SSL/TLS 证书在客户端-服务器通信中的详解

SSL/TLS 证书在客户端-服务器通信中的详解

证书文件概述

在SSL/TLS通信中，通常使用三种主要的PEM格式证书文件：

文件	作用	内容	持有者
ca.pem	根证书/CA证书	可信的证书颁发机构公钥	客户端和服务器
cert.pem	实体证书	服务器的身份证书	服务器端
key.pem	私钥文件	服务器的私钥	服务器端

详细用途说明

1. CA证书 (ca.pem)

作用：信任锚点，用于验证其他证书的合法性
内容：CA的公钥和身份信息
格式：-----BEGIN CERTIFICATE----- ... -----END CERTIFICATE-----

客户端使用：验证服务器证书是否由可信CA签发
服务器使用：验证客户端证书（如启用双向认证）

2. 服务器证书 (cert.pem)

作用：证明服务器身份
内容：服务器公钥、服务器信息、CA的数字签名
格式：-----BEGIN CERTIFICATE----- ... -----END CERTIFICATE-----

包含信息：

• 服务器域名/主机名
• 服务器公钥
• 有效期
• 颁发者（CA）信息
• CA的数字签名

3. 私钥文件 (key.pem)

作用：服务器私钥，用于解密和签名
内容：RSA/ECDSA私钥
格式：-----BEGIN PRIVATE KEY----- ... -----END PRIVATE KEY-----

重要：必须严格保密，仅服务器持有

TLS握手过程图解

证书验证流程图

文件内容示例

ca.pem (CA证书)

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIDQTCCAimgAwIBAgITBmyfz5m/jAo54vB4ikPmljZbyjANBgkqhkiG9w0BAQsF
...
[middle part of certificate]
...
-----END CERTIFICATE-----

cert.pem (服务器证书)

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIDazCCAlOgAwIBAgIUYsjcJXZpNvB6MhSDwQQzXq5WJvMwDQYJKoZIhvcNAQEL
...
[middle part of certificate]
...
-----END CERTIFICATE-----

key.pem (私钥 - 示例格式)

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MIIEvQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBKcwggSjAgEAAoIBAQC7VJTUtMYbUu7M
...
[encrypted private key data]
...
-----END PRIVATE KEY-----

实际使用示例

服务器端配置 (Node.js/Express)

const https = require('https');
const fs = require('fs');

const options = {
    cert: fs.readFileSync('cert.pem'),    // 服务器证书
    key: fs.readFileSync('key.pem'),      // 服务器私钥
    ca: fs.readFileSync('ca.pem'),        // CA证书（可选，用于客户端认证）
    requestCert: false,                    // 是否要求客户端证书
    rejectUnauthorized: true               // 拒绝未授权连接
};

const server = https.createServer(options, (req, res) => {
    res.writeHead(200);
    res.end('Secure Connection Established');
});

server.listen(443);

客户端配置 (Node.js)

const https = require('https');
const fs = require('fs');

const options = {
    hostname: 'example.com',
    port: 443,
    path: '/',
    method: 'GET',
    ca: fs.readFileSync('ca.pem'),        // 用于验证服务器证书
    cert: fs.readFileSync('client-cert.pem'), // 客户端证书（双向认证）
    key: fs.readFileSync('client-key.pem')    // 客户端私钥
};

const req = https.request(options, (res) => {
    console.log('statusCode:', res.statusCode);
});

req.end();

安全要点

1. 私钥保护：key.pem 必须严格保密，设置适当文件权限
2. 证书轮换：定期更新证书，避免过期
3. 证书吊销：关注证书吊销列表(CRL)或使用OCSP
4. 强加密算法：使用至少2048位RSA或256位ECC
5. 双向认证：敏感场景启用客户端证书验证

常见问题排查

问题	可能原因	解决方案
证书验证失败	ca.pem不匹配	使用正确的CA证书
私钥不匹配	cert.pem和key.pem不配对	重新生成证书对
证书过期	证书超出有效期	更新证书
主机名不匹配	访问的域名与证书CN不匹配	使用正确域名或泛域名证书

通过正确配置和使用这三种证书文件，可以确保客户端和服务器之间建立安全的加密通信通道，防止中间人攻击和数据泄露。