OpenSSL 基础及实践探索

前言

SSL是Secure Sockets Layer（安全套接层协议）的缩写，可以在Internet上提供秘密性传输。Netscape公司在推出第一个Web浏览器的同时，提出了SSL协议标准。其目标是保证两个应用间通信的保密性和可靠性,可在服务器端和用户端同时实现支持。已经成为Internet上保密通讯的工业标准。

SSL能使用户/服务器应用之间的通信不被攻击者窃听，并且始终对服务器进行认证，还可选择对用户进行认证。SSL协议要求建立在可靠的传输层协议(TCP)之上。SSL协议的优势在于它是与应用层协议独立无关的，高层的应用层协议(例如：HTTP，FTP，TELNET等)能透明地建立于SSL协议之上。SSL协议在应用层协议通信之前就已经完成加密算法、通信密钥的协商及服务器认证工作。在此之后应用层协议所传送的数据都会被加密，从而保证通信的私密性。

一、简介

在计算机网络上，OpenSSL是一个开放源代码的软件库包，应用程序可以使用这个包来进行安全通信，避免窃听，同时确认另一端连接者的身份。这个包广泛被应用在互联网的网页服务器上

OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分：SSL协议库、应用程序以及密码算法库。OpenSSL的目录结构自然也是围绕这三个功能部分进行规划的。

二、基础使用示例

2.1. 基础

检查版本
$ openssl version -a

它在使用四个 CPU 内核并测试 RSA 算法的系统上运行速度有多快
$ openssl speed -multi 4 rsa

获得基本帮助
$ openssl help

生成 10 个随机字节并将它们显示在屏幕上
$ openssl rand -hex 10

2.2. 编码/解码

使用 Base64 编码文件
$ openssl base64 -in file.txt

使用 Base64 编码一些文本
$ echo -n "test text" | openssl base64

Base64 解码一个文件并输出到另一个文件
$ openssl base64 -d -in encoded.data -out decoded.data

2.3. 使用哈希

列出可用的摘要算法
$ openssl list -digest-algorithms

使用 SHA256 散列文件
$ openssl dgst -sha256 file.txt

使用 SHA256 散列文件及其二进制形式的输出（无输出十六进制编码） 没有 ASCII 或编码字符将打印到控制台，只有纯字节
$ openssl dgst -binary -sha256 file.data

使用 SHA3-512 的哈希文本
$ echo -n "some text" | openssl dgst -sha3-512

创建 HMAC - 使用特定密钥（以字节为单位）的文件的 SHA384
$ openssl dgst -SHA384 -mac HMAC -macopt hexkey:369bd7d655 file.data

创建 HMAC - 一些文本的 SHA512
$ echo -n "some text" | openssl dgst -mac HMAC -macopt hexkey:369bd7d655 -sha512

2.4. 对称加密

列出所有支持的对称加密密码
$ openssl enc -list

使用提供的 ASCII 编码密码和 AES-128-ECB 算法加密文件
$ openssl enc -aes-128-ecb -in cleartext.file -out ciphertext.file -pass pass:thisisthepassword

使用 AES-256-CBC 和密钥文件解密文件
$ openssl enc -d -aes-256-cbc -in ciphertext.file -out cleartext.file -pass file:./key.file

使用以十六进制数字形式提供的特定加密密钥 (K) 加密文件
$ openssl enc -aes-128-ecb -in cleartext.file -out ciphertext.file -K 1881807b2d1b3d22f14e9ec52563d981 -nosalt

使用指定的加密密钥（K：256 位）和初始化向量（iv：128 位）在 CBC 块密码模式下使用 ARIA 256 加密文件
$ openssl enc -aria-256-cbc -in cleartext.file -out ciphertext.file -K f92d2e986b7a2a01683b4c40d0cbcf6feaa669ef2bb5ec3a25ce85d9548291c1 -iv 470bc29762496046882b61ecee68e07c -nosalt

使用提供的密钥和 iv 在 COUNTER 块密码模式下使用 Camellia 192 算法加密文件
$ openssl enc -camellia-192-ctr -in cleartext.file -out ciphertext.file -K 6c7a1b3487d28d3bf444186d7c529b48d67dd6206c7a1b34 -iv 470bc29762496046882b61ecee68e07c

2.5. 非对称加密

列出可用的椭圆曲线
$ openssl ecparam -list_curves

创建 4096 位 RSA 公私密钥对
$ openssl genrsa -out pub_priv.key 4096

显示详细的私钥信息
$ openssl rsa -text -in pub_priv.key -noout

使用 AES-256 算法加密公私钥对
$ openssl rsa -in pub_priv.key -out encrypted.key -aes256

删除密钥文件加密并将它们保存到另一个文件
$ openssl rsa -in encrypted.key -out cleartext.key

将公私钥对文件的公钥复制到另一个文件中
$ openssl rsa -in pub_priv.key -pubout -out pubkey.key

使用 RSA 公钥加密文件
$ openssl rsautl -encrypt -inkey pubkey.key -pubin -in cleartext.file -out ciphertext.file

使用 RSA 私钥解密文件
$ openssl rsautl -decrypt -inkey pub_priv.key -in ciphertext.file -out decrypted.file

使用 P-224 椭圆曲线创建私钥
$ openssl ecparam -name secp224k1 -genkey -out ecpriv.key

使用 3DES 算法加密私钥
$ openssl ec -in ecP384priv.key -des3 -out ecP384priv_enc.key

2.6. 数字签名

为私钥生成 DSA 参数。 2048 位长度
$ openssl dsaparam -out dsaparam.pem 2048

生成用于签署文档的 DSA 公私密钥并使用 AES128 算法对其进行保护
$ openssl gendsa -out dsaprivatekey.pem -aes-128-cbc dsaparam.pem

将DSA公私钥文件的公钥复制到另一个文件中
$ openssl dsa -in dsaprivatekey.pem -pubout -out dsapublickey.pem

打印出 DSA 密钥对文件的内容
$ openssl dsa -in dsaprivatekey.pem -text -noout

使用 RSA 私钥对文件的 sha-256 哈希进行签名
$ openssl dgst -sha256 -sign rsakey.key -out signature.data document.pdf

使用公钥验证 SHA-256 文件签名
$ openssl dgst -sha256 -verify publickey.pem -signature signature.data original.file

使用 DSA 私钥对文件的 sha3-512 哈希进行签名
$ openssl pkeyutl -sign -pkeyopt digest:sha3-512 -in document.docx -inkey dsaprivatekey.pem -out signature.data

验证 DSA 签名
$ openssl pkeyutl -verify -sigfile dsasignature.data -inkey dsakey.pem -in document.docx

使用 P-384 椭圆曲线创建私钥
$ openssl ecparam -name secp384r1 -genkey -out ecP384priv.key

使用3DES算法加密私钥
$ openssl ec -in ecP384priv.key -des3 -out ecP384priv_enc.key

使用带有生成密钥的椭圆曲线对 PDF 文件进行签名
$ openssl pkeyutl -sign -inkey ecP384priv_enc.key -pkeyopt digest:sha3-512 -in document.pdf -out signature.data

验证文件的签名。 如果没问题，您必须收到"签名验证成功"
$ openssl pkeyutl -verify -in document.pdf -sigfile signature.data -inkey ecP384priv_enc.key

2.7. 数字证书

生成 CSR 文件和 4096 位 RSA 密钥对
$ openssl req -newkey rsa:4096 -keyout private.key -out request.csr

显示证书签名请求 ( CSR ) 内容
$ openssl req -text -noout -in request.csr

显示 CSR 文件中包含的公钥
$ openssl req -pubkey -noout -in request.csr

使用现有私钥创建证书签名请求 ( CSR )。 当需要在不更改私钥的情况下更新公共数字证书时，这会很有用
$ openssl req -new -key private.key -out request.csr

创建 EC P384 曲线参数文件以在下一步中使用椭圆曲线生成 CSR
$ openssl genpkey -genparam -algorithm EC -out EC_params.pem -pkeyopt ec_paramgen_curve:secp384r1 -pkeyopt ec_param_enc:named_curve

使用在上一步中创建的椭圆曲线 P384 参数文件创建 CSR 文件。 而不是使用 RSA 密钥。
$ openssl req -newkey ec:EC_params.pem -keyout EC_P384_priv.key -out EC_request.csr

创建自签名证书，新的 2048 位 RSA 密钥对，有效期为6个月
$ openssl req -newkey rsa:2048 -nodes -keyout priv.key -x509 -days 180 -out cert.crt

使用 CSR 文件和用于签名的私钥创建并签署新证书（前提需要准备好 openssl.cnf 文件）
$ openssl ca -in request.csr -out certificate.crt -config ./CA/config/openssl.cnf

显示PEM格式证书信息
$ openssl x509 -text -noout -in cert.crt

以 Abstract Sintax Notation One (ASN.1) 显示证书信息
$ openssl asn1parse -in cert.crt

提取证书的公钥
$ openssl x509 -pubkey -noout -in cert.crt

在证书中提取公钥的模数
$ openssl x509 -modulus -noout -in cert.crt
从 HTTPS/TLS 连接中提取域证书

$ openssl s_client -connect domain.com:443 | openssl x509 -out certificate.crt

将证书从 PEM 格式转换为 DER 格式
$ openssl x509 -inform PEM -outform DER -in cert.crt -out cert.der

检查证书公钥是否与私钥和请求文件匹配。 每个文件一步。 必须在输出哈希中匹配
$ openssl x509 -modulus -in certificate.crt -noout | openssl dgst -sha256
$ openssl rsa -modulus -in private.key -noout | openssl dgst -sha256
$ openssl req -modulus -in request.csr -noout | openssl dgst -sha256

2.8. 个人安全环境 (PSE)

将证书从 PEM (base64) 格式转换为 DER（二进制）格式
$ openssl x509 -in certificate.pem -outform DER -out certificate.der

将证书和私钥插入 PKCS #12 格式文件。 这些文件可以导入到 Windows 证书管理器或 Java Key Store (jks) 文件中
$ openssl pkcs12 -export -out cert_key.p12 -inkey private.key -in certificate.crt

显示 PKCS #12 文件的内容
$ openssl pkcs12 -in cert_key.p12

将 .p12 文件转换为 Java Key Store。 此命令使用 java keytool 而不是 openssl。
keytool -importkeystore -destkeystore javakeystore.jks -srckeystore cert_key.p12 -srcstoretype pkcs12

将 PEM 证书转换为 PKCS #7 格式
$ openssl crl2pkcs7 -nocrl -certfile certificate.crt -out cert.p7b

将 PKCS #7 文件从 PEM 转换为 DER
$ openssl pkcs7 -in cert.p7b -outform DER -out p7.der

2.9. 查看 PEM 编码证书

使用具有证书扩展名的命令将 cert.xxx 替换为证书名称
$ openssl x509 -in cert.pem -text -noout
$ openssl x509 -in cert.cer -text -noout
$ openssl x509 -in cert.crt -text -noout

2.10. 查看 DER 编码证书

$ openssl x509 -in certificate.der -inform der -text -noout

三、转换示例

3.1. OpenSSL 转换 PEM

将 PEM 转换为 DER
$ openssl x509 -outform der -in certificate.pem -out certificate.der

将 PEM 转换为 P7B
$ openssl crl2pkcs7 -nocrl -certfile certificate.cer -out certificate.p7b -certfile CACert.cer

将 PEM 转换为 PFX
$ openssl pkcs12 -export -out certificate.pfx -inkey privateKey.key -in certificate.crt -certfile CACert.crt

3.2. OpenSSL 转换 DER

将 DER 转换为 PEM
$ openssl x509 -inform der -in certificate.cer -out certificate.pem

3.3. OpenSSL 转换 PFX

将 PFX 转换为 PEM
$ openssl pkcs12 -in certificate.pfx -out certificate.cer -nodes

3.4. OpenSSL 转换 P7B

将 P7B 转换为 PEM
$ openssl pkcs7 -print_certs -in certificate.p7b -out certificate.cer

将 P7B 转换成 PFX
$ openssl pkcs7 -print_certs -in certificate.p7b -out certificate.cer
$ openssl pkcs12 -export -in certificate.cer -inkey privateKey.key -out certificate.pfx -certfile CACert.cer

四、校验

在建立 SSL/TLS 连接之前，客户端需要确保收到的证书有效。为了做到这一点，客户端不仅要验证其公钥的真实性，还要验证与之相关的其他元数据（重要）：

**签名验证：**这确保了证书没有以任何方式被更改；
**证书尚未过期：**当证书由 CA 颁发时，它会指定一个到期日期；
**证书主题与主机名匹配：**证书是为特定服务器颁发的。因此，证书主题名称需要与客户端尝试连接的 URL 相匹配；
**它没有被撤销：**有时证书可以在任何需要的情况下被其颁发者撤销（例如，关联的私钥已被公开，因此证书无效）；
**它由受信任的 CA 签名：**为了证明证书的真实性，我们需要获取 CA 证书并验证其可信度。然而在 PKI 中有一个信任链的概念，因此 CA 证书可能是由另一个 CA 颁发的。因此我们需要获得另一个 CA 的证书并验证它。依此类推......因此，为了信任证书，我们需要一直导航到根 CA。最后，如果我们信任根 CA，可以肯定地说我们信任整个链。

OpenSSL官网：https://www.openssl.org/