留，也可以删除，这里先省略了。

为Server和Client签发证书

先梳理一下思路，因为SRV.CA是SRV信任的证书签发机构，所以，要用SRV.CA给Client签发数字证书；同理，Client.CA其实是给Server签发证书的机构。

那么我们先来看看Server侧的生成代码：

  1. # 生成Server的`密钥对`
  2. openssl genrsa -out server.key 4096
  3. # 生成Server的`证书请求`
  4. openssl req -new -key server.key -out server.csr
  5. # 用Client.CA的私钥为Server的`证书请求`签名，生成`数字证书`
  6. openssl x509 -req -in server.csr -signkey client.ca.key -out server.crt

这里与前边的自签名证书就不同了，用于签名的私钥变成了client.ca.key。

同理，我们可以推导出Client侧的签发代码：

  1. # 生成Client的`密钥对`
  2. openssl genrsa -out client.key 4096
  3. # 生成Client的`证书请求`
  4. openssl req -new -key client.key -out client.csr
  5. # 用Server.CA的私钥为Client的`证书请求`签名，生成`数字证书`
  6. openssl x509 -req -in client.csr -signkey server.ca.key -out client.crt

这样，我们就可以得到以下的文件集合：

  1. |- client.ca.key
  2. |- client.ca.crt
  3. |- server.ca.key
  4. |- server.ca.crt
  5. |- client.key
  6. |- client.crt
  7. |- server.key
  8. \- server.crt

木有错，这些就是我们完成整套工作时需要的文件，作为管理者，我们再看看分发后的场景：

  1. \- ServerDirectory
  2.     |- server.ca.crt
  3.     |- server.key
  4.     \- server.crt
  5. \- ClientDirectory
  6.     |- client.ca.crt
  7.     |- client.key
  8.     \- client.crt

实际工程中，我们应该仅分发足够应用的证书文件，特别是保护好私钥，私钥一旦泄漏，整个信任体系就会面临崩溃，特别是CA的私钥。

小结

在去年的故事里，键者唠唠叨叨流水账了一波数字证书的工作机制，那么今年的第一篇文章，就来具体讲讲怎么样通过OpenSSL生成具备生产价值的数字证书……

其实键者一开始想写的只是怎么用golang实现gRPC的基于TLS的双向认证，没想到，故事越写越长，估计这个故事又要等下一期了……

相信有悟性高的童鞋已经发现了，其实CA、Client、Server的身份都只是相对的，Server的私钥同样可以签发新的证书，真正起作用的是其工作时承担的角色而已。CA还可以继续签发CA，从而形成一条证书链，证书链可以实现分层的授权管理。

当然，OpenSSL其实有更详细的参数，可以约束一个签发的证书仅可用于充当CA、Server或者Client等等，但只要理解其核心原理，万变不离其宗，相信已经不需要键者啰嗦咯~

最后的最后，其实管理各种证书是个很麻烦的事情，既牵涉到业务逻辑，又涉及各种密码的存管。别的不说光起名字就是个麻烦事，而且随着服务端、客户端的扩容，需要管理的证书只会多不会少，这块东西其实也是个问题。

键者目前是使用了一个叫xca的软件来管理证书，如果有童鞋有更好的推荐欢迎在评论中告诉键者~

本篇关键词

TLS：Transport Layer Security，传输层安全协议
SSL：Secure Sockets Layer，可以认为是TLS的前身。