OpenSSL生成自签名证书

名词解释

CA(Certificate Authority)

证书授权机构, 负责发放和管理数字证书的权威机构，有自己的证书，可以拿自己的证书给别人签名。

RootCA

根证书，权威机构持有的证书，安装根证书意味着对这个证书机构的信任，所有其他证书都由这个根证书来签发。只需要把这个根证书添加到受信任的根证书，所有其他由此根证书签发的证书都会被自动信任。

SubCA

中间证书机构，由权威机构签发的证书，

CSR(Certificate Signing Request)

证书请求文件，证书申请者在申请数字证书时生成私钥的同时也生成证书请求文件，证书申请者只要把CSR文件提交给证书颁发机构后，证书颁发机构使用其根证书给私钥签名就生成了证书公钥文件，也就是颁发给用户的证书。

常用后缀名

格式	说明
.crt,.cer	证书文件
.key	私钥文件
.csr	证书签名请求文件
.pem	base64编码证书文件,可以单独放证书或密钥，也可以同时放两个。Apache 和 NGINX 服务器偏向于使用这种编码格式，也是 openssl 默认采用的信息存放方式。
.der	二进制证书文件，可包含所有私钥、公钥和证书，是大多数浏览器的缺省格式，常见于 Windows 系统中的证书格式。

证书链

在证书链中，通常分为三级结构，分别是根证书、中间证书、服务器证书。正确的证书链顺序中服务器证书处在最底端，里面包含服务器域名域名服务器公钥和签名值等。服务器证书的上一级是中间证书，可以由多张证书组合在一起，最上级是根证书。对服务器身份进行校验时，需要验证一整个证书链。每一级证书都有签名值，根证书使用自己的根CA公钥验证自己的签名，也用来验证中间证书的签名值，中间证书的公钥用来验证下一级证书的签名值。

生成根证书

生成根私钥

# 生成CA认证机构的证书密钥
# 需要设置密码(输入两次)
openssl genrsa -des3 -out root-ca.priv.key 4096

# 去除密钥里的密码,有密码的话每次使用的时候都要输入密码才能使用。
# 需要再输入一次上一步的密码
openssl rsa -in root-ca.priv.key -out root-ca.key

第一次生成的私钥，是带有 passphrase 的。这带来一个副作用，就是需要在使用过程中输入密码。这对于一些特定场景来说会带来一些问题。比如：Apache 的自动启动过程，或者一些工具，甚至有没有提供输入 passphrase 的机会。其实是可以将 3DES 的加密从秘钥中移除的，这样，使用的过程中就不再需要输入 passphrase。这也带来另一个问题，如果其他人获取到了未加密的私钥，对应的证书也需要被吊销，以避免带来危害。

生成自签名的根证书请求

-subj 参考证书请求文件参数说明

# 生成根证书自签名请求
openssl req -new -key root-ca.key \
    -subj "/C=CN/ST=Tianjin/L=Tianjin/O=Example/OU=DEV/CN=Example Root" \
    -out root-ca.csr

生成自签名根证书

# 参数说明
# -x509	使用X.509证书结构生成证书，X.509 证书的结构是用 ASN1(Abstract Syntax Notation One)进行描述数据结构。
# -days 证书有效期,按天来算
openssl x509 -req -in root-ca.csr -signkey root-ca.key -out root-ca.crt -days 3650

生成中间证书

如果不是复杂场景可以跳过此步骤，使用根证书直接生成客户端证书

使用root-ca签发sub-ca的证书签名请求,中间证书指的是可以允许继续生成下级证书，否则的话默认生成终端证书，即使可以用中间证书生成下一级客户端和服务端等用户证书，最终验证的无法通过。

生成中间证书私钥

# 生成私钥,方式1(参考根证书私钥)
openssl genrsa -des3 -out mid-ca.priv.key 4096
openssl rsa -in mid-ca.priv.key -out mid-ca.key

# 生成私钥,方式2
openssl genpkey -algorithm RSA -out mid-ca.key -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096

生成中间证书请求

-subj参考证书请求文件参数说明

# 生成中间证书自签名请求
openssl req -new -key root-ca.key \
    -subj "/C=CN/ST=Tianjin/L=Tianjin/O=Example/OU=DEV/CN=Example Root" \
    -out mid-ca.csr 

# 同时生成key和csr
openssl req -new -newkey rsa:4096 -nodes -keyout mid-ca.key -out mid-ca.csr \
    -subj="/C=CN/ST=Tianjin/L=Tianjin/O=Example/OU=DEV/CN=Example Mid"

生成中间证书

# 生成证书
openssl x509 -req -extfile <(printf "subjectKeyIdentifier=hash\nauthorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer:always") \
    -days 3650 -in mid-ca.csr -CA root-ca.crt -CAkey root-ca.key \
    -CAcreateserial -out mid-ca.crt

验证中间证书

1	openssl verify -CAfile root-ca.crt mid-ca.crt

生成终端证书

假设服务器域名为example.io

生成终端证书私钥

# 生成私钥，方式1(参考根证书私钥)
openssl genrsa -des3 -out example.io.priv.key 4096
openssl rsa -in example.io.priv.key -out example.io.priv.key

# 生成私钥，方式2
openssl genpkey -algorithm RSA -out example.io.key -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096

生成终端证书请求

-subj 参考证书请求文件参数说明

1 2	# 生成终端证书自签名请求 openssl req -new -key example.io.key -out example.io.csr -subj="/CN=example.io"

生成终端证书

 # 生成证书,如果不使用中间证书可把mid-ca.crt替换为root-ca.crt
openssl x509 -req -days 3650 \
    -extfile v3.ext
    -CA root-ca.crt -CAkey root-ca.key -CAcreateserial \
    -in example.io.csr -signkey example.io.key \
    -out example.io.crt
    
openssl x509 -req -extfile v3.ext -days 365 -in example.io.csr -CA mid-ca.crt -CAkey mid-ca.key -CAcreateserial -out example.io.crt

# 导出pfx,
openssl pkcs12 -export -out example.io.pfx -inkey example.io.key -in example.io.crt

v3.ext参考X.509扩展配置

验证终端证书

1	openssl verify -CAfile root-ca.crt example.io.crt

查看证书信息

# 查看公钥的内容,如果为.PEM ,则会以 base 64 明文方式显示
openssl rsa -noout -text -in cakey.key

# 查看证书的内容命令为
openssl x509 -noout -text -in cacert.crt

# 证书编码格式转换
# PEM 转为 DER
openssl x509 -in cacert.crt -outform der -out cacert.der
# DER 转为 PEM
openssl x509 -in cert.crt -inform der -outform pem -out cacert.pem

证书有效性验证

可以利用openssl 的s_server命令来模拟一个服务端，要使用到证书管理员生成的证书client.crt，以及申请人在创建csr时生成的 client.key

1	openssl s_server -cert example.io.crt -key example.io.key -debug -HTTP -accept 443

然后浏览器访问 https://ip地址来查看证书是否有效（要先导入根证书到

信任的根证书颁发机构）。

吊销证书

一般由于用户私钥泄露等情况才需要吊销一个未过期的证书。

假设需要被吊销的证书文件为 cert.pem

# 生成证书吊销列表文件
# 可选参数
#   -crldays 下一个吊销列表将在n天后发布
#   -crlhours 下一个吊销列表将在n小时后发布
openssl ca -revoke cert.pem 

# 查看吊销列表
openssl crl -in testca.crl -text -noout

附件

证书请求文件参数说明

参数	说明
/C	Country Name (2 letter code)	两字母的国家代码，例如 “CN”。
/ST	State or Province Name	州或省的全名。
/L	Locality Name (e.g., city)	城市或地区的全名。
/O	Organization Name (e.g., company)	公司或组织的全名。
/OU	Organizational Unit Name (e.g., section)	部门或单位的全名。
/CN	Common Name (e.g., your name or your server’s hostname)	通常是你的服务器的主机名。
emailAddress	Email Address	电子邮件地址，用于证书联系。

这些信息将用于填写证书请求文件。在实际情况中，一些字段可能不是必需的，具体取决于你的使用场景和证书颁发机构（CA）的要求。通常，“Common Name” 是最重要的字段，应该设置为与你的服务器域名或主机名相匹配的值。其他字段的值可以根据实际情况填写。

示例

1	/C=CN/ST=Tianjin/L=Tianjin/O=Example/OU=DEV/CN=example.com/emailAddress=dev@example.com

X.509扩展配置

v3.ext

authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
subjectKeyIdentifier=hash
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
#extendedKeyUsage = serverAuth
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
DNS.1=example.io
DNS.2=*.example.io
IP.3=192.168.0.2