CA證書與https講解

1.什么是CA證書洼裤。

◇ 普通的介紹信

想必大伙兒都聽說過介紹信的例子吧拄查？假設(shè) A 公司的張三先生要到 B 公司去拜訪拙徽，但是 B 公司的所有人都不認(rèn)識他恰矩，他咋辦捏仿便？常用的辦法是帶公司開的一張介紹信迄沫，在信中說：茲有張三先生前往貴公司辦理業(yè)務(wù)稻扬，請給予接洽......云云。然后在信上敲上A公司的公章羊瘩。

張三先生到了 B 公司后泰佳，把介紹信遞給 B 公司的前臺李四小姐。李小姐一看介紹信上有 A 公司的公章尘吗，而且 A 公司是經(jīng)常和 B 公司有業(yè)務(wù)往來的逝她，這位李小姐就相信張先生不是歹人了。

這里睬捶，A公司就是CA證書

◇ 引入中介機(jī)構(gòu)的介紹信

好黔宛，回到剛才的話題。如果和 B 公司有業(yè)務(wù)往來的公司很多擒贸，每個公司的公章都不同臀晃，那前臺就要懂得分辨各種公章，非常滴麻煩酗宋。所以积仗，有某個中介公司 C，發(fā)現(xiàn)了這個商機(jī)蜕猫。C公司專門開設(shè)了一項“代理公章”的業(yè)務(wù)寂曹。

今后，A 公司的業(yè)務(wù)員去 B 公司，需要帶2個介紹信：

介紹信1

含有 C 公司的公章及 A 公司的公章隆圆。并且特地注明：C 公司信任 A 公司漱挚。

介紹信2

僅含有 A 公司的公章，然后寫上：茲有張三先生前往貴公司辦理業(yè)務(wù)渺氧，請給予接洽......云云旨涝。

某些不開竅的同學(xué)會問了，這樣不是增加麻煩了嗎侣背？有啥好處捏白华？

主要的好處在于，對于接待公司的前臺贩耐，就不需要記住各個公司的公章分別是啥樣子的弧腥；他/她只要記住中介公司 C 的公章即可。當(dāng)他/她拿到兩份介紹信之后潮太，先對介紹信1的 C 公章管搪，驗明正身；確認(rèn)無誤之后铡买，再比對介紹信1和介紹信2的兩個 A 公章是否一致更鲁。如果是一樣的，那就可以證明介紹信2是可以信任的了奇钞。

◇ 什么是證書澡为？

“證書”洋文也叫“digital certificate”或“public key certificate”（專業(yè)的解釋看“這里”）。

它是用來證明某某東西確實是某某東西的東西（是不是像繞口令景埃？）缀壤。通俗地說，證書就好比例子里面的公章纠亚。通過公章塘慕，可以證明該介紹信確實是對應(yīng)的公司發(fā)出的。

理論上蒂胞，人人都可以找個證書工具图呢，自己做一個證書。那如何防止壞人自己制作證書出來騙人捏骗随？請看后續(xù) CA 的介紹蛤织。

◇ 什么是CA？

CA是Certificate Authority的縮寫鸿染，也叫“證書授權(quán)中心”指蚜。（專業(yè)的解釋看“這里”）

它是負(fù)責(zé)管理和簽發(fā)證書的第三方機(jī)構(gòu)，就好比例子里面的中介——C 公司涨椒。一般來說摊鸡，CA必須是所有行業(yè)和所有公眾都信任的绽媒、認(rèn)可的。因此它必須具有足夠的權(quán)威性免猾。就好比A是辕、B兩公司都必須信任C公司，才會找 C 公司作為公章的中介猎提。

◇ 什么是CA證書获三？

CA 證書，顧名思義锨苏，就是CA頒發(fā)的證書疙教。

前面已經(jīng)說了，人人都可以找工具制作證書伞租。但是你一個小破孩制作出來的證書是沒啥用處的松逊。因為你不是權(quán)威的CA機(jī)關(guān)，你自己搞的證書不具有權(quán)威性肯夏。

這就好比上述的例子里，某個壞人自己刻了一個公章犀暑，蓋到介紹信上驯击。但是別人一看，不是受信任的中介公司的公章耐亏，就不予理睬徊都。壞蛋的陰謀就不能得逞啦。

文本后續(xù)提及的證書广辰，若無特殊說明暇矫，均指 CA 證書。

2.證書的簽發(fā)過程：

• a.服務(wù)方 S 向第三方機(jī)構(gòu)CA提交公鑰择吊、組織信息李根、個人信息(域名)等信息并申請認(rèn)證；

• b.CA 通過線上几睛、線下等多種手段驗證申請者提供信息的真實性房轿，如組織是否存在、企業(yè)是否合法所森，是否擁有域名的所有權(quán)等囱持；

• c.如信息審核通過，CA 會向申請者簽發(fā)認(rèn)證文件-證書焕济。

證書包含以下信息：申請者公鑰纷妆、申請者的組織信息和個人信息、簽發(fā)機(jī)構(gòu) CA 的信息晴弃、有效時間掩幢、證書序列號等信息的明文逊拍，同時包含一個簽名；

簽名的產(chǎn)生算法：首先粒蜈，使用散列函數(shù)計算公開的明文信息的信息摘要顺献，然后，采用 CA 的私鑰對信息摘要進(jìn)行加密枯怖，密文即簽名注整；

• d.客戶端 C 向服務(wù)器 S 發(fā)出請求時，S 返回證書文件度硝；

• e.客戶端 C 讀取證書中的相關(guān)的明文信息肿轨，采用相同的散列函數(shù)計算得到信息摘要，然后蕊程，利用對應(yīng) CA 的公鑰解密簽名數(shù)據(jù)椒袍，對比證書的信息摘要，如果一致藻茂，則可以確認(rèn)證書的合法性驹暑，即公鑰合法；

• f.客戶端然后驗證證書相關(guān)的域名信息辨赐、有效時間等信息优俘；

• g.客戶端會內(nèi)置信任 CA 的證書信息(包含公鑰)，如果CA不被信任掀序，則找不到對應(yīng) CA 的證書帆焕，證書也會被判定非法。

在這個過程注意幾點：

1.申請證書不需要提供私鑰不恭，確保私鑰永遠(yuǎn)只能服務(wù)器掌握叶雹；

2.證書的合法性仍然依賴于非對稱加密算法，證書主要是增加了服務(wù)器信息以及簽名换吧；

3.內(nèi)置 CA 對應(yīng)的證書稱為根證書折晦，頒發(fā)者和使用者相同，自己為自己簽名沾瓦，即自簽名證書筋遭；

4.證書=公鑰+申請者與頒發(fā)者信息+簽名；

http通信存在的問題

• 容易被監(jiān)聽
  • http通信都是明文暴拄，數(shù)據(jù)在客戶端與服務(wù)器通信過程中漓滔，任何一點都可能被劫持。比如乖篷，發(fā)送了銀行卡號和密碼响驴，hacker劫取到數(shù)據(jù)，就能看到卡號和密碼撕蔼，這是很危險的
• 被偽裝
  • http通信時豁鲤，無法保證通行雙方是合法的秽誊，通信方可能是偽裝的。比如你請求www.taobao.com,你怎么知道返回的數(shù)據(jù)就是來自淘寶琳骡，中間人可能返回數(shù)據(jù)偽裝成淘寶锅论。
• 被篡改
  • hacker中間篡改數(shù)據(jù)后，接收方并不知道數(shù)據(jù)已經(jīng)被更改

共享密鑰加密和公開密鑰加密

后續(xù)內(nèi)容的需要楣号，這里插播一段共享密鑰加密和公開密鑰加密

• 共享密鑰加密
  • 共享密鑰的加密密鑰和解密密鑰是相同的最易，所以又稱為對稱密鑰
• 公開密鑰加密
  • 加密算法是公開的，密鑰是保密的炫狱。公開密鑰分為私有密鑰和公有密鑰藻懒，公有密鑰是公開的，任何人(客戶端)都可以獲取视译，客戶端使用公有密鑰加密數(shù)據(jù)嬉荆，服務(wù)端用私有密鑰解密數(shù)據(jù)。
• 異同
  • 共享密鑰加密與公開密鑰加密相比酷含，加解密處理速度快鄙早，但公開密鑰更適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)下使用

https解決的問題

https很好的解決了http的三個缺點（被監(jiān)聽、被篡改椅亚、被偽裝）限番，https不是一種新的協(xié)議，它是http+SSL(TLS)的結(jié)合體什往，SSL是一種獨立協(xié)議，所以其它協(xié)議比如smtp等也可以跟ssl結(jié)合慌闭。https改變了通信方式别威，它由以前的http—–>tcp，改為http——>SSL—–>tcp驴剔；https采用了共享密鑰加密+公開密鑰加密的方式

• 防監(jiān)聽
  • 數(shù)據(jù)是加密的省古，所以監(jiān)聽得到的數(shù)據(jù)是密文，hacker看不懂丧失。
• 防偽裝
  • 偽裝分為客戶端偽裝和服務(wù)器偽裝豺妓，通信雙方攜帶證書，證書相當(dāng)于身份證布讹，有證書就認(rèn)為合法琳拭，沒有證書就認(rèn)為非法，證書由第三方頒布描验，很難偽造
• 防篡改
  • https對數(shù)據(jù)做了摘要白嘁，篡改數(shù)據(jù)會被感知到。hacker即使從中改了數(shù)據(jù)也白搭膘流。

https連接過程

• 客戶端發(fā)送請求到服務(wù)器端
• 服務(wù)器端返回證書和公開密鑰絮缅，公開密鑰作為證書的一部分而存在
• 客戶端驗證證書和公開密鑰的有效性鲁沥，如果有效，則生成共享密鑰并使用公開密鑰加密發(fā)送到服務(wù)器端
• 服務(wù)器端使用私有密鑰解密數(shù)據(jù)耕魄，并使用收到的共享密鑰加密數(shù)據(jù)画恰，發(fā)送到客戶端
• 客戶端使用共享密鑰解密數(shù)據(jù)
• SSL加密建立………

客戶端認(rèn)證的通信的過程

• 客戶端需要認(rèn)證的過程跟服務(wù)器端需要認(rèn)證的過程基本相同，并且少了最開始的兩步吸奴。這種情況都是證書存儲在客戶端允扇，并且應(yīng)用場景比較少，一般金融才使用奄抽，比如支付寶蔼两、銀行客戶端都需要安裝證書

后續(xù)的問題

• 怎樣保證公開密鑰的有效性
  • 你也許會想到，怎么保證客戶端收到的公開密鑰是合法的逞度，不是偽造的额划，證書很好的完成了這個任務(wù)。證書由權(quán)威的第三方機(jī)構(gòu)頒發(fā)档泽，并且對公開密鑰做了簽名俊戳。
• https的缺點
  • https保證了通信的安全，但帶來了加密解密消耗計算機(jī)cpu資源的問題 馆匿，不過抑胎，有專門的https加解密硬件服務(wù)器
• 各大互聯(lián)網(wǎng)公司，百度渐北、淘寶阿逃、支付寶、知乎都使用https協(xié)議赃蛛，為什么恃锉？
  • 支付寶涉及到金融，所以出于安全考慮采用https這個呕臂，可以理解破托，為什么百度、知乎等也采用這種方式歧蒋？為了防止運營商劫持土砂！http通信時，運營商在數(shù)據(jù)中插入各種廣告谜洽，用戶看到后萝映，怒火發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)公司，其實這些壞事都是運營商(移動阐虚、聯(lián)通锌俱、電信)干的,用了https，運營商就沒法插播廣告篡改數(shù)據(jù)了敌呈。

4.比較完整的過程：

    **1. 客戶端發(fā)起HTTPS請求**

這個沒什么好說的贸宏，就是用戶在瀏覽器里輸入一個https網(wǎng)址造寝，然后連接到server的443端口。

    **2. 服務(wù)端的配置**

采用HTTPS協(xié)議的服務(wù)器必須要有一套數(shù)字證書吭练，可以自己制作诫龙，也可以向組織申請。區(qū)別就是自己頒發(fā)的證書需要客戶端驗證通過鲫咽，才可以繼續(xù)訪問签赃，而使用受信任的公司申請的證書則不會彈出提示頁面(startssl就是個不錯的選擇，有1年的免費服務(wù))分尸。這套證書其實就是一對公鑰和私鑰锦聊。如果對公鑰和私鑰不太理解，可以想象成一把鑰匙和一個鎖頭箩绍，只是全世界只有你一個人有這把鑰匙孔庭，你可以把鎖頭給別人，別人可以用這個鎖把重要的東西鎖起來材蛛，然后發(fā)給你圆到，因為只有你一個人有這把鑰匙，所以只有你才能看到被這把鎖鎖起來的東西卑吭。

3. 傳送證書

這個證書其實就是公鑰芽淡，只是包含了很多信息，如證書的頒發(fā)機(jī)構(gòu)豆赏，過期時間等等挣菲。

4. 客戶端解析證書

這部分工作是有客戶端的TLS來完成的，首先會驗證公鑰是否有效掷邦，比如頒發(fā)機(jī)構(gòu)白胀，過期時間等等，如果發(fā)現(xiàn)異常耙饰，則會彈出一個警告框纹笼，提示證書存在問題纹份。如果證書沒有問題苟跪，那么就生成一個隨機(jī)值。然后用證書對該隨機(jī)值進(jìn)行加密蔓涧。就好像上面說的件已，把隨機(jī)值用鎖頭鎖起來，這樣除非有鑰匙元暴，不然看不到被鎖住的內(nèi)容篷扩。

5. 傳送加密信息

這部分傳送的是用證書加密后的隨機(jī)值，目的就是讓服務(wù)端得到這個隨機(jī)值茉盏，以后客戶端和服務(wù)端的通信就可以通過這個隨機(jī)值來進(jìn)行加密解密了鉴未。

6. 服務(wù)段解密信息

服務(wù)端用私鑰解密后枢冤，得到了客戶端傳過來的隨機(jī)值(私鑰)，然后把內(nèi)容通過該值進(jìn)行對稱加密铜秆。所謂對稱加密就是淹真，將信息和私鑰通過某種算法混合在一起，這樣除非知道私鑰连茧，不然無法獲取內(nèi)容核蘸，而正好客戶端和服務(wù)端都知道這個私鑰，所以只要加密算法夠彪悍啸驯，私鑰夠復(fù)雜客扎，數(shù)據(jù)就夠安全。

7. 傳輸加密后的信息

這部分信息是服務(wù)段用私鑰加密后的信息罚斗，可以在客戶端被還原徙鱼。

8. 客戶端解密信息

客戶端用之前生成的私鑰解密服務(wù)段傳過來的信息，于是獲取了解密后的內(nèi)容惰聂。整個過程第三方即使監(jiān)聽到了數(shù)據(jù)疆偿，也束手無策。

5.總結(jié)整個過程：

1.服務(wù)器向CA機(jī)構(gòu)獲取證書（假設(shè)這個證書偽造不了）搓幌，當(dāng)瀏覽器首次請求服務(wù)器的時候杆故，服務(wù)器返回證書給瀏覽器。（證書包含：公鑰+申請者與頒發(fā)者的相關(guān)信息+簽名）

2.瀏覽器得到證書后溉愁，開始驗證證書的相關(guān)信息处铛，證書有效（沒過期等）。（驗證過程拐揭，比較復(fù)雜撤蟆，詳見上文）。

3.驗證完證書后堂污，如果證書有效家肯，客戶端是生成一個隨機(jī)數(shù)，然后用證書中的公鑰進(jìn)行加密盟猖，加密后讨衣，發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器用私鑰進(jìn)行解密式镐，得到隨機(jī)數(shù)反镇。之后雙方便開始用該隨機(jī)數(shù)作為鑰匙，對要傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密娘汞、解密歹茶。

關(guān)于https：http://blog.csdn.net/wangjun5159/article/details/51510594

引用參考博客：http://kb.cnblogs.com/page/194742/

關(guān)于https的誤解：http://www.admin5.com/article/20150523/600106.shtml

6.https 正式測試

準(zhǔn)備cfssl環(huán)境

mkdir /root/ssl_test
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /root/ssl_test/cfssl 
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /root/ssl_test/cfssljson 
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /root/ssl_test/cfssl-certinfo chmod +x /root/ssl_test/cfssl*

生成ca證書

• 準(zhǔn)備配置文件

cd /root/ssl_test;mkdir keys;cd keys
cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "8760h"
    },
    "profiles": {
      "app": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "8760h"
      }
    }
  }
}
EOF

cat > ca-csr.json <<EOF
{
  "CN": "k8s",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

• 執(zhí)行命令生成ca文件

../cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca

生成server證書

cat > app-csr.json <<EOF
{
  "CN": "*.ma.com",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

../cfssl gencert -ca=/root/keys/ca.pem \
  -ca-key=/root/keys/ca-key.pem \
  -config=/root/keys/ca-config.json \
  -profile=app app-csr.json | cfssljson -bare app

# openssl x509  -noout -text -in  app.pem

進(jìn)行驗證

• 導(dǎo)入證書

  ca.pem改名為ca.crt。將正式導(dǎo)入瀏覽器。

• 構(gòu)建https服務(wù)

cd /root/ssl_test
cat > http-server.js <<EOF
var https = require('https');
var fs = require('fs');

var options = {
    key: fs.readFileSync('./keys/app-key.pem'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/app.pem')
};

https.createServer(options, function (req, res) {
    res.writeHead(200);
    res.end('hello world');
}).listen(8000);
EOF

yum install nodejs -y
npm install https -g
node http-server.js

• 修改hosts文件添加

  192.168.0.158 *.ma.com
  

  在瀏覽器訪問https://www.ma.com:8000 發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站顯示為安全

7. 證書各個字段的含義

 openssl x509  -noout -text -in  app.pem
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number:
            58:af:a5:d6:10:10:e1:99:8c:e9:92:29:ef:57:2f:e0:00:a4:12:5c
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=CN, ST=BeiJing, L=BeiJing, O=k8s, OU=System, CN=k8s
        Validity
            Not Before: Sep 11 06:02:00 2018 GMT
            Not After : Sep 11 06:02:00 2019 GMT
        Subject: C=CN, ST=BeiJing, L=BeiJing, O=k8s, OU=System, CN=*.ma.com
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
                    00:ca:23:ef:e1:54:f8:e9:ae:6a:8e:53:db:79:ab:
                    fc:48:9f:6b:d7:f8:25:a4:ed:8c:06:60:bc:a3:8e:
                    7c:42:5f:ac:d7:23:ba:e1:41:0e:8a:20:26:c9:42:
                    59:d5:a2:4d:e8:c6:5a:9c:7f:8b:bc:d0:b2:14:a5:
                    da:19:d4:a3:be:7e:53:9c:f4:23:2d:5b:00:69:51:
                    cf:ec:53:eb:7e:a7:5c:ce:e2:6d:61:ea:42:e4:54:
                    5f:19:f0:6a:b8:27:e1:69:83:d9:65:90:df:f9:65:
                    73:7d:12:83:c2:6d:50:f9:0a:e8:3a:e5:3b:bd:b1:
                    32:7b:a5:23:a7:fd:77:c1:cc:b6:d6:ab:71:3e:ef:
                    83:33:e4:67:e0:76:f8:0e:58:89:6e:d5:fb:ad:d2:
                    9e:18:ff:1d:a5:bc:af:73:8d:b8:11:af:8b:63:b0:
                    75:3d:f9:12:c3:9f:55:9e:c5:fe:cd:29:ce:e9:05:
                    c4:6b:34:4b:6c:81:9b:d0:b7:62:d6:29:d7:50:a5:
                    61:b1:5f:2e:c0:89:21:0f:70:bc:de:60:ff:65:c3:
                    0f:62:b6:9c:b8:b2:b4:af:a2:cc:a0:30:5c:b1:59:
                    7d:eb:bb:a9:8d:b1:d0:e7:93:2d:85:65:cf:75:e9:
                    d6:d9:cd:03:ae:b6:ad:9b:c8:f7:29:16:ef:66:32:
                    9c:1b
                Exponent: 65537 (0x10001)
        X509v3 extensions:
            X509v3 Key Usage: critical
                Digital Signature, Key Encipherment
            X509v3 Extended Key Usage: 
                TLS Web Server Authentication, TLS Web Client Authentication
            X509v3 Basic Constraints: critical
                CA:FALSE
            X509v3 Subject Key Identifier: 
                E1:3A:88:BD:83:B6:32:BF:8F:59:49:90:39:AA:6B:B8:0A:FA:24:61
            X509v3 Authority Key Identifier: 
                keyid:5A:39:96:24:77:5E:23:FC:EF:85:CA:C9:6A:06:FC:73:EB:56:0A:CE

            X509v3 Subject Alternative Name: 
                DNS:*.ma.com
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         32:89:a7:f1:e6:8a:b8:0f:0f:4d:26:d0:a0:f7:b3:ec:79:ca:
         b3:9d:2d:ec:40:87:4c:d9:68:82:cf:1d:fa:60:9c:5b:19:07:
         be:9d:85:05:2c:db:0a:b8:eb:3d:05:79:6e:5b:b9:ea:07:cf:
         ac:ec:14:c6:f5:90:0d:73:c7:66:c3:f8:f8:f6:18:6c:c6:c6:
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         54:5e:62:fe:01:8c:49:3a:80:4c:0c:87:82:de:31:ab:3d:5b:
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         54:47:3c:44:d7:e1:6f:47:59:56:82:4c:a2:cc:10:88:b7:5f:
         8a:7d:50:fc

數(shù)字證書中主題(Subject)中字段的含義

• 一般的數(shù)字證書產(chǎn)品的主題通常含有如下字段：

• 證書申請單位所在地

• 其他一些字段

8.單向認(rèn)證雙向認(rèn)證

何為SSL/TLS單向認(rèn)證，雙向認(rèn)證置吓？
單向認(rèn)證指的是只有一個對象校驗對端的證書合法性无虚。
通常都是client來校驗服務(wù)器的合法性。那么client需要一個ca.crt,服務(wù)器需要server.crt,server.key
雙向認(rèn)證指的是相互校驗衍锚，服務(wù)器需要校驗每個client,client也需要校驗服務(wù)器友题。
server 需要 server.key 、server.crt 戴质、ca.crt
client 需要 client.key 度宦、client.crt 、ca.crt