Openssl建立CA系统

Openssl建立CA系统

关键词：SSL、RSA简单实例、matlab乘幂取余、OPENSSL应用、用户CA建立

1.SSL简介(百科)

　　SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。

　　SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层： SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。 SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

　　SSL的数字证书采用非对称加密算法确保安全性。

2.RSA简介(百科)

　　RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。

　　RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

　　RSA的算法涉及三个参数，n、e1、e2。其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。e1和e2是一对相关的值，e1可以任意取，但要求e1与(p-1)*(q-1)互质；再选择e2，要求(e2*e1)mod((p-1)*(q-1))=1。(n，e1),(n，e2)就是密钥对。其中(n，e1)为公钥，(n，e2)为私钥。

　　RSA加解密的算法完全相同，设A为明文，B为密文，则：B=A^e1 mod n；A=B^e2 mod n；(公钥加密体制中，一般用公钥加密，私钥解密)e1和e2可以互换使用，即：

A=B^e1 mod n；B=A^e2 mod n;

3.RSA简单应用例

　　取p=13,q=19,n=p*q=247=11110111b,(p-1)(q-1)=216=2*2*3*2*3*3,假设取e1=5,则e2=(216*x)/5 + 1/5其中x为任意整数进一步可取x为4得一个e2=173,则公钥(5,247),私钥(173,247);n长度为8，对明文按每4bit单元(为保证加密后数据不丢失，这里明文编码最大加密单元能表示的编码数要小于247)进行加密，加密后数据按8bit保存，如

　　原始明文=FEDCBA9876543210，用数组表示[15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0]

　　加密明文，加密后密文=[15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0]^5 mod 247=[97 105 52 103 7 212 16 164 11 119 161 36 243 32 1 0]

　　密文解密，解密后明文=[97 105 52 103 7 212 16 164 11 119 161 36 243 32 1 0]^173 mod 247=[15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0]=FEDCBA9876543210

　　针对a^b mod c的运算，当a,b值很大时不能直接计算，需要用到乘幂取余，利用a*b%c=((a%c)*(b%c))%c及幂的二进制展开方法，下面是matlab计算a^b mod c的方法：

　　　　%－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

　　　　function y=a_b_mod_c(a,b,c)

　　　　%a可以输入一维数组，a,b,c的值必须小于32位整型最大值

　　　　if a >= 4294967295 | b >= 4294967295 | c >= 4294967295

    　　　　error('Input a_b_mod_c(a,b,c) a,b,c must less than 4294967295');

　　　　end

　　　　int32_b = uint32(b);

　　　　int32_c = uint32(c);

　　　　y = [];

　　　　for m=1:max(size(a))

    　　　　fresult = a(m);

   　　　　 result = 1;

   　　　　 for n=1:32

        　　　　if bitget(int32_b,n)==1

          　　　　  result = mod(result*fresult,int32_c);

        　　　　end

     　　　　   fresult = mod(fresult*fresult,int32_c);

    　　　　end

 　　　　   y =[y,double(result)];

　　　　end

4.安装openssl

　　安装openssl软件包，openssl version可以查看版本，本文档实验openssl版本0.9.8k 25 Mar 2009

5.生成RSA密钥

　　如果需要对RSA密钥进行密码保护，方法：

　　　　$openssl genrsa -des3 -out privkey.pem 2048

　　如果不需要对RSA密钥进行密码保护，方法：

　　　　$openssl genrsa -out privkey.pem 2048

　　生成2048位的密钥，des3为密钥加密方法

6.生成证书请求和自签名证书

　　生成证书请求文件cert.csr可以由其它CA机构进行签名，假设CA机构是直接顶层权威机构，它公之于众的证书就是rootca.pem。

　　　　$openssl req -new -key privkey.pem -out cert.csr

　　顶层权威机构会给cert.csr用它的密钥进行签名，最终给你一个文件cacert.pem，这个就是和privkey.pem配对的数字证书。有了privkey.pem和cacert.pem，就可以和其它信任rootca.pem的系统进行依赖于数字证书认证的SSL通信了。

　　如果自己就是CA顶层权威机构(比如自己做实验)，那么先前生成的privkey.pem就是ROOT CA的密钥，这个密钥会用来签名用户数据证书。顶层CA机构需要一个公之于众的根证书，用privkey.pem给自己签名生成一个根证书，方法：

　　　　$openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out rootca.pem -days 1095

　　生成根证书会提示输入很多相关信息。

7.建立自己的CA系统

　　建立自己的CA系统，上面6生成的自签名证书就可以做根证书，为方便可将privkey.pem改名为cakey.pem，rootca.pem改名为cacert.pem，然后配置openssl.cnf文件。

　　建立自己的CA根目录，如/home/thq/myca，由于是测试自己的CA系统，可以从/etc/ssh/openssl.cnf拷贝一份到/home/thq/myca目录：

　　配置自己的openssl.cnf文件，修改CA_default如MyCA，其它配置如下

　　图中可以看出需要在myca目录下创建一些目录和文件：

　　　　$cd /home/thq/myca

　　　　$mkdir certs crl newcerts private

　　　　$touch index.txt

　　　　$echo 01>serial

　　　　$echo 01>crlnumber

　　　　$chomd 777 -R .

　　拷贝前面生成的cakey.pem和cacert.pem到指定目录，降低CA policy

　　　　# For the CA policy

　　　　[ policy_match ]

　　　　countryName             = supplied

　　　　stateOrProvinceName     = supplied

　　　　organizationName        = supplied

　　　　organizationalUnitName  = optional

　　　　commonName              = supplied

　　　　emailAddress            = optional

　　生成用户密钥和证书请求

　　　　$openssl genrsa -out userkey.pem 2048

　　　　$openssl req -new -key privkey.pem -out usercert.csr

　　生成证书，证书生成目录/home/thq/newcerts：

　　　　$openssl ca -in usercert.csr -config /home/thq/myca/openssl.cnf 

　　/home/thq/newcerts/01.pem即为usercert.pem，可以看到/home/thq/myca/serial和index有变化。

8.吊销证书并生成CRL列表

　　吊销证书

　　　　$cd /home/thq/myca/newcerts

　　　　$openssl ca -revoke usercert.pem -config /home/thq/myca/openssl.cnf

　　生成CRL列表

　　　　$cd /home/thq/myca/crl

　　　　$openssl ca -gencrl -out myca.crl -config /home/thq/myca/openssl.cnf

9.总结

　　至此生成的文件有：

　　　　CA密钥：cakey.pem

　　　　CA证书(根证书)：cacert.pem

　　　　用户密钥：userkey.pem

　　　　用户证书：usercert.pem

　　　　CA证书吊销列表CRL：myca.crl

　　这样CA建立完毕，如果多个用户都到myca申请证书，由于所有用户都信任cacert.pem，也信任由myca签名的证书，所以用户间可以交换自己的usercert.pem进行安全认证，并建立安全通信。