數(shù)字證書作用

我們知道HTTPS比HTTP安全凰锡，它的安全在于通信過程被加密秉继。然而加密算法是用對稱加密哮内，也就是說盗棵，客戶端和服務(wù)端采用一個相同的密鑰。為了讓雙方得到這個密鑰北发，前期就有一個很重要的工作：協(xié)商密鑰纹因。
現(xiàn)在我們簡單模擬一下通信過程：

客戶端：hi，我準(zhǔn)備跟你(xx.com)建立HTTPS通信鲫竞。
服務(wù)端：好的辐怕，我就是xx.com，這是我的證書从绘，你驗(yàn)證一下寄疏。
客戶端：驗(yàn)證通過了是牢，你的確是xx.com，我把密鑰發(fā)給你陕截，下面的通信咱們就加密了驳棱。
服務(wù)端：s&&(*3u247(
客戶端：(&DY&#%%&#

上述只是簡化后的過程，我們可以看到協(xié)商密鑰中有一個很重要的步驟：服務(wù)端要證明自己是xx.com农曲。如何證明社搅？證書+鏈?zhǔn)津?yàn)證！

數(shù)字證書內(nèi)容

執(zhí)行以下的命令可以看到一個網(wǎng)站的證書內(nèi)容(以www.baidu.com為例)：

openssl s_client -connect www.baidu.com:443

可以看到乳规，證書就是這么一堆內(nèi)容：

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIJPzCCCCegAwIBAgIMCNBs8Cq2uU5UNfueMA0GCSqGSIb3DQEBCwUAMGYxCzAJ
UaCmeTg1cbvOTh7TFaWzF4YAyVk7lbXo4qa5eP0ZJotGlP1KQ1ASiOzJXzkb+7lS
7CJELk6Jz6IizNG0wtpj4G2CWOKB5Qm8LlGvPZBXVlzbKAu2hObLJhq+XIp883Gw
.....省略....
fi66YCxIwyCKGQZpdKxP+FX4w6vhcTlkSO59orvUFChBu6qdyoUQzBKD4M0fZEh+
iQioeqDNbX39fBP/7tZMBaUh7SlklDQkWbdgnUbKe1gSX90C2A91g/Sp7Cyzl6f8
U8f0AMvvyVwdPMmFCkDK3g85Cg==
-----END CERTIFICATE-----

看起來是一堆base64的編碼形葬，我們繼續(xù)用openssl命令把證書內(nèi)容打印出來，它符合x.509規(guī)格：

//先把證書內(nèi)容保存在www.baidu.com.crt文件內(nèi)
openssl x509 -text -noout -in www.baidu.com.crt

解碼后輸出內(nèi)容如下：

Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number:
            08:d0:6c:f0:2a:b6:b9:4e:54:35:fb:9e
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=BE, O=GlobalSign nv-sa, CN=GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2
        Validity
            Not Before: May  3 01:48:02 2018 GMT
            Not After : May 26 05:31:02 2019 GMT
        Subject: C=CN, ST=beijing, L=beijing, OU=service operation department, O=Beijing Baidu Netcom Science Technology Co., Ltd, CN=baidu.com
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
                    00:af:a4:c3:2a:19:81:8e:22:9c:e5:44:92:39:30:
                    8a:c6:8c:fb:ca:1f:ba:4d:b0:39:33:05:9f:2b:3e:
                    d9:20:c1:63:30:99:92:6e:a1:2c:7f:28:c8:1e:d5:
                    e7:93:3d:f1:fc:62:c6:b3:32:67:5c:8d:98:96:4e:
                    f7:54:6c:d6:eb:83:64:b3:bb:2f:02:8f:a9:d3:58:
                    9c:96:57:e3:1c:77:3a:f4:0d:19:d8:46:4a:53:72:
                    c8:e7:f0:f3:71:d2:88:fe:f7:73:91:28:ba:3d:78:
                    1b:1e:c5:76:63:c6:88:21:b7:17:6c:3e:58:03:40:
                    f2:86:95:80:e7:20:6b:9a:77:92:af:61:36:5e:8f:
                    ac:f3:c2:85:72:0d:32:89:e4:ba:a2:9b:2a:c5:d2:
                    8c:4a:94:ba:8b:16:c5:11:02:eb:d9:78:32:1a:66:
                    f6:b5:bb:25:38:3e:94:bb:11:8d:46:14:60:5e:1c:
                    74:91:c1:8b:27:38:4b:87:82:03:15:97:a6:c5:86:
                    7c:7d:27:1e:c1:89:2b:14:66:66:e9:6c:cd:75:06:
                    40:5a:4c:3f:42:39:1d:4b:b1:16:08:df:83:06:a4:
                    e8:0d:a1:01:2e:d4:24:86:20:a2:2c:b1:cb:c2:c2:
                    ba:f6:07:c5:7d:0b:df:e1:fe:fd:74:92:b7:7e:8f:
                    a5:b3
                Exponent: 65537 (0x10001)
        X509v3 extensions:
            X509v3 Key Usage: critical
                Digital Signature, Key Encipherment
            Authority Information Access:
                CA Issuers - URI:http://secure.globalsign.com/cacert/gsorganizationvalsha2g2r1.crt
                OCSP - URI:http://ocsp2.globalsign.com/gsorganizationvalsha2g2

            X509v3 Certificate Policies:
                Policy: 1.3.6.1.4.1.4146.1.20
                  CPS: https://www.globalsign.com/repository/
                Policy: 2.23.140.1.2.2

            X509v3 Basic Constraints:
                CA:FALSE
            X509v3 Subject Alternative Name:
                DNS:baidu.com, DNS:baifubao.com, DNS:www.baidu.cn, DNS:www.baidu.com.cn, DNS:mct.y.nuomi.com, DNS:baifae.com, DNS:apollo.auto, DNS:*.baidu.com, DNS:*.baifubao.com, DNS:*.baidustatic.com, DNS:*.bdstatic.com, DNS:*.bdimg.com, DNS:*.hao123.com, DNS:*.nuomi.com, DNS:*.chuanke.com, DNS:*.trustgo.com, DNS:*.bce.baidu.com, DNS:*.eyun.baidu.com, DNS:*.map.baidu.com, DNS:*.mbd.baidu.com, DNS:*.fanyi.baidu.com, DNS:*.baidubce.com, DNS:*.mipcdn.com, DNS:*.news.baidu.com, DNS:*.baidupcs.com, DNS:*.aipage.com, DNS:*.aipage.cn, DNS:*.bcehost.com, DNS:*.safe.baidu.com, DNS:*.im.baidu.com, DNS:*.ssl2.duapps.com, DNS:*.baifae.com, DNS:*.baiducontent.com, DNS:*.dlnel.com, DNS:*.dlnel.org, DNS:*.dueros.baidu.com, DNS:*.su.baidu.com, DNS:*.91.com, DNS:*.hao123.baidu.com, DNS:*.apollo.auto, DNS:*.xueshu.baidu.com, DNS:*.bj.baidubce.com, DNS:*.gz.baidubce.com, DNS:*.smartapps.cn, DNS:click.#, DNS:log.#, DNS:cm.pos.baidu.com, DNS:wn.pos.baidu.com, DNS:update.pan.baidu.com
            X509v3 Extended Key Usage:
                TLS Web Server Authentication, TLS Web Client Authentication
            X509v3 Subject Key Identifier:
                45:36:AC:EA:1D:89:68:E1:2B:39:11:AD:23:9C:D1:59:36:8B:B0:CC
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:96:DE:61:F1:BD:1C:16:29:53:1C:C0:CC:7D:3B:83:00:40:E6:1A:7C

            CT Precertificate SCTs:
                Signed Certificate Timestamp:
                    Version   : v1(0)
                    Log ID    : BB:D9:DF:BC:1F:8A:71:B5:93:94:23:97:AA:92:7B:47:
                                38:57:95:0A:AB:52:E8:1A:90:96:64:36:8E:1E:D1:85
                    Timestamp : May  3 01:48:04.994 2018 GMT
                    Extensions: none
                    Signature : ecdsa-with-SHA256
                                30:45:02:20:50:84:C6:43:95:81:58:E1:5B:6E:CD:C9:
                                7A:E0:F7:B8:03:E4:A7:AC:57:40:45:06:41:81:21:9F:
                                E1:EF:20:D7:02:21:00:C4:DC:AB:F3:D1:94:EE:DF:BA:
                                1E:89:8D:34:00:9C:4D:BE:36:91:A7:20:F2:ED:37:D9:
                                0B:D4:69:59:53:CF:07
                Signed Certificate Timestamp:
                    Version   : v1(0)
                    Log ID    : 6F:53:76:AC:31:F0:31:19:D8:99:00:A4:51:15:FF:77:
                                15:1C:11:D9:02:C1:00:29:06:8D:B2:08:9A:37:D9:13
                    Timestamp : May  3 01:48:04.625 2018 GMT
                    Extensions: none
                    Signature : ecdsa-with-SHA256
                                30:45:02:21:00:A2:DE:A2:E2:29:CB:AB:64:33:1F:FC:
                                DE:6A:A7:0A:EC:D8:B8:1D:63:72:4C:84:B8:B4:1E:A8:
                                75:21:73:B1:C9:02:20:59:88:21:97:BC:4C:D6:6C:11:
                                8E:46:49:05:78:64:D9:A5:7B:32:54:83:51:53:08:85:
                                77:A7:F7:4B:C4:B0:EE
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         89:08:0e:6a:b7:52:34:35:46:fd:1e:45:23:ba:4f:ee:f5:14:
         12:87:5d:f5:9c:6b:e1:23:aa:be:7b:3a:b7:3d:be:7a:34:76:
         43:d4:cb:92:72:8e:eb:65:a4:51:a0:a6:79:38:35:71:bb:ce:
         4e:1e:d3:15:a5:b3:17:86:00:c9:59:3b:95:b5:e8:e2:a6:b9:
         78:fd:19:26:8b:46:94:fd:4a:43:50:12:88:ec:c9:5f:39:1b:
         fb:b9:52:ec:22:44:2e:4e:89:cf:a2:22:cc:d1:b4:c2:da:63:
         e0:6d:82:58:e2:81:e5:09:bc:2e:51:af:3d:90:57:56:5c:db:
         28:0b:b6:84:e6:cb:26:1a:be:5c:8a:7c:f3:71:b0:7e:2e:ba:
         60:2c:48:c3:20:8a:19:06:69:74:ac:4f:f8:55:f8:c3:ab:e1:
         71:39:64:48:ee:7d:a2:bb:d4:14:28:41:bb:aa:9d:ca:85:10:
         cc:12:83:e0:cd:1f:64:48:7e:89:08:a8:7a:a0:cd:6d:7d:fd:
         7c:13:ff:ee:d6:4c:05:a5:21:ed:29:64:94:34:24:59:b7:60:
         9d:46:ca:7b:58:12:5f:dd:02:d8:0f:75:83:f4:a9:ec:2c:b3:
         97:a7:fc:53:c7:f4:00:cb:ef:c9:5c:1d:3c:c9:85:0a:40:ca:
         de:0f:39:0a

數(shù)字證書暮的，沒有很復(fù)雜的內(nèi)容笙以，它包括以下幾樣?xùn)|西：

公鑰：Public-Key
簽名：Signature
簽名算法： Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
證書頒布機(jī)構(gòu)：Issuer
過期時間：Validity
其他...

1~5是較為重要，其他的冻辩，例如一些擴(kuò)展屬性SAN猖腕，稍作了解即可。

數(shù)字證書如何驗(yàn)證

平時我們寫代碼的時候?yàn)榱蓑?yàn)證請求的合法性恨闪，一般會用md5來算出一個sign值倘感，該sign值伴隨請求一同發(fā)送給服務(wù)端。服務(wù)端用相同的key咙咽，md5算出sign老玛，比對是否一致。例如：

//客戶端簽名
sign = md5(content + key)
 
//服務(wù)端校驗(yàn)簽名
md5_Sign ?= md5(content + key)

HTTPS的證書校驗(yàn)其實(shí)差不多钧敞，只不過算法比md5稍微復(fù)雜一點(diǎn)逻炊。
具體簽名算法在證書里都會明確標(biāo)明，例如baidu的證書就是用 Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption簽名犁享。需要注意的是，不同證書頒發(fā)的時候會有不同的簽名算法豹休，有些老證書仍采用sha128炊昆。
sha256WithRSAEncryption大體是這樣的：

//簽名
sign = RSA_Encrypt(sha256(content), privateKey)
 
//校驗(yàn)簽名
sha256_Content =  RSA_Decrypt(sign, publicKey)
sha256_Content ?= sha256(content)

在非對稱加密體系中，私鑰用來簽名威根，公鑰用來校驗(yàn)簽名凤巨。
到了HTTPS場景，A給B頒發(fā)證書洛搀，意味著這證書是用A的私鑰簽名敢茁，以后必須用A的公鑰來校驗(yàn)。
那A的公鑰哪來留美？答案就是從A的證書里獲得彰檬。問題又來了伸刃，我得驗(yàn)證一下A的證書才能用它的公鑰，對吧逢倍？假設(shè)A的證書是X頒發(fā)的捧颅，那就用X的公鑰驗(yàn)證。
同樣较雕，我們要驗(yàn)證X的證書碉哑，又需要Y的公鑰...
如此循環(huán)下來就成了一條所謂的證書鏈。循環(huán)必須有出口亮蒋，出口就是系統(tǒng)安裝的根證書扣典，安裝在系統(tǒng)的根證書是永遠(yuǎn)信任的，也就是說慎玖，可以拿它的公鑰來驗(yàn)證下一級的證書贮尖，下一級又驗(yàn)證下下一級，如下圖：

證書鏈說白了就是一個"找別人證明自己"的過程：

A：我是A凄吏，不信你可以問下B远舅，B給我做擔(dān)保；
B：我是B痕钢，不信你找下X图柏，它能證明我是B；
X：我是X任连，不信你找下Y蚤吹，它能證明我是X；
Y：我是Y随抠，不信你找下ROOT裁着，它能證明我是Y；
ROOT：哎呀拱她，我們是認(rèn)識的啊二驰，那就好辦了，Y是真的...

ROOT必須可靠可信任秉沼，如果ROOT是偽造的桶雀，那么ABXY它們的話都不可信。
所以以前有些網(wǎng)站(例如12306)讓用戶添加根證書是很不負(fù)責(zé)任的唬复，大家警惕矗积。
以下是一個完整的證書鏈驗(yàn)證，執(zhí)行命令：

[root] openssl s_client -connect www.baidu.com:443
CONNECTED(00000003)
depth=2 C = BE, O = GlobalSign nv-sa, OU = Root CA, CN = GlobalSign Root CA
verify return:1
depth=1 C = BE, O = GlobalSign nv-sa, CN = GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2
verify return:1
depth=0 C = CN, ST = beijing, L = beijing, OU = service operation department, O = "Beijing Baidu Netcom Science Technology Co., Ltd", CN = baidu.com
verify return:1

可以看到證書鏈有3層(一般也就只有3層)敞咧，分別是*.baidu.com棘捣、GlobalSign Organization Validation CA和GlobalSign Root CA。

第0層休建，驗(yàn)證*.baidu.com乍恐，需要找GlobalSign Organization Validation CA這個證書评疗；
第1層，驗(yàn)證GlobalSign Organization Validation CA禁熏，需要找GlobalSign Root CA這個證書壤巷；
第2層，驗(yàn)證GlobalSign Root CA瞧毙，它是一個根證書胧华，而且在客戶端的信任列表里，所以通過驗(yàn)證宙彪，驗(yàn)證結(jié)果“verify return:1”矩动；

服務(wù)器的證書文件

在nginx，簡單地把下面三個配好就可以用HTTPS了：

ssl on;
ssl_certificate ssl/sslchain.crt;   //數(shù)字證書
ssl_certificate_key ssl/ssl.key;    //私鑰文件

私鑰文件是用來在協(xié)商密鑰的時候解密密鑰的释漆，這里不重點(diǎn)討論悲没，這個文件不能泄露。
證書文件一般會包含3個證書男图，就是上面的*.baidu.com示姿、GlobalSign Organization Validation CA和GlobalSign Root CA。如果把第2層GlobalSign Organization Validation CA刪掉逊笆，證書鏈就斷了栈戳，整個證書驗(yàn)證會失敗。

調(diào)試工具

大家在調(diào)試證書問題的時候难裆，建議用opnessl命令結(jié)合curl子檀，把信息打印出來，了解會深刻一點(diǎn)乃戈。

HTTPS數(shù)字證書與驗(yàn)證