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Linux 搭建私有CA

邱晓辉

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CA和PKI介绍

CA（Certificate Authority），翻译过来就叫作证书颁发机构。用于实现数字证书的管理，包括证书颁发、吊销、续期等。
PKI（Registration Authority ），翻译过来叫作注册机构，负责接收请求并验证实体的身份，然后指示 CA 为其颁发或撤销证书。
CA和PKI的关系：PKI 是一个更大的框架或系统，而 CA 是 PKI 中的一个核心组件
搭建私有CA

使用OpenSSL可以自己搭建一个私有的CA，实现私有证书的管理。
1、安装OpenSSL

一般Linux发行版系统默认就安装了OpenSSL的，如果没有可以通过包管理工具或者源码编译安装。
OpenSSL中文网： https://www.openssl.net.cn/
2、创建目录结构

使用OpenSSL搭建私有CA时，清晰目录结构有助于组织和管理CA操作，所以我们要创建以下目录：
（1）创建工作目录,将CA的所有文件放在一个专门的目录中
  1. mkdir /etc/pki/CA
复制代码
(2)创建相关子目录，不同的子目录存放不同的文件
  1. mkdir /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts,private}
  3. # 注意这个文件初始时一定要为空，不然后期没法颁发证书
  4. touch  /etc/pki/CA/index.txt
  6. echo 01 > /etc/pki/CA/serial
复制代码
目录说明：

  • certs目录：用于统一存放CA签发的证书
  • crl目录：用于存放一个证书吊销文件，这个文件的内容记录了吊销证书的信息
  • newcerts目录：这个目录存放的是刚创建的证书
  • private：存放的是CA的私钥文件
文件说明：

  • index.txt文件: 是OpenSSL用来跟踪哪些证书已经被签署的数据库。对于一个新的CA，index.txt应该是一个空文件，如果这个文件非空，签发证书的时候会失败。
  • serial文件：存放颁发证书的编号的文件，每当签发新证书时，OpenSSL会读取这个文件中的值作为其序列号，并增加该值以供下次使用，所以需要给他赋初值。
3、编辑配置文件

只有在与证书、证书请求、和与PKI相关的操作有关时才会读取openssl的配置文件，其它例如加密解密、非对称加密解密、哈希算法这些操作是不会读取配置文件内容。
所以编辑openssl的配置文件目的在于定义和定制OpenSSL命令行工具的行为，在配置文件中定义一些默认值，这样在进行证书相关操作时可以少输入很多内容。
如果不知道OpenSSL的配置文件在哪儿，可以通过  openssl version -d 来查找OpenSSL的相关文件。
  1. sudo openssl version -d
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031002806090-171317946.png[/img]
（1）先将原有的配置文件备份，然后手动创建同名配置文件
  1. sudo mv /etc/ssl/openssl.cnf /etc/ssl/openssl.cnf-bak
复制代码
(2)编辑配置文件，加入以下一些简单的配置
  1. sudo vim /etc/ssl/openssl.cnf
  2. # [ ca ]指定默认的 CA 配置区段，因为可能会存在多个 CA 配置区段，用于不同的目的或者不同的证书策略
  3. [ ca ]
  4. # 定义默认的CA设置部分名称
  5. default_ca = CA_default
  8. # [ CA_default ] 定义了关于证书颁发机构(CA)的默认设置和相关文件路径。
  9. [ CA_default ]
  10. # 定义CA的主目录。
  11. dir = /etc/pki/CA
  12. # 已签发的证书的存储位置
  13. certs = $dir/certs
  14. # 新证书的默认存放位置
  15. new_certs_dir = $dir/newcerts
  16. #  用于存储证书签发信息的数据库文件的位置
  17. database = $dir/index.txt
  18. # CA的证书位置
  19. certificate = $dir/certs/cacert.pem
  20. # CA的私钥位置
  21. private_key = $dir/private/cakey.key
  22. # 存储当前证书序列号的文件位置
  23. serial = $dir/serial
  24. # 默认证书有效期
  25. default_days = 3650
  26. # 默认使用的消息摘要算
  27. default_md = sha256
  28. # 决定是否保留从证书请求(CSR)中传入的Distinguished Name(DN)的顺序
  29. preserve = no
  32. # [ req ]定义了与生成证书请求文件（也称为Certificate Signing Request，简称CSR）相关的默认设置
  33. [ req ]
  34. # 生成新私钥时使用的默认位数
  35. default_bits = 2048
  36. # 是否在创建证书请求时提示用户输入详细信息
  37.         # no表示使用 openssl req 命令创建新的CSR或证书时，将不会被提示输入任何DN字段，会使用 [ dn ] 部分提供的默认值。
  38. prompt = no
  39. # 用于证书请求的默认消息摘要算法
  40. default_md = sha256
  41.         # 告诉OpenSSL使用配置文件中的[ dn ]部分作为CSR的默认字段值
  42. distinguished_name = dn
  45. # [ dn ] 定义了默认的Distinguished Name（可分辨名称）属性和它们的值
  46.         # C：国家 ST：省 L：市 O：通常是一个公司或机构的全名 OU：组织内部的一个特定部门或单位
  47.         # CN：在 SSL/TLS 证书的上下文中通常表示证书意图保护的域名emailAddress：邮箱
  48. [ dn ]
  49. C = CN
  50. ST = BeiJin
  51. L = BeiJin
  52. O = My Company
  53. OU = My Organizational Unit
  54. emailAddress = admin@mycompany.com
  55. CN = mycompany.com
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031110312732-159082718.png[/img]
配置文件链接
4、自签名证书生成

(1)要生成自签名证书，首先得需要有私钥，所以第一步就是需要先生成私钥。
  1. # -algorithm RSA: 指定密钥的类型为 RSA
  3. openssl genpkey -algorithm RSA -out /etc/pki/CA/private/cakey.key
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031094921048-344338880.png[/img]
（2）根据生成得私钥创建一个新的根证书,使用这个证书来签署其它得证书
在配置文件中通过 certificate = $dir/certs/cacert.pem 指定了CA证书的位置，这里创建自签名证书的时候就要放到对应的位置才可以。
  1. openssl req -key /etc/pki/CA/private/cakey.key -new -x509 -days 7300 -out /etc/pki/CA/certs/cacert.pem
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031095032340-699434561.png[/img]
至此，私有CA就算搭建完成了。
CA颁发证书

1、用户生成证书请求文件（CSR）

如果客户端想要CA给它颁发证书，首先就需要准备一个证书请求文件，CSR中包含公钥和请求者的标识信息（如：组织、位置、国家、域名等）
  1. # 一般先创建一个目录存放相关文件
  2. mkdir tom
  4. # cd tom
  6. # 一步到位生成私钥和CSR
  7. sudo openssl req -new -keyout tom.key -out tom_req.csr -nodes
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031110807558-289236452.png[/img]
说明：

  • 一般情况下，生成私钥的时候会要求输入一个密码，不输入的话可能会提示error，可以通过 -nodes 参数来不输入密码
  • 这里是一步到位生成私钥和CSR，-keyout clientkey.pem 选项生成一个新的私钥，然后根据生成的私钥创建证书请求文件
  • 因为我是直接在CA上生成的CSR，配置文件里面指定了请求者的标识信息（如：组织、位置、国家、域名等，所以这里没有提示输出。
2、CA接收用户的CSR

客户端将CSR生成后，需要交给CA，可以通过文件拷贝、远程传输都可以。
这里单独给客户的证书请求文件创建了一个目录，用于保存客户端传输过来的CSR文件。
  1. mkdir /etc/pki/CA/csr
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031111255416-820670976.png[/img]
3、CA验证身份

CA会验证请求者的身份，例如发右键、打电话给请求者。
4、CA签发证书

CSR通过验证了，就使用其私钥为请求者的公钥签发一个证书。该证书有效地绑定了请求者的身份和其公钥。
  1. sudo openssl ca -batch -in /etc/pki/CA/csr/tom_req.csr -out /etc/pki/CA/certs/tom.pem
复制代码
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031112655278-69260371.png[/img]
说明：

  • 通过 -bath参数实现签署证书时自动确认
  • 如果初始化CA环境的时候，index.txt这个数据库文件不为空，那么此时签署证书不会成功，也不会有任何错误提示。
（5）证书生成后，返回给客户端，请求者可以将证书和其私钥一起使用
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202310/1519088-20231031114048931-1140907936.png[/img]
CA的几个特殊文件

在搭建好私有CA并且颁发证书后，可以看到除了原来的index.txt和serial，还生成了index.txt.attr、index.txt.old、serial.old文件
serial

serial这个文件包含下一个证书的序列号。每当一个新的证书被签发，这个数字会增加，确保每个证书都有一个唯一的序列号。
可以看到证书生成后，可以看到serial文件的内容递增了 1
  1. ehigh@ubuntu:/etc/pki/CA$ cat serial
  2. 02
复制代码
index.txt

这是一个数据库文件，用于追踪CA签发的所有证书。每一行代表一个证书，包括证书的状态（如V代表有效，R代表撤销等）、过期日期、序列号、证书的Distinguished Name等。签发新的证书或撤销现有的证书时，此文件会更新
index.txt内容说明

idnex.txt文件用于存储CA签发的所有证书，一行代表一个证书。
  1. V        331028032625Z                01        unknown        /C=CN/ST=BeiJin/O=My Company/OU=My Organizational Unit/CN=mycompany.com/emailAddress=admin@mycompany.com
复制代码

  • 第一列表示的就是证书的状态，V表示有效，如果是R表示已经被撤销了
  • 第二列就是证书的过期日期，使用YYMMDDHHMMSSZ，最后的 Z 表示这是 UTC 时间。  331028032625Z表示证书的过期日期为 2033 年 10 月 28 日 03:26:25
  • 第三列就是证书的序列号，这里是01
  • 第四列是文件名，unknown 表示文件名未知或证书不存储在独立的文件中
  • 第五列就是证书的主题，包括多个字段
默认情况下，相同主题的证书申请文件（CSR）只能申请一次证书，试图使用相同的主题重新签发证书会失败。因为我们是在配置文件里面指定了主题信息，又是私有CA，如果要实现相同主题重复申请证书，把index.txt.attr文件中的unique_subject = yes改为unique_subject = no就行了。
index.txt.attr

该文件包含了index.txt文件的一些属性，unique_subject = yes表示在index.txt数据库中的每个主题应该是唯一的，即不允许有两个具有相同主题的证书
  1. ehigh@ubuntu:/etc/pki/CA$ cat index.txt.attr
  2. unique_subject = yes
复制代码
index.txt.old

存放上一个证书的数据库信息
例如：
  1. # 因为这就是第一个证书，所以上一个证书为空
  2. ehigh@ubuntu:/etc/pki/CA$ cat index.txt.old
复制代码
serial.old

该文件存放上一个证书的编号信息
  1. ehigh@ubuntu:/etc/pki/CA$ cat serial.old
  2. 01
复制代码
注销证书

1、吊销证书

将证书标记为已吊销，证书吊销后index.txt数据库文件中关于该证书的条目会被自动更新，该证书相关的条目的标志会从 V (或其他状态) 更改为 R。（E：表示证书已过期 (Expired)。）
  1. openssl ca -revoke 要注销的证书文件
复制代码
2、生成新的CRL

这一步的作用是当有证书被吊销时，CA需要发布一个新的CRL，以便客户端和其他实体可以检查并知道哪些证书不再受信任。
通常当设置一个私有证书颁发机构 (CA) 并开始颁发证书时，还没有任何要吊销的证书，因此最初可能不会有CRL，如果开始吊销证书，就需要手动创建这个文件，crl文件的命名方式一般是crl.pem这种。
如果直接使用touch crl.pem只会创建一个空的文件。而一个真正的CRL文件包含了吊销证书的信息，并且由CA签名。所以我们要使用命令来生成这个文件。
  1. # 证书吊销文件的路径是配置文件里面制定了的，所以不能乱放
  2. openssl ca -gencrl -out /etc/pki/CA/crl/crl.pem
复制代码
常见后缀

虽然在Linux里面，文件的类型不是由文件后缀决定的，但是加上不同的后缀可以很好分辨文件的作用和进行管理。

  • .key：一般私钥就以 .key 结尾
  • .pem：新生成的证书一般以 .pem 结尾。pem是 Privacy Enhanced Mail 的缩写，是一种文件格式，可以包含任何类型的证书或密钥。这种格式的文件类容是BASE64编码显示的，并在开始和结束时由"-----BEGIN..."和"-----END..."标记包围。
  • .scr：证书请求文件使用csr结尾，csr是Certificate Signing Request的缩写
  • .crl：这是CA用于列出已被撤销的证书的文件常用的后缀，是Certificate Revocation List的缩写。
说明： 除了使用.pem后缀来标记一个证书文件外，还可以使用crt 或 .cer 来标记。
查看证书内容

有些时候需要确认证书的主题或颁发者，检查证书的有效期，还有当SSL/TLS设置出现问题时，检查证书可以帮助确定问题的原因时候，需要查看证书的内容来排查是否是证书或CSR文件引起的。
  1. openssl x509 -in /path/file_name -noout -text
  3. # -noout：表示不输出证书的编码
  4. # text：显示证书的全部信息，包括主题、颁发者、有效期等
复制代码
说明：
OpenSSL生成的证书是X.509类型的。X.509是一个标准，定义了公钥证书的结构和属性。当我们在日常语境中提到“SSL证书”或“TLS证书”时，我们实际上指的是遵循X.509标准的证书。
相关流程说明

CA颁发证书流程

上面我们知道了如何大家CA、以及使用CA对证书进行管理，还有用户申请证书的流程。现在我们可以来探讨CA颁发证书是什么样一个流程。
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202311/1519088-20231101011000760-966515195.png[/img]
1、用户生成证书请求文件，证书请求文件包含了用户的公钥还有一些主题信息（组织、位置、国家、域名等等）
2、CA机构将用户的证书申请文件通过hash算法生成一个摘要
3、CA机构将生成的摘要进行加密（私钥加密）从而得到一个签名
4、将用户的公钥、CA生成的签名加上相关信息整合在一起就形成了一个数字证书
验证证书流程

例如服务器和客户端通信的时候，给了客户端一个证书，客户端如何验证这个证书是否有效。
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202311/1519088-20231101011200843-2118887446.png[/img]
1、 客户端明文接收服务端发送过来的证书
2、客户端提取证书中的签名，并使用CA的公钥对签名进行解密，得到原始的摘要信息。
3、 客户端使用相同的哈希算法对接收到的证书（从证书中提取出公钥、用户信息和其他相关信息）进行哈希运算，生成一个新的摘要。
4、 对比两个摘要是否一致，这样就实现了数据完整性的验证。
数据通信流程

像https这种，就是通过证书来实现安全数据传输的。
[img=50%,50%]https://img2023.cnblogs.com/blog/1519088/202311/1519088-20231101011521257-513690012.png[/img]
客户端：

  • 客户端使用哈希算法对需要发送的数据生成一个摘要。这个摘要可以用来验证数据的完整性，确保在传输过程中没有被篡改。
  • 客户端生成一个随机的对称密钥，并使用该密钥对要发送的数据进行加密。对称密钥加密速度快，适合加密大量数据。
  • 客户端使用服务端的公钥（从证书中获取）对随机对称密钥进行加密。服务端的公钥可以确保只有服务端能够解密该对称密钥。
  • 客户端将生成的摘要、加密后的数据以及加密后的随机对称密钥一起发送给服务端。
服务端：

  • 服务端接收到客户端发送的数据后，使用私钥解密客户端发送的加密的随机对称密钥，以获得该对称密钥。
  • 服务端使用获得的对称密钥对加密的数据进行解密，以恢复原始数据。
  • 服务端使用相同的哈希算法对解密后的数据生成一个摘要。
  • 服务端将生成的摘要与客户端发送的摘要进行比较。如果两个摘要相同，说明数据完整性没有受到篡改。

来源:https://www.cnblogs.com/heyongshen/p/17799351.html
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发表于 2023-11-1 05:01:26

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