数字证书简介

小鱼儿 2023-10-03 19:54 24阅读 0赞

> 学习笔记

![数字证书][7047a4e0d5984c0a77783398867231c5.jpeg]

--------------------

#### 文章目录 ####

*   *   *  一、数字证书简介
         *  二、自己动手：自签名证书
         *  三、番外篇：
         *   *   *  1、Windows 如何查看自己电脑上的证书？
                 *  2、macOS 如何查看自己电脑上的证书？
         *  附录：参考文章

--------------------

#### 一、数字证书简介 ####

1.  数字证书，digital certificate。一种集合了多种加密方式的安全标准，数字证书通常由【受到人们广泛信赖的组织】向第三方颁发，表明这个第三方也是一个值得信赖的对象。数字证书的使用可以防止中间人攻击，常用于服务器与客户端浏览器的交互，数字证书其实就是一个`.crt`文件。
2.  数字证书中对各种加密算法的使用：
    
     *  **摘要算法**来确保数据没有被篡改。
     *  **非对称加密算法**对数据进行加解密。
     *  **签名算法**确保数据的完整性和抗否认性。
     *  **对称加密算法**负责后续的通信过程。
3.  CA：Certificate Authority，数字证书认证机构。
4.  数字证书的颁发采用**链式签名验证**，通过\*\*根证书（Root CA）\*\*去签名下一级证书，层层签名，直到最终的用户证书。
5.  **根证书CA**是\*\*【自签名证书】\*\*，存在于用户的操作系统或者浏览器中（默认内嵌），任何经过CA认证的数字证书都可以对其本身进行校验，确保证书本身不是伪造的，数字证书表示CA结构对证书持有者的认可。
6.  证书申请者首先需要自生成公匙与私匙，然后向 CA 机构发送一个证书请求文件 `.csr` （Certificate Signing Request，证书签名请求），包含：
    
     *  公匙
     *  申请者信息
     *  域名
    
    CA 机构确认无误后用自身私匙给证书签名，然后将签名等其他信息塞入证书打包成 X.509 格式并返回数据，至此一份正式的证书生成。
    
    ![专用临时Demo][Demo]
    
    ![申请数字证书][ecf59abbd7b5d94e6ad3a2b018cb31ec.png]
7.  我们常听到的SSL/TSL、HTTPS是什么呢？

*  **SSL** Secure socket layer，网络安全层。现代 TLS 加密的前身、**数字证书的一种**，历史原因我们习惯统称 SSL 。
 *  SSL证书部署在服务器上，由CA机构颁发，可以说它就是【数字证书】，只不过它是一种遵守 SSL 协议的数字证书。
 *  HTTP + SSL/TSL = HTTPS。
 *  Http端口：80
 *  HTTPS端口：443

![HTTP与HTTPS][HTTP_HTTPS]

1.  **CA证书的种类（3种）**
    
    安全证书主要分为DV、OV和EV三个种类，对应的安全等级分别为低、中、高。正常情况下，一个合法的数字证书需要经过CA签名，这需要认证域名并支付一定的费用，三者的审核过程、审核标准和对应的域名数量不同，价格在几百元到几万元不等。
    
    选择签发机构时，最好选择行业认可的全球范围内都可以使用的 CA 机构签发的证书。目前我们国内的证书能够符合标准的还不是特别多，主要原因是有一些证书不能够被国外的浏览器所认可，在使用的时候需要进行一定的额外操作。
    
     *  DV SSL：只验证网站域名所有权的简易型（Class 1级）SSL证书，可10分钟快速颁发，能起到加密传输的作用，但无法向用户证明网站的真实身份。目前市面上的免费证书都是这个类型的，只是提供了对数据的加密，但是对提供证书的个人和机构的身份不做验证，只要你能向CA机构证明你拥有这个域名的管理权限就可以申请。
     *  OV SSL：提供加密功能，对申请者做严格的身份审核验证。和DV SSL的区别在于，OV SSL 提供了对个人或者机构的审核，能确认对方的身份，安全性更高，但是收费。
     *  EV SSL：最安全、最严格的 SSL 证书，遵循全球统一的严格身份验证标准，是目前业界安全级别最高的顶级（Class 4级）SSL证书。常用于金融证券、银行、第三方支付、网上商城等领域，重点强调网站安全、企业可信形象的网站，涉及交易支付、客户隐私信息和账号密码的传输。这部分的验证要求最高，申请费用也是最贵的。
2.  **CA证书的类型（3种）**
    
     *  单域名版：只保护一个域名。
     *  多域名版：可以保护多个域名。
     *  通配符版：保护同一个主域名下同一级的所有子域名，不限个数。通配符版只有 DV 和 OV 具有，EV 不具有通配符版本。
3.  注意：数字证书存储的是公钥以及相关的证书链和算法信息，标准格式存入，标准格式取出。**私钥必须严格保密**，如果数字证书对应的私钥泄漏，那么该CA证书签发的所有证书将不可信，这会造成严重的安全威胁，数字证书服务商 DigiNotar 就发生过私钥泄漏导致公司破产的事故。

![数字证书][ed6052cb47a64ab899feca0f9f884f50.png]

（数字证书包含版本、发行方、过期时间、域名、公钥、证书签名等信息）

1.  【客户端/服务器】数字证书验证过程，以HTTPS协议为例，浏览器和服务器建立安全连接的步骤如下（单向验证）：
    
    1.  浏览器向服务器发起请求，服务器向浏览器发送自己的数字证书。
    2.  浏览器用操作系统内置的 Root CA 来验证服务器的证书是否有效，如果有效，就使用该证书加密一个随机的AES口令并发送给服务器。
    3.  服务器用自己的私钥解密获得AES口令，并在后续通讯中使用AES加密。
    
    ![数字证书验证模型][f93ff5114a957688b5acb9381ab81855.png]
    
    ![数字证书][66abf6fa9b583cbfbfc327d606b15325.jpeg]
2.  概念：【数字证书链条】：
    
        什么是数字证书链条？我们在验证证书的有效性的时候，会逐级去寻找签发者的证书，直至找到根证书，因此数字证书的存在形式为链条。通过下图我们可以看到百度的数字链条为 3 层，顶层为根证书，底层为百度的证书，中间还存在一个【中间证书】。
    
    ![c04f4a64dd454be6abdcc563e5af9e81.png][]
    
        \*\*那为什么会存在“中间证书”，直接用根证书授权不好吗？\*\*其实中间证书的存在增加了根证书的安全性，有助于在发生安全事件时最小化损害；当安全事件发生时，不需要撤销根证书，只需撤销中间证书，使从该中间证书发出的证书组不受信任，从而达到最小化损害范围、保护根证书的作用，因此各大根证书厂商都不会直接向第三方签名，而是会通过“中间方”去签名。
    
    （H2由上一级生成，在你提交信息给CA的时候，CA用他的私钥和你信息摘要生成H2）
    
    ![数字证书链条][9562c9b104bf7aef432b59ccfbb7ea2e.png]
3.  数字证书链条的运转模型（以3层为例）：
    
    ![三级证书链条模型][278121b8954dc541e29e0183082e45a1.jpeg]

--------------------

#### 二、自己动手：自签名证书 ####

1.  自签名证书存在两种：
    
     *  官方认可的根证书CA。
     *  我们自己定义的证书CA，官方不认可
2.  本节主要讲述我们自己定义的证书CA，包括它的生成、使用等。这种证书可以正常开发调试，但不能对外作为服务使用，因为其他客户端并不认可未经CA签名的证书。
3.  要使用数字证书，首先需要通过【命令行】创建证书，我们在这里以Java **JDK**的 keyTool 工具为例签发证书：
    
        keytool 
          -storepass 123456 
          -genkeypair 
          -keyalg RSA 
          -keysize 1024 
          -sigalg SHA1withRSA 
          -validity 3650 
          -alias mycert 
          -keystore my.keystore 
          -dname "CN=www.aaa.com, OU=aaa, O=aaa, L=BJ, ST=BJ, C=CN"
    
    各个参数含义如下
    
     *  storepass：口令为123456。
     *  keyalg：指定RSA加密算法。
     *  sigalg：指定SHA1withRSA签名算法；
     *  validity：指定证书有效期3650天；
     *  alias：指定证书在程序中引用的名称；
     *  dname：指定证书要授予的域名，必须跟要绑定的域名一致。
    
    执行完上述命令，JDK 会在当前目录创建一个my.keystore文件，并存储创建成功的一个私钥和一个证书，它的别名是mycert。
    
    ![image-20220814163434937][]
4.  当然，每次都要记住这些参数很麻烦，因为我们可以利用在线工具自动生成语句，然后拷贝到服务器上运行即可（[点击访问【CRS在线生成工具】][CRS]）

![CRS在线生成工具][CRS 1]

1.  有了key store存储的证书，我们就可以通过数字证书进行加解密和签名：
    
     *  私钥以**PrivateKey**实例表示，公钥则以**X509Certificate**表示
     *  读取证书并不需要口令，只有读取私钥才需要。
     *  如果部署到Web服务器上，例如Nginx，需要把私钥导出为Private Key格式，把证书导出为X509Certificate格式。
    
        public class test {
              
            public static void main(String[] args) throws Exception {
              
                byte[] message = "中文".getBytes("UTF-8");
        
                // TODO 读取KeyStore:
                KeyStore ks = loadKeyStore("/my.keystore", "123456");
        
                // 读取私钥:
                PrivateKey privateKey = (PrivateKey) ks.getKey("mycert", "123456".toCharArray());
                // 读取证书:
                X509Certificate certificate = (X509Certificate) ks.getCertificate("mycert");
        
                // TODO 加密:
                byte[] encrypted = encrypt(certificate, message);
                System.out.println(String.format("encrypted: %x", new BigInteger(1, encrypted)));
        
                // TODO 解密:
                byte[] decrypted = decrypt(privateKey, encrypted);
                System.out.println("decrypted: " + new String(decrypted, "UTF-8"));
        
                // TODO 签名:
                byte[] sign = sign(privateKey, certificate, message);
                System.out.println(String.format("signature: %x", new BigInteger(1, sign)));
        
                // TODO 验证签名:
                boolean verified = verify(certificate, message, sign);
                System.out.println("verify: " + verified);
            }
        
            static KeyStore loadKeyStore(String keyStoreFile, String password) {
              
                try (InputStream input = test.class.getResourceAsStream(keyStoreFile)) {
              
                    if (input == null) {
              
                        throw new RuntimeException("file not found in classpath: " + keyStoreFile);
                    }
                    KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
                    ks.load(input, password.toCharArray());
                    return ks;
                } catch (Exception e) {
              
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        
            static byte[] encrypt(X509Certificate certificate, byte[] message) throws GeneralSecurityException {
              
                Cipher cipher = Cipher.getInstance(certificate.getPublicKey().getAlgorithm());
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, certificate.getPublicKey());
                return cipher.doFinal(message);
            }
        
            static byte[] decrypt(PrivateKey privateKey, byte[] data) throws GeneralSecurityException {
              
                Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());
                cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
                return cipher.doFinal(data);
            }
        
            static byte[] sign(PrivateKey privateKey, X509Certificate certificate, byte[] message)
                    throws GeneralSecurityException {
              
                Signature signature = Signature.getInstance(certificate.getSigAlgName());
                signature.initSign(privateKey);
                signature.update(message);
                return signature.sign();
            }
        
            static boolean verify(X509Certificate certificate, byte[] message, byte[] sig) throws GeneralSecurityException {
              
                Signature signature = Signature.getInstance(certificate.getSigAlgName());
                signature.initVerify(certificate);
                signature.update(message);
                return signature.verify(sig);
            }
        }
2.  生成了我们自己的证书之后，假如我们也想我们的电脑信任此证书，该如何操作呢？
    
    \*\*答：\*\*将自签名证书导入自己的操作系统或者浏览器之中即可，比如以前的12306网站就是如此操作。当然这么做存在潜藏风险，因为你一旦信任了该证书，那么你也会自动信任该证书签发的所有网站，当它们想要干点坏事的时候你就会防不胜防，因此最好不用此种方式或用完即删。

--------------------

#### 三、番外篇： ####

###### 1、Windows 如何查看自己电脑上的证书？ ######

按住 Windows + R 键调出运行栏，然后输入`certmgr.msc`回车运行即可。

![Windows 如何查看自己电脑上的证书][Windows]

###### 2、macOS 如何查看自己电脑上的证书？ ######

Mac用户搜索应用 “钥匙串” 即可看到自己电脑上被信任的所有根证书。

![macOS 如何查看自己电脑上的证书][macOS]

--------------------

#### 附录：参考文章 ####

1.  [数字证书、签名到底是什么？][Link 1]
2.  [证书，证书链，CA的那些事][CA]

[7047a4e0d5984c0a77783398867231c5.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/7047a4e0d5984c0a77783398867231c5.jpeg
[Demo]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/9747e10d5667d689eb77267aa2011b81.jpeg
[ecf59abbd7b5d94e6ad3a2b018cb31ec.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ecf59abbd7b5d94e6ad3a2b018cb31ec.png
[HTTP_HTTPS]: https://img-blog.csdnimg.cn/d1ef19eaef464a8c939a87aabe3bd8e7.png
[ed6052cb47a64ab899feca0f9f884f50.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/ed6052cb47a64ab899feca0f9f884f50.png
[f93ff5114a957688b5acb9381ab81855.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/f93ff5114a957688b5acb9381ab81855.png
[66abf6fa9b583cbfbfc327d606b15325.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/66abf6fa9b583cbfbfc327d606b15325.jpeg
[c04f4a64dd454be6abdcc563e5af9e81.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c04f4a64dd454be6abdcc563e5af9e81.png
[9562c9b104bf7aef432b59ccfbb7ea2e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/9562c9b104bf7aef432b59ccfbb7ea2e.png
[278121b8954dc541e29e0183082e45a1.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/278121b8954dc541e29e0183082e45a1.jpeg
[image-20220814163434937]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0e67cd0374361ba08ac2c74c9e247e06.png
[CRS]: https://myssl.com/csr_create.html
[CRS 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/dd54ebf7881747dbaa17162affeac6ea.png
[Windows]: https://img-blog.csdnimg.cn/3bcc93ac38ad49d8b3d738176f3606d3.png
[macOS]: https://img-blog.csdnimg.cn/8b7538332901441fb3bcafcc1f0c3c05.png
[Link 1]: https://www.51cto.com/article/628890.html
[CA]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/100389013