完全解析！OpenSSL 创建用户证书实战案例

CodeAndRoad
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创建用户证书 User Cert

现在，我们终于来到证书链的最下层，用户证书，也叫实体证书（end-entity certificate）。这就是我们平常最常见到的网站的数字证书了，它支撑 HTTPS 协议的基础设施之一。

要创建 User Cert，我们需要与它的签发机构，也就是 Intermediate CA 进行交互。

下面是目录框架示意图：

可以看到，我用两个平行（而不是层级）的目录来管理 Intermediate CA 和 User Certs。 并且，我在 user_certs 目录下为不同的 Web 服务所需的证书创建了单独的目录。

这里我用了一个比较笼统的 user_cert 来命名目录，在具体命名时，我们可以根据自己网站域名来命名。

操作要点

首先，逻辑和步骤与我们之前签发 Intermediate CA 证书的过程是一样的。 同样是三个步骤：

  • 创建 Private Key + Password file
  • 创建 CSR
  • CA 对 CSR 签名，签发最终证书

区别只在于参数配置不一样，比如每个不同的网站的扩展信息不一样（主要是 subjectAltName，也叫 SAN）。

实战案例

现在假设，我们访问 echo 服务，它同时支持 echo1.example.com 和 echo2.example.com 两个域名，甚至泛域名 *.example.com，还支持 IP 地址访问。

进入 user_certs/echo 目录：

cd user_certs/echo

(1) 创建密码文件和私钥

创建密码文件

openssl rand -base64 32 > private/password.txt

创建私钥（RSA 算法）

openssl genpkey -algorithm RSA -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096 -out rsa_echo.key
openssl pkcs8 -topk8 -v2 aes256 -iter 100000 -passout file:private/password.txt \
    -in rsa_echo.key -out private/rsa_echo_encrypted.key
shred -u rsa_echo.key

检查私钥

openssl asn1parse -in private/rsa_echo_encrypted.key

(2) 创建 CSR

i) 配置信息

req_csr.cnf

[ req ]
default_bits       = 4096
default_keyfile    = rsa_encrypted.key
distinguished_name = req_distinguished_name
x509_extensions    = v3_intermediate_ca
prompt             = no

[ req_distinguished_name ]
C  = US
ST = TX
O  = echo service
CN = echo service

[x509_v3_ext]
basicConstraints = CA:FALSE
subjectKeyIdentifier = hash
keyUsage = digitalSignature, keyEncipherment, dataEncipherment
extendedKeyUsage = clientAuth,serverAuth
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
IP.1 = 10.10.0.100
DNS.1 = echo1.example.com
DNS.2 = echo2.example.com
DNS.3 = *.example.com
ii) 创建 CSR
openssl req -new \
    -passin file:private/password.txt \
    -config req_csr.cnf \
    -reqexts x509_v3_ext \
    -key private/rsa_echo_encrypted.key \
    -out rsa_echo.csr
iii) 检查 CSR
openssl req -in rsa_echo.csr -text -noout

现在有了 .csr 文件，int_ca 就可以对其签发证书了。

切换到 int_ca 目录进行操作

(1) 在 int_ca 中创建必要文件和目录

cd ../../int_ca

mkdir -pv newcerts
touch index.txt
echo -ne "00" > serial
echo -ne "00" > crlnumber

(2) 准备配置信息

使用 int_ca 的私钥为 echo 签发证书之前，我们需要再检查一下 int_ca 的各项配置参数是否符合我们的要求：

ica.cnf

[ ca ]
default_ca              = CA_default

[ CA_default ]
dir                     = .
certs                   = $dir/certs
crl_dir                 = $dir/crl
database                = $dir/index.txt
new_certs_dir           = $dir/newcerts
private_key             = $dir/CA/private/rsa_encrypted.key
certificate             = $dir/CA/rsa_int_ca.crt
serial                  = $dir/serial
crlnumber               = $dir/crlnumber
default_md              = sha256
default_days            = 3650
default_crl_days        = 30
policy                  = policy_match

copy_extensions         = copy

[ policy_match ]
countryName             = match
stateOrProvinceName     = match
organizationName        = optional
organizationalUnitName  = optional
commonName              = supplied

由于之前在生成 CSR 时，已写入了 v3_intermediate_ca 字段中的信息。因此，我们在使用 int_ca 给其签发证书的时候，可以直接设置 copy_extensions = copy，它表示 int_ca 签署时会直接拷贝 CSR 中的扩展信息，不做任何改变。

不过，如果我们需要为即将要签发的证书定制 v3 extension，我们可以在 ica.cnf 中增加一个段落 [v3_ext_echo]，然后在执行命令时用 -extension 选项来指定这个段落。

[v3_ext_echo]
basicConstraints = CA:FALSE
subjectKeyIdentifier = hash
keyUsage = digitalSignature, keyEncipherment, dataEncipherment
extendedKeyUsage = clientAuth,serverAuth
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
IP.1 = 10.10.0.100
DNS.1 = echo1.example.com
DNS.2 = echo2.example.com
DNS.3 = *.example.com

推荐用 copy 的方式，省事。

（3）签发证书

openssl ca 和 openssl x509 都可以用来签发证书，区别在于前面的 ca 命令有数据库对所签发的证书进行记录（比如 serial, crlnumber 等），而后面的 x509 命令则适用于 ad-hoc 证书的签发，不管理数据库，不记录签发了哪些证书，所以只适合需要一次性证书（比如自签名证书）并且不负责任何后续管理的场景。

由于我们这里专注于证书链系统的构建，所以我们一律使用 openssl ca 命令来构建和管理证书。

注意：签发证书是在 int_ca 目录中操作！

执行命令：

openssl ca -days 365  \
    -config ica.cnf \
    -cert CA/rsa_int_ca.crt \
    -keyfile CA/private/rsa_encrypted.key \
    -passin file:CA/private/password.txt \
    -in ../user_certs/echo/rsa_echo.csr \
    -out ../user_certs/echo/rsa_echo.crt

注：用户证书通常在一年以内，甚至更短。

输出结果：

补充：

如果想由 int_ca 指定 v3 extension 而不是 copy，我们可以这么做：

  • 创建一个单独的文件（如 v3_ext_echo.cnf），在里面的段落 [ v3_ext_echo ] 中填上相应内容。
  • 或者直接在 ica.cnf 中增加一个段落 [ v3_ext_echo ]，填上相应内容。

然后执行下面的命令：

openssl ca -days 365 \
  -config <(cat ica.cnf v3_ext_echo.cnf) \
  -extensions v3_ext_echo \
  -cert CA/rsa_int_ca.crt \
  -keyfile CA/private/rsa_encrypted.key \
  -passin file:CA/private/password.txt \
  -in ../user_certs/echo/rsa_echo.csr \
  -out ../user_certs/echo/rsa_echo.crt

新证书会生成在 newcerts/ 目录中，默认名字是 serial 编号。比如初始的 serial 是 00，那么签发的第一个证书就是 newcerts/00.pem，serial 文件中会变成 01。

index.txt 中也会增加一条记录，如下：

V   251030162019Z       00  unknown /C=US/ST=TX/O=echo service

进入 user_certs/echo 目录

检查证书

cd user_certs/echo
openssl x509 -text -noout -in newcerts/00.pem
全文完！

下集预告：使用 echo 证书：用 Nginx 搭建 HTTPS 服务器

全文完！

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