目錄

• ASN.1 - 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述語言
• 文件編碼格式
  • DER編碼格式
  • PEM編碼格式
• 證書哈肖、密碼學(xué)Key格式標(biāo)準(zhǔn)
  • X.509標(biāo)準(zhǔn)
  • PKCS(公鑰加密標(biāo)準(zhǔn))系列(PKCS#1受啥、PKCS#8窿侈、PKCS#12)
• 常見的證書標(biāo)準(zhǔn)格式(PEM編碼)
  • X.509 Certificate
  • X.509 Certificate Subject Public Key Info
  • PKCS #1 Private Key
  • PKCS #1 Public Key
  • PKCS #8 Unencrypted Private Key
  • PKCS #8 Encrypted Private Key
• 常見的證書文件后綴(.pem .der .cer .crt .pfx .p12 .jks)
• Private Key操作命令：生成炼幔、轉(zhuǎn)換
• Public Key操作命令：從PKCS #1/#8提取、從X.509證書提取史简、轉(zhuǎn)換

# 前言

PKI標(biāo)準(zhǔn)可以分為第一代標(biāo)準(zhǔn)和第二代標(biāo)準(zhǔn)乃秀。
第一代PKI標(biāo)準(zhǔn)主要包括美國RSA公司的公鑰加密標(biāo)準(zhǔn)（Public Key Cryptography Standards，PKCS）系列圆兵、國際電信聯(lián)盟的ITU-T X.509跺讯、IETF組織的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施X.509（Public Key Infrastructure X.509，PKIX）標(biāo)準(zhǔn)系列殉农、無線應(yīng)用協(xié)議（Wireless Application Protocol ,WAP）論壇的無線公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Wireless Public Key Infrastructure刀脏，WPKI）標(biāo)準(zhǔn)等。第一代PKI標(biāo)準(zhǔn)主要是基于抽象語法符號（Abstract Syntax Notation One超凳，ASN.1）編碼的愈污，實現(xiàn)比較困難，這也在一定程度上影響了標(biāo)準(zhǔn)的推廣轮傍。
第二代PKI標(biāo)準(zhǔn)暂雹，略。
CA中心普遍采用的規(guī)范是X.509系列和PKCS系列金麸。

# ASN.1 - 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述語言

引用自Wiki：

ASN.1 is a standard interface description language for defining data structures that can be serialized and deserialized in a cross-platform way.

也就是說ASN.1是一種用來定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口描述語言擎析，它不是二進(jìn)制，也不是文件格式挥下，看下面的例子你就會明白了：

FooQuestion ::= SEQUENCE {
    trackingNumber INTEGER,
    question       IA5String
}

這段代碼定義了FooQuestion的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)揍魂，下面是FooQuestion這個數(shù)據(jù)接口的某個具體的數(shù)據(jù)：

myQuestion FooQuestion ::= SEQUENCE {
    trackingNumber     5,
    question           "Anybody there?"
}

ASN.1用在很多地方比如下面要講的X.509和PKCS group of cryptography standards。

# 文件編碼格式

## DER編碼格式

引用自Wiki：

ASN.1 is closely associated with a set of encoding rules that specify how to represent a data structure as a series of bytes

意思是ASN.1有一套關(guān)聯(lián)的編碼規(guī)則棚瘟，這些編碼規(guī)則用來規(guī)定如何用二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)现斋，DER是其中一種。

把上面的FooQuestion的例子用DER編碼則是（16進(jìn)制）：

30 13 02 01 05 16 0e 41 6e 79 62 6f 64 79 20 74 68 65 72 65 3f

翻譯過來就是：

30 — type tag indicating SEQUENCE
13 — length in octets of value that follows
  02 — type tag indicating INTEGER
  01 — length in octets of value that follows
    05 — value (5)
  16 — type tag indicating IA5String 
     (IA5 means the full 7-bit ISO 646 set, including variants, 
      but is generally US-ASCII)
  0e — length in octets of value that follows
    41 6e 79 62 6f 64 79 20 74 68 65 72 65 3f — value ("Anybody there?")

看到這里你應(yīng)該對DER編碼格式有一個比較好的認(rèn)識了偎蘸。

## PEM編碼格式

引用自Wiki：

Privacy-Enhanced Mail (PEM) is a de facto file format for storing and sending cryptographic keys, certificates, and other data, based on a set of 1993 IETF standards defining "privacy-enhanced mail."

PEM是一個用來存儲和發(fā)送密碼學(xué)key庄蹋、證書和其他數(shù)據(jù)的文件格式的事實標(biāo)準(zhǔn)瞬内。許多使用ASN.1的密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（比如X.509和PKCS）都使用DER編碼，而DER編碼的內(nèi)容是二進(jìn)制的限书，不適合與郵件傳輸（早期Email不能發(fā)送附件）虫蝶，因此使用PEM把二進(jìn)制內(nèi)容轉(zhuǎn)換成ASCII碼。文件內(nèi)容的格式像下面這樣：

-----BEGIN label-----
BASE64Encoded
-----END label-----

label用來區(qū)分內(nèi)容到底是什么類型倦西，下面會講能真。

和PEM相關(guān)的RFC有很多，與本文內(nèi)容相關(guān)的則是RFC7468扰柠，這里面規(guī)定了很多l(xiāng)abel粉铐，不過要注意不是所有l(wèi)abel都會有對應(yīng)的RFC或Specification，這些label只是一種約定俗成卤档。

PEM實際上就是把DER編碼的文件的二進(jìn)制內(nèi)容用base64編碼一下蝙泼，然后加上-----BEGIN label-----這樣的頭和-----END label-----這樣的尾，中間則是DER文件的Base64編碼劝枣。

我們可以通過下面的方法驗證這個結(jié)論汤踏，先生成一個RSA Private Key，編碼格式是PEM格式：

openssl genrsa -out key.pem

查看一下文件內(nèi)容哨免，可以看到label是RSA PRIVATE KEY：

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
BASE64Encoded
-----END RSA PRIVATE KEY-----

然后我們把PEM格式轉(zhuǎn)換成DER格式：

openssl rsa -in key.pem -outform der -out key.der

如果你這個時候看一下文件內(nèi)容會發(fā)現(xiàn)都是二進(jìn)制茎活。然后我們把DER文件的內(nèi)容Base64一下，會看到內(nèi)容和PEM文件一樣（忽略頭尾和換行）：

base64 -i key.der -o key.der.base64

在-----BEGIN-----與-----END-----之間內(nèi)容的頂部琢唾，有時使用一些頭定義對信息進(jìn)行封裝载荔，這些頭信息格式如下（不一定都需要，可選的）：
Proc-Type,4:ENCRYPTED
DEK-Info: cipher-name, ivec
其中采桃，第一個頭信息標(biāo)注了該文件是否進(jìn)行了加密懒熙，該頭信息可能的值包括ENCRYPTED(信息已經(jīng)加密和簽名)、MIC-ONLY(信息經(jīng)過數(shù)字簽名但沒有加密)普办、MIC-CLEAR(信息經(jīng)過數(shù)字簽名但是沒有加密工扎、也沒有進(jìn)行編碼，可使用非PEM格式閱讀)以及CLEAR(信息沒有簽名和加密并且沒有進(jìn)行編碼衔蹲，該項好象是openssl自身的擴(kuò)展肢娘，但是并沒有真正實現(xiàn))；
第二個頭信息標(biāo)注了加密的算法以及使用的ivec參量舆驶，ivec其實在這兒提供的應(yīng)該是一個隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列橱健，與塊加密算法中要使用到的初始化變量（IV）不一樣。

# 證書沙廉、密碼學(xué)Key格式標(biāo)準(zhǔn)

上面講到的PEM是對證書拘荡、密碼學(xué)Key文件的一種編碼方式，下面舉例這些證書撬陵、密碼學(xué)Key文件格式：

## X.509標(biāo)準(zhǔn)

引用自Wiki ：

In cryptography, X.509 is a standard defining the format of public key certificates. X.509 certificates are used in many Internet protocols, including TLS/SSL, which is the basis for HTTPS, the secure protocol for browsing the web.

X.509是一個Public Key Certificates的格式標(biāo)準(zhǔn)珊皿，TLS/SSL使用它网缝，TLS/SSL是HTTPS的基礎(chǔ)所以HTTPS也使用它。而所謂Public Key Certificates又被稱為Digital Certificate 或 Identity Certificate蟋定。

An X.509 certificate contains a public key and an identity (a hostname, or an organization, or an individual), and is either signed by a certificate authority or self-signed.

一個X.509 Certificate包含一個Public Key和一個身份信息粉臊，它要么是被CA簽發(fā)的要么是自簽發(fā)的。

事實上X.509 Certificate這個名詞通常指代的是IETF的PKIX Certificate和CRL Profile溢吻，見RFC5280维费。所以當(dāng)你看到PKIX Certificate字樣的時候可以認(rèn)為就是X.509 Certificate。

## PKCS(公鑰加密標(biāo)準(zhǔn))系列

引用自Wiki：

In cryptography, PKCS stands for "Public Key Cryptography Standards"

前面提到的X.509是定義Public Key Certificates的格式的標(biāo)準(zhǔn)促王，看上去和PKCS有點像，但實際上不同而晒，PKCS是Public Key密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)蝇狼。此外Public-Key Cryptography雖然名字看上去只涉及Public Key，實際上也涉及Priviate Key倡怎，因此PKCS也涉及Private Key迅耘。

PKCS一共有15個標(biāo)準(zhǔn)編號從1到15，這里只挑講PKCS #1监署、PKCS #8颤专、PKCS #12。

### PKCS #1

PKCS #1钠乏，RSA Cryptography Standard栖秕，定義了RSA Public Key和Private Key數(shù)學(xué)屬性和格式，詳見RFC8017晓避。

詳細(xì)的介紹了RSA算法的計算過程簇捍，包括：key的產(chǎn)生，key的結(jié)構(gòu)俏拱，對數(shù)字加密／解密／簽名／驗證簽名的過程暑塑、對應(yīng)算法。

1. key. 關(guān)于key锅必，分別記錄了private和public的詳細(xì)結(jié)構(gòu)事格，以及存儲哪些內(nèi)容。并且在附錄里面推薦了ASN.1 Syntax中的存儲結(jié)構(gòu)搞隐。注：沒有規(guī)定實際的物理文件存儲結(jié)構(gòu)驹愚，比如pem等。
2. 加密／解密 詳細(xì)描述了加密／解密的算法尔许。包括么鹤，首先針對字符串，怎么轉(zhuǎn)化成數(shù)字味廊，之后蒸甜，怎么根據(jù)數(shù)字進(jìn)行加密棠耕。 這里可以看出，標(biāo)準(zhǔn)中沒有對超長字符串處理的說明柠新。而轉(zhuǎn)化出的字符串的長度窍荧，全都是key的模長度k。
   在字符串轉(zhuǎn)化成數(shù)字過程中恨憎，需要增加填充字符蕊退，所以，分成了兩種不同算法：RSAES-OAEP（現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)） RSAES-PKCS1-v1_5（兼容過去標(biāo)準(zhǔn)）憔恳。在實際加密過程中瓤荔，就只有一種算法了
3. 無論在加密還是簽名過程中，都會進(jìn)行hash操作钥组，hash操作沒有自己定義输硝，而是從附錄中可以選擇需要的hash方式。
4. PKCS1填充方式：在進(jìn)行RSA運算時需要將源數(shù)據(jù)D轉(zhuǎn)化為Encryption block（EB）程梦。其中pkcs1padding V1.5的填充模式按照以下方式進(jìn)行：

格式：加密塊EB = 00 + 塊類型BT + 填充字符PS + 00 + 數(shù)據(jù)D  //以下描述均以十六進(jìn)制字符串來描述
    說明
      EB：為轉(zhuǎn)化后Hex進(jìn)制表示的數(shù)據(jù)塊点把，長度為128個字節(jié)（密鑰1024位的情況下）
      00：為了確保塊轉(zhuǎn)換為整數(shù)的時候 小于模數(shù) 
      BT(Block Type)：
          用一個字節(jié)表示，在目前的版本上屿附，有三個值00 01 02郎逃。如果使用公鑰操作，BT永遠(yuǎn)為02挺份，如果用私鑰操作則可能為00或01褒翰。
          塊類型為00，數(shù)據(jù)開頭必須不能是00压恒，因為填充的也是00影暴，將無法解析。
          塊類型為01或02探赫，塊可以被準(zhǔn)確解析型宙，因為不會是00來填充。
          如果是私鑰操作伦吠，且明文數(shù)據(jù)是以00字節(jié)開頭妆兑，那么建議把BT的值設(shè)置為01，否則毛仪，BT為00搁嗓，PS為00，D開頭為00箱靴，數(shù)據(jù)無法被分隔開
      PS(Padding String)：
          為填充位腺逛，PS由k-3-D這么多個字節(jié)構(gòu)成，k表示密鑰的字節(jié)長度衡怀，如果我們用1024bit的RSA密鑰棍矛，這個長度就是1024/8=128安疗，D表示明文數(shù)據(jù)D的字節(jié)長度
          對于BT為00的，則這些字節(jié)全部為00
          對于BT為01的够委，這些值全部為FF
          對于BT為02的荐类，這些字節(jié)的值隨機(jī)產(chǎn)生但不能是0字節(jié)(非00)
          填充長度至少為8個字節(jié)
      00：用于分開 PS 和 D
      D：數(shù)據(jù)原文(HEX十六進(jìn)制)
          PS至少為8個字節(jié)，所以D <= k-11
          當(dāng)我們使用128字節(jié)密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密時茁帽，明文數(shù)據(jù)的長度不能超過過128-11=117字節(jié)
          當(dāng)RSA要加密數(shù)據(jù)大于 k-11字節(jié)時怎么辦呢玉罐？把明文數(shù)據(jù)按照D的最大長度分塊然后逐塊加密,最后把密文拼起來就行。
注意：加密塊EB長度 = RSA密鑰key的長度潘拨。比如密鑰1024bit吊输，即128字節(jié)，加密塊也會被填充為128字節(jié)
示例：下面的數(shù)據(jù)需要填充74個FF才夠128個字節(jié)铁追。
簽名的時候：加密塊 = 00 + 01 + FF(74個) + 00 + ">3031300d060960864801650304020105000420b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9(51字節(jié))

此外還有其他標(biāo)準(zhǔn)里定義的填充方式璧亚，比如PKCS5Padding、PKCS7Padding脂信，不再贅述

### PKCS #8

PKCS #8，Private-Key Information Syntax Standard透硝，詳細(xì)的描述了私鑰的存儲格式狰闪。用于加密、非加密地存儲Private Certificate Keypairs（不限于RSA）濒生，詳見RFC5858埋泵。

### PKCS #12

PKCS #12定義了通常用來存儲Private Keys和Public Key Certificates（例如前面提到的X.509）的文件格式，使用基于密碼的對稱密鑰進(jìn)行保護(hù)罪治。注意上述Private Keys和Public Key Certificates是復(fù)數(shù)形式丽声，這意味著PKCS #12文件實際上是一個Keystore，PKCS #12文件可以被用做Java Key Store（JKS）觉义，詳見RFC7292雁社。

如果你用自己的CA所簽發(fā)了一個證書，運行下列命令可以生成PKCS #12 keystore：

openssl pkcs12 -export \
  -in <cert> \
  -inkey <private-key> \
  -name my-cert \
  -caname my-ca-root \
  -CAfile <ca-cert> \
  -chain
  -out <pkcs-file>

PKCS #12一般不導(dǎo)出PEM編碼格式晒骇。

# 常見的證書標(biāo)準(zhǔn)格式(PEM編碼)

當(dāng)你不知道你的PEM文件內(nèi)容是什么格式的可以根據(jù)下面查詢霉撵。

## X.509 Certificate

RFC7468 - Textual Encoding of Certificates

-----BEGIN CERTIFICATE-----
BASE64Encoded
-----END CERTIFICATE-----

## X.509 Certificate Subject Public Key Info

RFC7468 - Textual Encoding of Subject Public Key Info

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
BASE64Encoded
-----END PUBLIC KEY-----

## PKCS #1 Private Key

沒有RFC或權(quán)威Specification，該格式有時候被稱為traditional format洪囤、SSLeay format（見SO）

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
BASE64Encoded
-----END RSA PRIVATE KEY-----

## PKCS #1 Public Key

同上沒有RFC或權(quán)威Specification

-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
BASE64Encoded
-----END RSA PUBLIC KEY-----

## PKCS #8 Unencrypted Private Key

RFC7468 - One Asymmetric Key and the Textual Encoding of PKCS #8 Private Key Info

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
BASE64Encoded
-----END PRIVATE KEY-----

## PKCS #8 Encrypted Private Key

RFC7468 - Textual Encoding of PKCS #8 Encrypted Private Key Info

-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----
BASE64Encoded
-----END ENCRYPTED PRIVATE KEY-----

# 常見證書后綴

作為文件形式存在的證書一般有這幾種后綴：(證書中包含公鑰徒坡，以及公鑰頒發(fā)機(jī)構(gòu)、版本號瘤缩、算法等信息喇完，可以以X.509為例看一下證書內(nèi)容)

1.帶有私鑰的證書：（一般都有密碼保護(hù)，使用的是DER編碼）

• .pfx 常用于Windows上的 IIS服務(wù)器
• .p12 常用于MAC OS剥啤、iOS中(PKCS#12由PFX進(jìn)化而來的用于交換公共的和私有的對象的標(biāo)準(zhǔn)格式)
• .jks Java Key Storage锦溪，這是Java的專利不脯，JAVA的專屬格式，一般用于 Tomcat 服務(wù)器海洼。

2.不帶私鑰的證書：

• .cer/crt 編碼方式不一定跨新，可能是DER也可能是PEM
• .pem 都是PEM編碼格式
• .der 都是DER編碼格式
• .p7b 以樹狀展示證書鏈(certificate chain)，同時也支持單個證書坏逢，不含私鑰

3.補(bǔ)充

• .der文件一般只放證書域帐，不含私鑰
• .pem文件中可以放證書或者私鑰，或者兩者都有是整，pem如果只含私鑰的話肖揣，一般用.key擴(kuò)展名，而且可以有密碼保護(hù)
• .csr - Certificate Signing Request浮入，即證書簽名請求龙优，這個并不是證書，而是向權(quán)威證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)獲得簽名證書的申請事秀，其核心內(nèi)容是一個公鑰(當(dāng)然還附帶了一些別的信息)彤断，在生成這個申請的時候，同時也會生成一個私鑰key易迹，私鑰要自己保管好宰衙。做過iOS APP的朋友都應(yīng)該知道是怎么向蘋果申請開發(fā)者證書的吧.

可以使用命令行工具、代碼睹欲、在線網(wǎng)站等實現(xiàn)不同后綴格式供炼、不同證書標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換，比如這個網(wǎng)站http://www.metools.info/

# Private Key操作命令

## 生成

生成PKCS #1格式的RSA Private Key

openssl genrsa -out private-key.p1.pem 2048

## 轉(zhuǎn)換

PKCS #1 -> Unencrypted PKCS #8

openssl pkcs8 -topk8 -in private-key.p1.pem -out private-key.p8.pem -nocrypt

PKCS #1 -> Encrypted PKCS #8

openssl pkcs8 -topk8 -in private-key.p1.pem -out private-key.p8.pem

過程中會讓你輸入密碼窘疮，你至少得輸入4位袋哼，所以PKCS #8相比PKCS #1更安全。

PKCS #8 -> PKCS #1

openssl rsa -in private-key.p8.pem -out private-key.p1.pem

如果這個PKCS #8是加密的闸衫，那么你得輸入密碼涛贯。

# Public Key操作命令

## 從PKCS #1/#8提取

提取指的是從Private Key中提取Public Key，openssl rsa同時支持PKCS #1和PKCS #8的RSA Private Key楚堤，唯一的區(qū)別是如果PKCS #8是加密的疫蔓，會要求你輸入密碼。

提取X.509格式RSA Public Key

openssl rsa -in private-key.pem -pubout -out public-key.x509.pem

提取PKCS #1格式RSA Public Key

openssl rsa -in private-key.pem -out public-key.p1.pem -RSAPublicKey_out

## 從X.509證書提取

openssl x509 -in cert.pem -pubkey -noout > public-key.x509.pem

## 轉(zhuǎn)換

X.509 RSA Public Key -> PKCS #1 RSA Public Key

openssl rsa -pubin -in public-key.x509.pem -RSAPublicKey_out -out public-key.p1.pem

PKCS #1 RSA Public Key -> X.509 RSA Public Key

openssl rsa -RSAPublicKey_in -in public-key.p1.pem -pubout -out public-key.x509.pem

# 參考鏈接

1. 很多的內(nèi)容都來自這篇博客身冬，增加了一些內(nèi)容衅胀，并按照個人習(xí)慣整理了一下