局域网可信SSL证书（Openssl X509 方式）

Posted 2023-05-18 Updated 2023-05- 18

By 白山羊

29~38 min read

创建局域网/单机可信SSL证书（`openssl X509`）

有一套完善的机制来保证证书的有效性，可靠性，这就是我们的公钥基础设施（Public Key Infrastructure, PKI）。
其中最为关键的是证书颁发机构（Certification Authority, CA），负责颁发证书、认证证书、管理已颁发证书。
CA 自己创建一个证书（公钥 + 私钥），信任这个 CA 的人使用它的证书来签名和验证自己的证书，一级一级的传递下来。
如果需要一个大家都信任的证书，就需要向一个大家都信任的 CA 申请，提交身份信息 + 密钥。
CA 确认之后，使用私钥为之签名，然后这个身份信息 + 颁发者信息(序列号) + 公钥 + 算法 + 签名 + 有效期等，合在一起就是一个证书了。
如果其他人需要确认这个证书的真假，就拿 CA 的公钥（公开的）来校验一下，通过之后就认为其有效。

PKI 的这一整套机制，全部遵循国际电信联盟制定与颁发的 X.509 标准。
几乎 IT 届所有通讯技术中使用的加密都离不开这一套（还有一套机制，就是 PGP 体系的分布式信任模型 Web of Trust）。

PEM 编码格式，就是常见的 -----BEGIN XXX----- + base64 + -----END XXX-----
DER 编码格式，二进制
PFX 参考下面说的 PKCS#12, 公钥 / 私钥 / 证书，好像是用于安全转移
通常用它来打包一个私钥及有关的 X.509 证书，或者打包信任链的全部项目。
其文件常用 .p12 后缀或 .pfx 后缀
JKS Java Key Store, 私钥 + 证书，常用 Java Keytool 做合成或提取
CER / CRT 常见后缀，表示证书
PKCSThe Public-Key Cryptography Standards，RSA 公司设计的公钥加密标准，目前共有 15 部分，其中：
- PKCS#1 RSA Cryptography Standard v2.2, RFC8017
- PKCS#3 Diffie–Hellman Key Agreement Standard v1.4
- PKCS#5 Password-based Encryption Standard v2.1, RFC8018, PBKDF2
- PKCS#8 Private-Key Information Syntax Standard v1.2, RFC5958
- PKCS#10 Certification Request Standard v1.7, RFC2986
- PKCS#12 Personal Information Exchange Syntax Standard v1.1 RFC7292
  似乎是根据微软的 PFX 格式发展过来的，现在可以把 PFX 看做 PKCS#12 的同义词

一般的习惯：

公钥和私钥，用 .key 后缀
证书一般采用 .cer 或 .crt 做后缀
不管是公钥、私钥，还是证书，都有按照保存格式，使用 .pem 或 .der 后缀的
还有合并存储的可能，最简单的就是 cat ca.key ca.crt > ca.pem
至少 Python 的 SSL 库加载证书时，支持私钥和证书合并存储在同一个文件

什么是自签名

模拟 PKI 机制，先创建一个证书，将其作为根证书。然后使用这个根证书给其他新创建的证书做签名，形成一个证书链。
这种自己给自己背书的行为，就叫自签名，得到的签名证书就叫自签名证书。

一般，我们在 Socket 编程中，使用 TLS 的场景，似乎都不对证书做校验，只要求两边都有证书就行了。
这种情况下，自签名似乎是个脱裤子放屁的事情，直接生成 CA 证书使用就行了。

但是也有很多场景，就是应用层的互联网协议，一般需要完整的 PKI 支持，比如浏览器（HTTPS），会逐层校验证书合法性。

一、步骤

以一台机器作为根证书服务器（其实就是CA），负责生成根证书；
所有网站的证书，都用这张根证书来签发；
客户端导入这张根证书到自己的“受信任的根证书颁发机构”里。

二、生成根证书

生成根证书应该有许多种：

如果操作系统是server，可以搭建CA服务器
使用mkcert帮助工具，详细介绍参考官方说明
使用openssl 自助生成

三、生成局域网可信证书

（一）、使用`mkcert` 生成CA根证书并签发对应的端证书

1、在项目版本页选择对应系统的发布包

2、安装（以Windows系统为例）

进入mkcert所在目录, 执行以下命令（以管理员身份）：

 .\mkcert-v1.4.4-windows-amd64.exe -install

输出

如果不需要CA，使用 -uninstall 卸载。

3、生成SSL证书

安装完毕后，依然在当前目录执行以下命令，其中ip为服务端ip（ip可以同时生成多个）。在当前目录将生成两个文件，证书文件.pem 和证书key文件-key.pem，这两个文件配置到服务端即可，如果需要转格式可以网上查找，一般我是配置到nginx不需要转换。
如果是自己单机使用就已经结束了。

文件名 服务端ip

例如，我的是
.\mkcert-v1.4.4-windows-amd64.exe 192.168.x.x

4、获取CA根证书，以便给局域网内其它用户使用

首先取出自己的根证书。执行以下命令查看根证书位置，打开地址后能看到两个文件rootCA.pem 和 rootCA-key.pem ，将rootCA.pem 取出即可。把rootCA.pem 和 mkcert 的执行文件一起打包发送给局域网内需要的用户，将rootCA.pem 所在目录设置进环境变量即可。

#导出CA根证书:
.\mkcert-v1.4.4-windows-amd64.exe -CAROOT
#将rootCA.pem 根证书和安装文件放到同一目录， 并制作对应脚本方便分发，目录机构示例见： https://s2.loli.net/2022/04/29/9cgp5KWltFkhuxn.png
#根证书安装脚本：
@echo off
set p=%~dp0
SETX CAROOT %p% && mkcert-v1.4.4-windows-amd64.exe -install
pause

#卸载脚本：
mkcert-v1.4.4-windows-amd64.exe -uninstall

5、分享根并安装证书

拿到分享的文件夹后，首先需要将当前文件夹放置到一个不会干扰使用者的地方（主要是别以后被机主删掉了或者移动了，毕竟我们把当前文件夹路径配置到环境变量了，要是找不到当前路径一切白搭）。
然后双击 install.bat

（二）、使用OpenSSL生成CA根证书并签发对应的端证书(`openssl X509` 方式)

对于SSL单向认证：

服务器需要CA证书、server证书、server私钥，客户端需要CA证。
对于SSL双向认证：

服务器需要CA证书、server证书、server私钥，客户端需要CA证书，client证书、client私钥。

使用openssl x509和使用openssl ca没有本质差别，openssl ca使用的配置文件，文件中配置固定的index.txt和serial文件，来记录签发过的证书，确保不会重复签发。如果把当前服务器作为专门的CA签发机构，使用openssl ca及其关联的配置文件会更好一些。如果只是命令行临时生成一下，用openssl x509完全可以满足需求。

1、生成CA证书

1.1、生成CA证书私钥

因为CA比较重要，它的秘钥长度可以大一点，安全性更高。另外-aes256选项会要求输入私钥保护密码，私钥本身以密文保存。执行后当前目录下得到ROOT_CA_PRIVATEKEY.pem文件

openssl genrsa -aes256 -out ROOT_CA_PRIVATEKEY.pem 4096

# 国密SM2证书
openssl ecparam -out ca.key -name SM2 -genkey

以上获得多文件为加密文件，内容以密文方式存放，如果需要解密获取裸私钥，使用以下命令：

openssl rsa -in ROOT_CA_PRIVATEKEY.pem -out rootCA.key

生成公钥的指令为：

openssl rsa -in rootCA.key -pubout -out rootCA.pub

1.2、使用根证书私钥创建一个自签ca根证书的申请

证数各参数含义如下：

C-----国家（Country Name）
ST----省份（State or Province Name）
L----城市（Locality Name）
O----公司（Organization Name）
OU----部门（Organizational Unit Name）
CN----产品名（Common Name）
emailAddress----邮箱（Email Address）

# 需要手动填写资料
openssl req -new -sha256 -key ROOT_CA_PRIVATEKEY.pem -out ROOT_CA_CSR.pem
# 无交互生成
openssl req -new -sha256 -key ROOT_CA_PRIVATEKEY.pem -out ROOT_CA_CSR.pem -subj "/C=CN/ST=SC/L=ChengDu/OU=ALL/O=www.lsln.top/CN=lsln.top"

1.3、创建一个 CA 根证书的配置文件(`ROOT_CA.cnf`)

很重要!! 不然苹果这样严格的设备不会识别为 CA证书, 内容如下：

# 创建 ROOT_CA.cnf 文件并写入下面内容
basicConstraints=critical,CA:TRUE
nsComment = "This Root certificate was generated by XXX"
keyUsage=critical, keyCertSign
subjectKeyIdentifier=hash

1.4、使用申请和私钥签发ca根证书

openssl x509 -req -sha256 -days 36500 -extfile ROOT_CA.cnf -in ROOT_CA_CSR.pem -signkey ROOT_CA_PRIVATEKEY.key -out ROOT_CA_CERT.crt

或者使用以下方式可以选择一步到位，不创建申请文件，直接创建根证书

# 创建root-ca并自签名
openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -nodes -keyout ROOT_CA_PRIVATEKEY.key -out ROOT_CA_CERT.crt -days 3650 -sha256 -subj  "/C=CN/ST=SC/L=ChengDu/OU=ALL/O=www.lsln.top/CN=lsln.top"

# 查看创建的证书
openssl x509 -in ROOT_CA_CERT.crt -text -noout

2.生成二级CA证书，并使用CA根证书签发

# 创建secondary-ca的证书签名请求
openssl req -new -newkey rsa:2048 -nodes -keyout secondary-ca.key -out secondary-ca.csr -subj "/C=CN/ST=SC/L=ChengDu/OU=it/O=www.lsln.top/CN=lsln.top"

# 使用root-ca签发secondary-ca的证书签名请求
openssl x509 -req -in secondary-ca.csr -CA ROOT_CA_CERT.crt -CAkey ROOT_CA_PRIVATEKEY.key -CAcreateserial -out secondary-ca.crt -days 3650 -extfile secondary-ca.cnf
# 查看创建的证书
openssl x509 -in secondary-ca.crt -text -noout

3、制作CA证书链

由于是二级CA颁发的证书，所以，服务器需要把根CA、二级CA等证书都要发送给浏览器，所以给到web服务器的证书是要一个聚合的证书

cat secondary-ca.crt ROOT_CA_CERT.crt > ca.chain.crt

4、生成SSL证书(使用二级CA证书签发)

接下来，使用 OpenSSL 创建服务器证书。
这一步原理, 首先创建私钥和 CSR (证书签名请求), 第二步用 CA证书为 CSR 签名生成 crt文件。

4.1、创建证书的密钥和 CSR 文件（证书签名请求）

这里由于不同设备支持等级不一样需要选用设备支持的加密方式.
这里使用 IP 192.168.10.1 作为演示

ECDSA (ECC 算法) P-256

 openssl ecparam -out 192.168.10.1.key -name prime256v1 -genkey
 openssl req -new -subj "/C=CN/ST=SC/OU=GATEWAY/O=www.lsln.top/CN=192.168.10.1" -key 192.168.10.1.key -out 192.168.10.1.csr

ECDSA (ECC 算法) P-384

 openssl ecparam -out 192.168.10.1.key -name secp384r1 -genkey
 openssl req -new -subj "/C=CN/ST=SC/OU=GATEWAY/O=www.lsln.top/CN=192.168.10.1" -key 192.168.10.1.key -out 192.168.10.1.csr

RSA - 嵌入式设备大多数用这个 2048-bit, 虽然最低推荐为 3072-bit 但是有的旧设备不支持.

 openssl req -newkey rsa:2048 -nodes -subj "/C=CN/ST=SC/OU=GATEWAY/O=www.lsln.top/CN=192.168.10.1" -keyout 192.168.10.1.key -out 192.168.10.1.csr

4.2、用 CA证书为 CSR 签名生成`crt`文件

创建ssl.cnf证书配置文件，将签发的域名或者IP地址填到 [alt_names] 里面

authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1= localhost
DNS.2= localhost.loacl
DNS.3= ...
IP.1 = 192.168.10.1
IP.2 = 192.168.10.198
IP.3 = ::1
IP.4 = 127.0.0.1
IP.5 = ...

不太正规的方法, 每次签发都使用 -CAcreateserial

 openssl x509 -req -CA secondary-ca.crt -CAkey secondary-ca.key -CAcreateserial -days 398 -sha256 -extfile ssl.cnf -in 192.168.10.1.csr -out 192.168.10.198.crt

正规方式, 每个证书是唯一的. 重新签发也需要使用第一次创建的序列号，查看序列号：

 openssl x509 -text -in .\192.168.10.198.crt -noout

第一次使用 -CAcreateserial 创建证书后保存证书序列号文件 192.168.10.1.srl
在此之后更新证书的时候使用相同的序列号

 openssl x509 -req -CA secondary-ca.crt -CAkey secondary-ca.key -CAserial 192.168.10.1.srl -days 398 -sha256 -extfile ssl.cnf -in 192.168.10.1.csr -out 192.168.10.198.crt

4.3、验证证书是否可信

openssl verify -CAfile ca.chain.crt 192.168.10.198.crt
 #输出以下信息则证明该证书可信
192.168.10.198.crt: OK

5、生成bundle.crt

cat 192.168.10.198.crt ca.chain.crt > 192.168.10.198.bundle.crt

四、将`pem`格式证书转换为`JKS`

1、将 .pem 格式的证书导出 .p12 格式(`keytool`)的证书

openssl pkcs12 -export -in cert.pem -inkey cert.key -out keystore.p12 -passout pass:<passvalue>

示例：

#无别名， 互动输入密钥信息
openssl pkcs12 -export -in 192.168.10.198.crt -inkey 192.168.10.1.key -out 192.168.10.198.p12
# 添加别名
openssl pkcs12 -export -name <alias> -in cert.pem -inkey cert.key -out keystore.p12 -passout pass:<passvalue>

2、将证书由 .p12 格式转换成 .jks 格式：

提示：执行 openssl 命令导出 .p12 格式证书时会要求设置密钥，执行 keytool 命令时也有 3 处要写密钥，最简单的方式就是所有需要密钥的地方，都使用同一个，这样也不会搞混。

keytool -importkeystore -srckeystore keystore.p12 -srcstoretype PKCS12 -destkeystore keystore.jks \
   -srcstorepass <passvalue> -deststorepass <passvalue>

示例：

keytool -importkeystore -deststorepass '<passvalue>' -destkeypass '<passvalue>' -destkeystore 192.168.10.198.jks -srckeystore 192.168.10.198.p12 -srcstoretype PKCS12 -srcstorepass  '<passvalue>'

License: CC BY 4.0

创建局域网/单机可信SSL证书（openssl X509）

什么是自签名

一、步骤

二、 生成根证书

三、生成局域网可信证书

（一）、 使用mkcert 生成CA根证书并签发对应的端证书

1、 在项目版本页选择对应系统的发布包

2、安装（以Windows系统为例）

3、 生成SSL证书

4、 获取CA根证书， 以便给局域网内其它用户使用