风的影子


千风

TLS证书与自签ca

  • 2022-10-03
  • 作者 浪客千风
  • ~10.23K 字

自签CA流程

自签CA流程如图

公网的CA机构签发证书的流程和原理基本也是如此，不过根CA的压力会比较大，所以延伸出了二级ca等，以此保证证书链的完整和有效。

一般的操作系统出厂时都会内置可用的公网CA的证书拉作为信任证书源，以保证用户访问的网站使用新签发的证书时，通过证书验证。

所以，一般在双向认证场景下，我们可以只用一套根CA，不断为新的服务签发证书，每个服务只信任根CA签发的证书。

Keytool简介

JDK自带的keytool是一个证书工具，位于\bin\keytool.exe（linux同理），用它也可以生成ssl证书，但笔者觉得openssl更好用些，keytool用于p12格式和jks格式密钥库的转换就行了

使用 keytool -help 查看可用命令

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-certreq            生成证书请求
-changealias        更改条目的别名
-delete             删除条目
-exportcert         导出证书
-genkeypair         生成密钥对
-genseckey          生成密钥
-gencert            根据证书请求生成证书
-importcert         导入证书或证书链
-importpass         导入口令
-importkeystore     从其他密钥库导入一个或所有条目
-keypasswd          更改条目的密钥口令
-list               列出密钥库中的条目
-printcert          打印证书内容
-printcertreq       打印证书请求的内容
-printcrl           打印 CRL 文件的内容
-storepasswd        更改密钥库的存储口令

使用keytool -command_name -help查看命令用法。

keystore 和 truststore

Keytool 将密钥（key）和证书（certificates）存在一个称为 keystore 的文件中，在 keystore 里，包含两种数据：

  1. 密钥实体（Key entity）— 密钥（secret key）又或者是私钥和配对公钥（采用非对称加密），包含了私钥，所以是一个需要保密的文件
  2. 可信任的证书实体（trusted certificate entries）— 只包含公钥

证书库中的一条证书可以导出数字证书文件，数字证书文件只包括主体信息和对应的公钥；

keystore 和 truststore 从其文件格式来看其实是一个东西，只是为了方便管理将其分开；

keystore 中一般保存的是我们的私钥，用来加解密或者为别人做签名。

truststore 中保存的是一些可信任的证书，主要是 java 在代码中访问某个 https 的时候对被访问者进行认证的，以确保其实可信任的。

truststore 里存放的是只包含公钥的数字证书，代表了可以信任的证书，而 keystore 是包含私钥的；

生成密钥库

密钥库可以当作证书仓库来看

keytool -genkeypair [option]或keytool -genkey [option]

选项：

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-alias <alias>                  要处理的条目的别名
-keyalg <keyalg>                密钥算法名称
-keysize <keysize>              密钥位大小
-sigalg <sigalg>                签名算法名称
-destalias <destalias>          目标别名
-dname <dname>                  唯一判别名
-startdate <startdate>          证书有效期开始日期/时间
-ext <value>                    X.509 扩展
-validity <valDays>             有效天数
-keypass <arg>                  密钥口令
-keystore <keystore>            密钥库名称
-storepass <arg>                密钥库口令
-storetype <storetype>          密钥库类型
-providername <providername>    提供方名称
-providerclass <providerclass>  提供方类名
-providerarg <arg>              提供方参数
-providerpath <pathlist>        提供方类路径
-v                              详细输出
-protected                      通过受保护的机制的口令

其中：

  • -storetype 指定仓库类型， JKS、 JCEKS、 PKCS12等，默认JKS
  • -keyalg 指定密钥的算法， RSA、 DSA 等，默认DSA
  • -keysize 指定密钥长度，默认2048
  • -alias 指定密钥对的别名，该别名是公开的
  • -keystore 密钥库的路径及名称

例：

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# 根据提示挨个输入参数
keytool -genkey -alias <密钥库别名> -storetype <密钥库类型> -keyalg <密钥算法名称> -keystore <密钥库路径>
# 输入参数完毕后将在当前路径生成证书
keytool -genkey -alias test -storetype jks -keyalg RSA -keystore test-keystore.jks 
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# 一次性搞定
keytool -genkey -alias <密钥库别名> -storetype <密钥库类型> -keystore <密钥库路径> -keyalg <密钥算法名称> -keysize <密钥位大小> -storepass <密钥库口令> -keypass <密钥口令>  -validity <有效天数> -dname <dname>
# 直接在当前路径生成证书，CN可填多个如："CN=test1.com, CN=test2.com, OU=test.com, O=ChinaHonker, L=Beijing, S=Beijing, C=086"
keytool -genkey -alias ws-ssl-server-keystore -storetype jks -keystore ws-ssl-server-keystore.jks -keyalg RSA -keysize 2048 -storepass 123456serverstore -keypass 123456serverkey -validity 3650 -dname "CN=WindShadow, OU=WindShadow,O=WS-Server, L=Beijing, S=Beijing, C=086"

dname详解

  • CN：Common Name 公用名称，对于 SSL 证书，一般为网站域名；而对于代码签名证书则为申请单位名称；而对于客户端证书则为证书申请者的姓名
  • OU：Organization Name 单位名称，对于 SSL 证书，一般为网站域名；而对于代码签名证书则为申请单位名称；而对于客户端单位证书则为证书申请者所在单位名称
  • O：Organization 组织
  • L： Locality 所在城市
  • S：State 所在省份
  • C：Country 所在国家，只能填代表国家的双字母或地区代码，如中国：CN或086

导出证书（.cer文件）

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keytool -keystore <密钥库路径> -alias <密钥库别名> -storepass <密钥库口令> -export -file <证书路径>
keytool -keystore ws-ssl-server-keystore.jks -alias ws-ssl-server-keystore -storepass 123456serverstore -export -file ws-ssl-server-keystore.cer

导入证书（.cer文件）到密钥库

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keytool -import -alias <密钥库别名> -storepass <密钥库口令> -file <证书路径> -keystore <密钥库路径>
keytool -import -alias ws-ssl-server-keystore -storepass 123456serverstore -file ws-ssl-server-keystore.cer -keystore ws-ssl-trust-keystore.jks

转换密钥库格式

jks转pkcs12，p12的密钥库其实不需要使用keypass，但是使用keytool进行转换还是要指定一下参数

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keytool -importkeystore \
-srckeystore <源密钥库路径> -srcstoretype <源密钥库类型> -srcalias <源密钥库别名> -srcstorepass <源密钥库口令> -srcstorepass <源密钥口令> \
-destkeystore <目标密钥库路径> -deststoretype <目标密钥库类型> -destalias <源密钥库别名> -deststorepass <目标密钥库口令>  -destkeypass <目标密钥口令>

keytool -importkeystore -srckeystore ws-ssl-server-keystore.jks -srcstoretype jks -srcalias ws-ssl-server-keystore  -srcstorepass 123456serverstore  -srckeypass 123456serverkey -destkeystore ws-ssl-server-keystore.p12 -deststoretype pkcs12 -destalias ws-ssl-server-keystore -deststorepass 123456serverstore -destkeypass 123456serverkey

列出密钥库条目

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keytool -list -keystore  <密钥库路径>  -storepass <密钥库口令> -keypass <密钥口令>

keytool -list -keystore ws-ssl-server-keystore.jks  -storepass 123456serverstore -keypass 123456serverkey

openssl自签ca示例

cagen.sh脚本（Linux），用到的openssl配置文件可从此地址下载：http://web.mit.edu/crypto/openssl.cnf

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├── cagen.sh
└── openssl.cnf

cagen.sh

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### rootca
readonly rootca="ws-rootca"
readonly rootcaKeyPwd="rootcaKeyPwd"
readonly rootDname="/CN=WindShadow-root/OU=WindShadow/O=WS/L=Beijing/S=Beijing/C=CN"
readonly opensslCnf="openssl.cnf"
readonly globalValidity=3650

readonly trustKeystore="ws-trust"
readonly trustKeystorePwd="ws-trustKeystorePwd"

function clean() {

    rm -f *.p12
    rm -f *.jks
    rm -f *.cer
    rm -f *.csr
    rm -f *.crt
    rm -f *.key
    rm -f *.pem
    rm -f *.crl
    rm -f *.pass
    rm -rf ./demoCA
    rm -rf ./gen
}

function CrtToP12() {

    crtFile=${1}
    keyFile=${2}
    keyPwd=${3}
    keystore=${4}
    keystoreAlias=${5}

    openssl pkcs12 -export -clcerts \
    -in ${crtFile} \
    -inkey ${keyFile} -passin pass:${keyPwd} \
    -out ${keystore} -name ${keystoreAlias} -password pass:${keyPwd}
}

function CrtToCer() {

    crtFile=${1}
    cerFile=${2}
    openssl x509 -in ${crtFile} -out ${cerFile} -outform der
}

function genRootCA() {

### openssl genrsa -aes256 -passout pass:${keyPwd} -out ${caName}.key 2048 # 加密为pkcs1的格式
### pkcs1 转 pkcs8 要先解密再加密。即指定 -passin 和 -passout

    # 无加密
    openssl genrsa -out ${rootca}.key 2048
    # 加密为 pkcs8
    openssl pkcs8 -topk8 -in ${rootca}.key -out ${rootca}.key.e -passout pass:${rootcaKeyPwd} \
    && rm -f ${rootca}.key \
    && mv ${rootca}.key.e ${rootca}.key
    openssl req -new -key ${rootca}.key -passin pass:${rootcaKeyPwd} \
    -out ${rootca}.csr \
    -days ${globalValidity} \
    -subj ${rootDname}

    openssl x509 -req \
    -in ${rootca}.csr \
    -signkey ${rootca}.key -passin pass:${rootcaKeyPwd} \
    -extfile ${opensslCnf} -extensions v3_ca \
    -out ${rootca}.crt \
    -days ${globalValidity}

    CrtToCer ${rootca}.crt ${rootca}.cer
    rm -f ${rootca}.csr
}

function rootCAIssue() {

    caName=${1}
    keyPwd=${2}
    dname=${3}
    validity=${4}

    openssl genrsa -out ${caName}.key 2048
    openssl pkcs8 -topk8 -in ${caName}.key -out ${caName}.key.e -passout pass:${keyPwd} \
    && rm -f ${caName}.key \
    && mv ${caName}.key.e ${caName}.key
    openssl req -new -key ${caName}.key -passin pass:${keyPwd} \
    -out ${caName}.csr \
    -days ${validity} \
    -subj ${dname}

    openssl x509 -req \
    -in ${caName}.csr \
    -CAkey ${rootca}.key -passin pass:${rootcaKeyPwd} \
    -CA ${rootca}.crt -CAcreateserial \
    -extfile ${opensslCnf} -extensions v3_ca \
    -out ${caName}.crt \
    -days ${validity}

    rm -f ${caName}.csr
}

function add2Trust() {

    caName=${1}
    caFile=${2}
    keytool -importcert -trustcacerts -deststoretype pkcs12 -alias ${caName} -keystore ${trustKeystore}.p12 -storepass ${trustKeystorePwd} -file ${caFile} -noprompt
}

function main() {

    ### serverca
    readonly serverca="ws-serverca"
    readonly servercaKeyPwd="ws-servercaKeyPwd"
    readonly serverDname="/CN=WindShadow-server/OU=WindShadow/O=WS/L=Beijing/S=Beijing/C=CN"
    rootCAIssue ${serverca} ${servercaKeyPwd} ${serverDname} ${globalValidity}

    ###
    CrtToP12 ${rootca}.crt ${rootca}.key ${rootcaKeyPwd} ${rootca}.p12 ${rootca}
    CrtToP12 ${serverca}.crt ${serverca}.key ${servercaKeyPwd} ${serverca}.p12 ${serverca}

    ### 高版本jdk的keytool的p12密钥库在低版本JDK使用时不兼容

    # 导入rootCa根证书到信任库中
    add2Trust ${rootca} ${rootca}.cer

    ### 整理
    cp ${rootca}.crt ${trustKeystore}.crt
    mkdir -p gen/ca/
    mkdir -p gen/certificate/
    mkdir -p gen/trust/
    mv ${rootca}.* gen/ca/
    mv ${serverca}.* gen/certificate/
    mv ${trustKeystore}.* gen/trust/

}
set -x
clean
genRootCA
main

得到以下文件

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gen
├── ca
│   ├── ws-rootca.cer
│   ├── ws-rootca.crt
│   ├── ws-rootca.key
│   ├── ws-rootca.p12
│   └── ws-rootca.srl
├── certificate
│   ├── ws-serverca.crt
│   ├── ws-serverca.key
│   └── ws-serverca.p12
└── trust
    ├── ws-trust.crt
    └── ws-trust.p12

serverca可以部署到服务上作为服务端证书，trust可作为双向认证时的可信证书（crt）或可信密钥库（p12），保存rootca可用于新服务证书的签发

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最后编辑：2024-08-13