使用OpenSSL生成TLS证书和密钥

在实现安全通信时，TLS（传输层安全）是一个常用的协议。本文将介绍如何使用 OpenSSL 生成 TLS 证书和密钥文件，并解释每个步骤的关联和意义。

生成 CA 证书和密钥

首先，我们需要生成一个 CA（Certificate Authority，证书颁发机构）证书和私钥。CA 是信任链的根源，客户端和服务器都信任这个 CA。

# 生成 CA 私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out ca-key.pem

# 生成 CA 证书
openssl req -x509 -new -nodes -key ca-key.pem -sha256 -days 365 -out ca-cert.pem -subj "/C=US/ST=State/L=City/O=Organization/OU=Unit/CN=amass.fun"

• 意义：CA 证书用于签署其他证书，确保它们的可信性。
• 关联：生成的 ca-cert.pem 是根证书，ca-key.pem 是用于签署其他证书的私钥。

提示

为什么私钥和证书的文件扩展名为 .pem？

.pem 后缀表示“Privacy Enhanced Mail”，是一种文件格式，用于存储证书、密钥和其他加密数据。它采用 Base64 编码，并使用特定的头尾标识（如 -----BEGIN CERTIFICATE----- 和 -----END CERTIFICATE-----）。 使用 .pem 的原因：

1. 可读性：Base64 编码使得内容可以在文本编辑器中查看和编辑。
2. 兼容性：广泛支持，适用于多种加密工具和库（如 OpenSSL）。
3. 多用途：可以存储证书、私钥、公钥和证书链。

因此，.pem 格式是一种灵活且普遍使用的加密数据存储格式。

生成服务器证书和密钥

接下来，生成服务器的证书和私钥，用于在服务器端建立安全连接。

# 生成服务器私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out server-key.pem

# 生成服务器证书签名请求（CSR）
openssl req -new -key server-key.pem -out server.csr -subj "/C=US/ST=State/L=City/O=Organization/OU=Unit/CN=server.amass.fun"

# 使用 CA 签署服务器证书
openssl x509 -req -in server.csr -CA ca-cert.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out server-cert.pem -days 365 -sha256

• 意义：服务器证书证明服务器的身份，私钥用于加密通信。
• 关联：服务器的证书请求（CSR，Certificate Signing Request）使用 server-key.pem 生成，然后由 CA (ca-key.pem 和 ca-cert.pem) 签署生成 server-cert.pem。这确保了服务器证书是由可信的 CA 签发的。

生成客户端证书和密钥

如果需要客户端证书验证，可以生成客户端证书。

# 生成客户端私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out client-key.pem

# 生成客户端证书签名请求（CSR）
openssl req -new -key client-key.pem -out client.csr -subj "/C=US/ST=State/L=City/O=Organization/OU=Unit/CN=client.amass.fun"

# 使用 CA 签署客户端证书
openssl x509 -req -in client.csr -CA ca-cert.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out client-cert.pem -days 365 -sha256

• 意义：客户端证书用于进行身份验证，确保客户端的可信性。
• 关联：客户端的证书请求（CSR）使用 client-key.pem 生成，然后由 CA 签署生成 client-cert.pem。这确保了客户端证书也是由可信的 CA 签发的。

信息

通过 生成客户端证书和密钥 可以看出，步骤其实是一样的，本质上都只是需要CA签发证书以证明自己的身份而已。

合并证书和私钥

cat server-cert.pem server-key.pem > server-cert-key.pem

简单的通过如上命令就可以将证书和私钥合并，生成的文件 server-cert-key.pem 将包含服务器的证书和私钥。

确保合并后的文件格式正确，可以使用以下命令验证：

openssl x509 -in server-cert-key.pem -text -noout

如果输出显示证书的详细信息，说明合并成功。

确保合并后的文件是安全的，因为它包含私钥。仅在需要的环境中使用合并文件，避免泄露。

总结

通过以上步骤，我们生成了用于安全通信的必要证书和密钥：

• CA 证书：ca-cert.pem，用于验证服务器和客户端证书。
• 服务器证书和密钥：server-cert.pem 和 server-key.pem，用于服务器端的身份验证和加密。
• 客户端证书和密钥：client-cert.pem 和 client-key.pem，用于客户端的身份验证。

信任链和安全通信：

• 信任链：CA 证书是信任链的根，服务器和客户端证书由 CA 签署，确保双方都能验证对方的身份。
• 安全通信：私钥用于加密，证书用于验证身份，确保通信的保密性和完整性。
• 双向认证（可选）：通过客户端证书验证，进一步增强安全性，确保不仅服务器是可信的，客户端也是可信的。

CRL 和 OCSP 检查

CRL（证书吊销列表）和 OCSP（在线证书状态协议）是用于验证 TLS/SSL 证书状态的机制。

CRL（证书吊销列表）

• 作用：CRL 是由证书颁发机构（CA）发布的一个列表，列出已被吊销的证书。
• 工作原理：客户端在验证证书时，会下载并检查 CRL，以确保证书没有被吊销。
• 缺点：CRL 可能会很大，导致下载和处理时间较长。

OCSP（在线证书状态协议）

• 作用：OCSP 提供了一种实时检查证书状态的方法。
• 工作原理：客户端向 OCSP 服务器发送请求，询问特定证书的状态（有效、吊销或未知）。
• 优点：相比 CRL，OCSP 更加高效，因为它只检查特定证书的状态。
• 缺点：需要依赖 OCSP 服务器的可用性。

使用场景

• 安全性：CRL 和 OCSP 是确保证书仍然可信的重要手段。
• 性能：OCSP 通常比 CRL 更快，但需要网络请求。

在开发和测试环境中，可能会禁用这些检查以简化配置和加快开发速度。然而，在生产环境中，建议启用这些检查以确保通信安全。