HTTPS

HTTPS = HTTP + TLS/SSL

TLS/SSL

SSL：Secure Sockers Layer，安全套接层
TLS：标准化之后的SSL

TLS

提供隐私和数据两个通信实体之前的完整性
由两层组成：TLS记录协议（TLS Record）和TLS握手协议（TLS Handshake）

单向认证 vs 双向认证

SSL的核心在于提供安全可信的通讯
实际应用中，通常有单向认证和双向认证两种实现方式

SSL单向认证

1 客户端：发送客户端SSL版本信息等
2 服务端：返回SSL版本信息等及服务器公钥
3 客户端：校验证书是否合法
验证证书是否过期、CA是否可靠等
4 客户端：发送对称加密方案给服务端
5 服务端：选择加密方式
6 服务端：将加密方案明文发送给客户端
7 客户端：产生随机码，生成对称加密密钥，使用服务端公钥加密，发送服务端
8 服务端：使用私钥解密，获得对称加密密钥
9 握手结束，对称加密，安全通信

SSL双向认证

1 客户端：发送客户端SSL版本信息等
2 服务端：返回SSL版本信息等及服务器公钥
3 客户端：校验证书是否合法
4 客户端：将自己的证书和公钥发送至服务端
5 服务端：校验客户端证书，获得客户端公钥
6 客户端：发送对接加密方案给服务端
7 服务端：选择加密方式
8 服务端：将加密方案使用客户端公钥加密后发送给客户端
9 客户端：使用私钥解密，获得加密方式，产生随机码，生成对称加密密钥，使用服务端公钥加密后，发送给服务端
10 服务端：使用私钥解密，获得对称加密密钥
11 握手结束，对称加密，安全通信

SSL构建

SSL核心的概念：ca、私钥、公钥、证书

私钥

私钥默认格式为pkcs1，一个简化的私钥生成命令：
openssl genrsa -out private.pem 3072
java对私钥格式有要求，需要转换为pkcs8格式，转换命令：
openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in private.pem -outform PEM -nocrypt -out private-pkcs8.pem

如何将pkcs8格式证书还原成pkcs1格式？
openssl rsa -in private-pkcs8.pem -out pkcs1.pem

CA

认证中心，第三方认证提供方，为证书提供可靠性认证
开发过程中一般使用自签发证书进行测试，再使用正式签发的证书
CA在使用时，主要是使用ca证书，ca证书由ca key签发而来

生成自签发的CA证书

要素： CA私钥、CA CSR、签发证书

生成CA私钥
openssl genrsa -out cakey.pem 3072
生成自签证书
openssl req -new -x509 -key cakey.pem -out cacert.pem

这一步也可以拆分为两步
1 生成CSR
openssl req -new -key cakey.pem -out client.csr
2 签发证书
openssl x509 -req -in client.csr -signkey cakey.pem -out client.crt

中间根据提示输入Country Name、State or Province Name等等

如何查看证书内容?
openssl x509 -text -in cacert.pem

生成自签 CA证书

组成：CA根证书、签发客户端证书

创建CA根证书

mkdir -p ~/ssl/{certs, newcerts, crl, private}
cd ~/ssl
touch index.text
ehco "01" > serial

2 修改openssl.cnf文件
自定义证书的和证书申请中的一些属性和扩展

cp /etc/ssl/openssl.cnf ~/ssl/.
vi ~/ssl/openssl.cnf

3 生成CA根证书和密钥
openssl req -new -x509 -newkey rsa:4096 -keyout cakey.key -out cacert.crt -config openssl.cnf -days 365

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, X.509 证书编码格式主要有两种： .PEM 和.DER。
.DER 是二进制编码，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。
.PEM 是明文格式的, 以 “-----BEGIN CERTIFICATE----- 开头，已 -----END CERTIFICATE----- 结尾”, 中间是经过 base64 编码的内容, 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。PEM 其实就是把 DER 的内容进行了一次 base64 编码。
此处通过命令生成扩展名为.crt 的根证书文件和扩展名为.key 的公钥，生成的证书和公钥可能是.PEM 编码格式，也可能是.DER 编码格式。

4 查看证书，编码、转码
查看密钥

openssl rsa -noout -text -in cakey.key
查看证书
openssl x509 -noout -text -in cacert.crt
编码格式转换
PEM转DER：openssl x509 -in cacert.crt -outform der -out cacert.der
DER转PEM：openssl x509 -in cacert.crt -inform der -outform pem -out cacert.pem

签发客户端证书

使用 OpenSSL 创建客户端证书时，请注意
创建私钥时，请将长度指定为 4096
创建证书时，对于 -extensions 参数，指定 usr_cert

1 生成客户端密钥
openssl genrsa -out client.key 4096
2 生成csr
openssl req -new -key client.key -out client.csr -config openssl.cnf
3 使用CA根证书签发客户端签发证书
openssl ca -in client.csr -out client.crt -cert cacert.crt -keyfile cakey.key -config openssl.cnf
4 把客户端证书和密钥保存为.pem格式
cat client.crt client.key > client.pem

生成正式证书

生成私钥
openssl genrsa -out product.key 3072
生成证书签发请求
openssl req -new -key product.key -out product.csr
将证书签发请求发送至CA，签发证书，这一步一般无法感知，大概的意思就是执行下面的签发命令
openssl ca -in product.csr -out product.crt -days 365
上面这一条还是隐藏了很多细节，再看下面的
签名过程需要 CA 的证书和私钥参与，最终颁发一个带有 CA 签名的证书
openssl x509 -req -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -in product.csr -out product.crt
这个product.crt就是正式可以使用的证书了

CA自身的crt的问题有点像“鸡”和“蛋”的问题，实际上初始的crt是自签发的
然后再以“合法”的形式，给其他的ca授权
这是个一本万利的可持续的生意

来个SSL证书认证的例子

生成认证私钥/公钥

生成服务器端私钥
openssl genrsa -out server.key 1024
生成服务器端公钥
openssl rsa -in server.key -pubout -out server.pem
生成客户端私钥
openssl genrsa -out client.key 1024
生成客户端公钥
openssl rsa -in client.key -pubout -out client.pem

生成自签发 CA 证书

生成 CA 私钥
openssl genrsa -out ca.key 1024
生成CSR
openssl req -new -key ca.key -out ca.csr
生成CA证书
openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt

使用上面的命令会提示输入
➜ keys openssl req -new -key ca.key -out ca.csr
You are about to be asked to enter information that will be incorporated into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
Country Name (2 letter code) [AU]:CN
State or Province Name (full name) [Some-State]:Zhejiang
Locality Name (eg, city) []:Hangzhou
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:My CA
Organizational Unit Name (eg, section) []:
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []:localhost
Email Address []:
注意，这里的 Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]: 后面生成客户端和服务器端证书的时候也需要填写，不要写成一样的！！！可以随意写如：My CA, My Server, My Client。
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []: 这一项，是最后可以访问的域名，这里为了方便测试，写成 localhost

生成最终服务器端证书和客户端证书

生成证书
签名过程需要 CA 的证书和私钥参与，最终颁发一个带有 CA 签名的证书

openssl x509 -req -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -in server.csr -out server.crt
openssl x509 -req -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -in client.csr -out client.crt

再转换一个pkcs8格式的证书
openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -outform PEM -nocrypt -in polyglot.key -out polyglot-pkcs8.key

查看域名证书信息

openssl s_client -connect www.google.com.hk:443

参考链接

TLS单向认证和双向认证的区别

SSL证书的工作原理 (trustasia.com)

HTTPS/证书介绍