ssl介绍以及双向认证和单向认证原理-白红宇

ssl介绍以及双向认证和单向认证原理

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发布时间：2019-06-13

本文共 6044 字，大约阅读时间需要 20 分钟。

证书介绍

SSL安全证书可以自己生成，也可以通过第三方的CA（Certification Authority）认证中心付费申请颁发。

SSL安全证书包括：

1. CA证书，也叫根证书或中间级证书。单向认证的https，CA证书是可选的。主要目的是使证书构成一个证书链，以达到浏览器信任证书的目的。如果使用了CA证书，服务器证书和客户证书都使用CA证书来签名。如果不安装CA证书，浏览器默认认为是不安全的。

2. 服务器证书。必选。通过服务器私钥，生成证书请求文件CSR，再通过CA证书签名生成服务器证书。

3. 客户证书。可选。如果有客户证书，就是双向认证的HTTPS，否则就是单向认证的HTTPS。生成步骤和服务器证书类似。

上面几种证书都可以自己生成。商业上，一般自己提供服务器或客户证书端的私钥和证书请求CSR，向第三方机构付费申请得到通过CA证书签名的服务器证书和客户证书。

生成证书

用openssl提供的工具CA.sh签名证书，证书放在/usr/local/apache2/conf/ssl.crt目录，先把工具拷贝过来：

cp /usr/share/ssl/misc/CA.sh /usr/local/apache2/conf/ssl.crt

1. CA证书（根证书/中间级证书）

是CA认证机构提供，如果是双向认证则必选，否则是可选。通过CA证书，构成一个证书链，目的是使浏览器信任你的证书。如果使用了CA证书，用它来签名服务器和客户证书，以达到浏览器信任的目的。

自己生成CA证书步骤：

./CA.sh –newca

回车创建新文件，输入加密密码，并填写证书信息：

Country Name (2 letter code) [AU]:CN

State or Province Name (full name) [Some-State]:Guangdong

Locality Name (eg, city) []:Shenzhen

Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:xxx

Organizational Unit Name (eg, section) []:xxx

Common Name (eg, YOUR name) []:www.shenmiguo.com

Email Address []:xxx@xxx.com

Common Name填入主机全称是比较好的选择。这个名称必须与通过浏览器访问您网站的URL完全相同，否则用户会发现您服务器证书的通用名与站点的名字不匹配，用户就会怀疑您的证书的真实性。服务器证书和客户证书的Common Name应该和CA一致。

生成结果：demoCA/private/cakey.pem是CA证书的私钥文件，demoCA/cacert.pem是CA证书。

这样就建好了一个CA服务器，有了一个根证书的私钥cakey.pem及一张根证书cacert.pem,现在就可以用cacert.pem来给服务器证书或客户证书签名了。

我们规范一下CA证书的命名，把CA证书和密钥重命名一下：

cp demoCA/private/cakey.pem ca.key

cp demoCA/cacert.pem ca.crt

ca.key是中间级证书私钥，ca.crt是中间级证书。

2. 服务器证书

a）生成服务器私钥

openssl genrsa -des3 -out server.key 1024

输入加密密码，用128位rsa算法生成密钥，得到server.key文件。

b）生成服务器证书请求（CSR）

openssl req -new -key server.key -out server.csr

CSR（Certificate Signing Request）是一个证书签名请求，在申请证书之前，首先要在WEB服务器上生成CSR，并将其提交给CA认证中心，CA才能给您签发SSL服务器证书。可以这样认为，CSR就是一个在您服务器上生成的证书。CSR主要包括以下内容：

Country Name (2 letter code) [AU]:CN

State or Province Name (full name) [Some-State]:Guangdong

Locality Name (eg, city) []:Shenzhen

Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:xxx

Organizational Unit Name (eg, section) []:xxx

Common Name (eg, YOUR name) []:shenmiguo.com

Email Address []:xxx@xxx.com

Please enter the following ‘extra’ attributes

to be sent with your certificate request

A challenge password []:

An optional company name []:

Common Name填入主机名和CA一致。

c）自己生成服务器证书

如果不使用CA证书签名的话，用如下方式生成：

openssl req -x509 -days 1024 -key server.key -in server.csr > server.crt

用服务器密钥和证书请求生成证书server.crt，-days参数指明证书有效期，单位为天。商业上来说，服务器证书是由通过第三方机构颁发的，该证书由第三方认证机构颁发的。

如果使用CA证书签名，用openssl提供的工具CA.sh生成服务器证书：

mv server.csr newreq.pem

./CA.sh -sign

mv newcert.pem server.crt

签名证书后，可通过如下命令可查看服务器证书的内容：

openssl x509 -noout -text -in server.crt

可通过如下命令验证服务器证书：

openssl verify -CAfile ca.crt server.crt

3. 客户证书

客户证书是可选的。如果有客户证书，就是双向认证HTTPS，否则就是单向认证HTTPS。

a）生成客户私钥

openssl genrsa -des3 -out client.key 1024

b）生成客户证书签名请求

openssl req -new -key client.key -out client.csr

c）生成客户证书（使用CA证书签名）

openssl ca -in client.csr -out client.crt

d）证书转换成浏览器认识的格式

openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.pfx

4. 证书列表

如果使用双向认证，就会有三个私钥和三个证书。分别是ca.key, ca.crt, server.key, server.crt, client.key, client.crt，以及给浏览器的client.pfx。

如果使用有CA证书的单向认证，证书和私钥就是ca.key, ca.crt, server.key, server.crt。

如果使用无CA证书的单向认证，证书和私钥就是server.key, server.crt。

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基于ssl，一般的应用都是单向认证，如果应用场景要求对客户来源做验证也可以实现成双向认证。

为了便于更好的认识和理解 SSL 协议，这里着重介绍 SSL 协议的握手协议。SSL 协议既用到了公钥加密技术又用到了对称加密技术，对称加密技术虽然比公钥加密技术的速度快，可是公钥加密技术提供了更好的身份认证技术。SSL 的握手协议非常有效的让客户和服务器之间完成相互之间的身份认证，其主要过程如下：

　　① 客户端的浏览器向服务器传送客户端 SSL 协议的版本号，加密算法的种类，产生的随机数，以及其他服务器和客户端之间通讯所需要的各种信息。

　　② 服务器向客户端传送 SSL 协议的版本号，加密算法的种类，随机数以及其他相关信息，同时服务器还将向客户端传送自己的证书。

　　③ 客户利用服务器传过来的信息验证服务器的合法性，服务器的合法性包括：证书是否过期，发行服务器证书的 CA 是否可靠，发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”，服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配。如果合法性验证没有通过，通讯将断开；如果合法性验证通过，将继续进行第四步。

　　④ 用户端随机产生一个用于后面通讯的“对称密码”，然后用服务器的公钥（服务器的公钥从步骤②中的服务器的证书中获得）对其加密，然后将加密后的“预主密码”传给服务器。

　　⑤ 如果服务器要求客户的身份认证（在握手过程中为可选），用户可以建立一个随机数然后对其进行数据签名，将这个含有签名的随机数和客户自己的证书以及加密过的“预主密码”一起传给服务器。

　　⑥ 如果服务器要求客户的身份认证，服务器必须检验客户证书和签名随机数的合法性，具体的合法性验证过程包括：客户的证书使用日期是否有效，为客户提供证书的 CA 是否可靠，发行 CA 的公钥能否正确解开客户证书的发行 CA 的数字签名，检查客户的证书是否在证书废止列表（CRL）中。检验如果没有通过，通讯立刻中断；如果验证通过，服务器将用自己的私钥解开加密的“预主密码”，然后执行一系列步骤来产生主通讯密码（客户端也将通过同样的方法产生相同的主通讯密码）。

　　⑦ 服务器和客户端用相同的主密码即“通话密码”，一个对称密钥用于 SSL 协议的安全数据通讯的加解密通讯。同时在 SSL 通讯过程中还要完成数据通讯的完整性，防止数据通讯中的任何变化。

　　⑧ 客户端向服务器端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知服务器客户端的握手过程结束。

　　⑨ 服务器向客户端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知客户端服务器端的握手过程结束。

　　⑩ SSL 的握手部分结束，SSL 安全通道的数据通讯开始，客户和服务器开始使用相同的对称密钥进行数据通讯，同时进行通讯完整性的检验。

　　双向认证 SSL 协议的具体过程

　　① 浏览器发送一个连接请求给安全服务器。

　　② 服务器将自己的证书，以及同证书相关的信息发送给客户浏览器。

　　③ 客户浏览器检查服务器送过来的证书是否是由自己信赖的 CA 中心所签发的。如果是，就继续执行协议；如果不是，客户浏览器就给客户一个警告消息：警告客户这个证书不是可以信赖的，询问客户是否需要继续。

　　④ 接着客户浏览器比较证书里的消息，例如域名和公钥，与服务器刚刚发送的相关消息是否一致，如果是一致的，客户浏览器认可这个服务器的合法身份。

　　⑤ 服务器要求客户发送客户自己的证书。收到后，服务器验证客户的证书，如果没有通过验证，拒绝连接；如果通过验证，服务器获得用户的公钥。

　　⑥ 客户浏览器告诉服务器自己所能够支持的通讯对称密码方案。

　　⑦ 服务器从客户发送过来的密码方案中，选择一种加密程度最高的密码方案，用客户的公钥加过密后通知浏览器。

　　⑧ 浏览器针对这个密码方案，选择一个通话密钥，接着用服务器的公钥加过密后发送给服务器。

　　⑨ 服务器接收到浏览器送过来的消息，用自己的私钥解密，获得通话密钥。

　　⑩ 服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，对称密钥是加过密的。

　　上面所述的是双向认证 SSL 协议的具体通讯过程，这种情况要求服务器和用户双方都有证书。单向认证 SSL 协议不需要客户拥有 CA 证书，具体的过程相对于上面的步骤，只需将服务器端验证客户证书的过程去掉，以及在协商对称密码方案，对称通话密钥时，服务器发送给客户的是没有加过密的（这并不影响 SSL 过程的安全性）密码方案。这样，双方具体的通讯内容，就是加过密的数据，如果有第三方攻击，获得的只是加密的数据，第三方要获得有用的信息，就需要对加密的数据进行解密，这时候的安全就依赖于密码方案的安全。而幸运的是，目前所用的密码方案，只要通讯密钥长度足够的长，就足够的安全。这也是我们强调要求使用 128 位加密通讯的原因。

一般web应用都是采用单向认证的，原因很简单，用户数目广泛，且无需做在通讯层做用户身份验证，一般都在应用逻辑层来保证用户的合法登入。

但如果是企业应用对接，情况就不一样，可能会要求对client（相对而言）做身份验证。这时需要做双向认证。

用java简单试了一下如何搭建一个https站点， tomcat 6 https 单向认证，网上google一下，例子很多，这里就不贴出来了，然后浏览器测试。

继续浏览此网站，可以正式访问。服务器搭建，应该是没问题了。但是这个警告是怎么回事？还是应该再了解一下的。

这个证书是自己做的，用jdk的工具keytool 很容易可以搞出一个(不懂请google)，浏览器很明显不信任这个服务器发过来的证书(公钥)。这里还需要了解一下，浏览器是如何信任一个证书的。

1 浏览器 https: 访问一个网站

2 网站服务器会发给浏览器一个证书

3 浏览器验证证书有效性：

3.1 证书与访问域名是否匹配，证书是否还在已经有效期内。

3.2 证书的路径。

如图：

证书是否由浏览器(客户端) 所信任的机构认证。如果在，则通过，否则给用户自己选择。