x509证书吊销相关调研

背景

在做一个区块链项目时，区块链底层平台采用PBFT共识，没有配置块的概念，fabric有配置块约定链的权限。当删除一个节点时由于证书还没有吊销，被删除节点还可以自己启动加入区块链网络，这里实现证书吊销十分有必要。

x509证书吊销

什么是证书吊销

证书吊销列表 (Certificate Revocation List ，简称： CRL) 是 PKI 系统中的一个结构化数据文件，该文件包含了证书颁发机构 (CA) 已经吊销的证书的序列号及其吊销日期。 CRL 文件中还包含证书颁发机构信息、吊销列表失效时间和下一次更新时间，以及采用的签名算法等。证书吊销列表最短的有效期为一个小时，一般为 1 天，甚至一个月不等，由各个证书颁发机构在设置其证书颁发系统时设置。

证书吊销列表(CRL)与证书状态在线查询协议（OCSP）

讲到吊销列表，就不得不讲讲 OCSP ，Online Certificate Status Protocol, 证书状态在线查询协议， 是 IETF 颁布的用于实时查询数字证书在某一时间是否有效的标准。

上面已经提到，一般 CA 都只是 每隔一定时间 ( 几天或几个月 ) 才发布新的吊销列表，可以看出： CRL 是 不能及时反映证书的实际状态的。而 OCSP 就能满足实时在线查询证书状态的要求。它为电子商务网站提供了一种实时检验数字证书有效性的途径，比下载和处理 CRL 的传统方式更快、更方便和更具独立性。请求者发送查询请求， OCSP 服务器会返回证书可能的三个状态：正常、吊销和未知。

OCSP 服务由独立的 OCSP 服务器来提供服务，目前WoSign新证书颁发系统支持 OCSP 方式查询证书状态。 OCSP 也是一个可以访问的 http 网站。

证书吊销作用

在服务程序使用到证书时，一定会先检查此证书是否已经被吊销，也就是说会查询吊销列表或 OCSP 服务， 如果此证书已经被证书颁发机构吊销，则认为持有该证书的角色为非法的，不会进行后续的操作。

证书吊销原理

一般来讲CA会有证书吊销的接口,下文中会通过openssl做一些自建CA，签发证书，吊销证书，创建CRL等操作。创建CRL最终会生成.crl文件，在验证证书时，会检测证书是否在.crl文件里，即判断是否已经注销。
例如x509上，创建CRL函数：

func (c *Certificate) CreateCRL(rand io.Reader, priv interface{}, revokedCerts []pkix.RevokedCertificate, now, expiry time.Time) (crlBytes []byte, err error) {
}

fabric上关于CRL的操作

1、从crl目录读取crl列表到msp对象

func (msp *bccspmsp) setupCRLs(conf *m.FabricMSPConfig) error {
	// setup the CRL (if present)
	msp.CRL = make([]*pkix.CertificateList, len(conf.RevocationList))
	for i, crlbytes := range conf.RevocationList {
		crl, err := x509.ParseCRL(crlbytes)
		if err != nil {
			return errors.Wrap(err, "could not parse RevocationList")
		}

		// TODO: pre-verify the signature on the CRL and create a map
		//       of CA certs to respective CRLs so that later upon
		//       validation we can already look up the CRL given the
		//       chain of the certificate to be validated
		msp.CRL[i] = crl
	}
	return nil
}

2、在validateIdentity、validateCAIdentity、validateTLSCAIdentity时会查询CRL并做验证

func (msp *bccspmsp) validateCertAgainstChain(cert *x509.Certificate, validationChain []*x509.Certificate) error {
	// here we know that the identity is valid; now we have to check whether it has been revoked

	// identify the SKI of the CA that signed this cert
	SKI, err := getSubjectKeyIdentifierFromCert(validationChain[1])
	if err != nil {
		return errors.WithMessage(err, "could not obtain Subject Key Identifier for signer cert")
	}

	// check whether one of the CRLs we have has this cert's
	// SKI as its AuthorityKeyIdentifier
	for _, crl := range msp.CRL {
		aki, err := getAuthorityKeyIdentifierFromCrl(crl)
		if err != nil {
			return errors.WithMessage(err, "could not obtain Authority Key Identifier for crl")
		}

		// check if the SKI of the cert that signed us matches the AKI of any of the CRLs
		if bytes.Equal(aki, SKI) {
			// we have a CRL, check whether the serial number is revoked
			for _, rc := range crl.TBSCertList.RevokedCertificates {
				if rc.SerialNumber.Cmp(cert.SerialNumber) == 0 {
					// We have found a CRL whose AKI matches the SKI of
					// the CA (root or intermediate) that signed the
					// certificate that is under validation. As a
					// precaution, we verify that said CA is also the
					// signer of this CRL.
					err = validationChain[1].CheckCRLSignature(crl)
					if err != nil {
						// the CA cert that signed the certificate
						// that is under validation did not sign the
						// candidate CRL - skip
						mspLogger.Warningf("Invalid signature over the identified CRL, error %+v", err)
						continue
					}

					// A CRL also includes a time of revocation so that
					// the CA can say "this cert is to be revoked starting
					// from this time"; however here we just assume that
					// revocation applies instantaneously from the time
					// the MSP config is committed and used so we will not
					// make use of that field
					return errors.New("The certificate has been revoked")
				}
			}
		}
	}
	return nil
}

证书吊销应用

这里主要采用openssl来自建一套CA，进行证书签发，吊销等操作

一、查看openssl配置

cat /usr/local/etc/openssl/openssl.cnf

[ tsa_config1 ]

# These are used by the TSA reply generation only.
dir		= ./demoCA		# TSA root directory
serial		= $dir/tsaserial	# The current serial number (mandatory)
crypto_device	= builtin		# OpenSSL engine to use for signing
signer_cert	= $dir/tsacert.pem 	# The TSA signing certificate
					# (optional)
certs		= $dir/cacert.pem	# Certificate chain to include in reply
					# (optional)
signer_key	= $dir/private/tsakey.pem # The TSA private key (optional)

default_policy	= tsa_policy1		# Policy if request did not specify it
					# (optional)
other_policies	= tsa_policy2, tsa_policy3	# acceptable policies (optional)
digests		= md5, sha1		# Acceptable message digests (mandatory)
accuracy	= secs:1, millisecs:500, microsecs:100	# (optional)
clock_precision_digits  = 0	# number of digits after dot. (optional)
ordering		= yes	# Is ordering defined for timestamps?
				# (optional, default: no)
tsa_name		= yes	# Must the TSA name be included in the reply?
				# (optional, default: no)
ess_cert_id_chain	= no	# Must the ESS cert id chain be included?
				# (optional, default: no)

二、搭建CA，创建目录测试目录test

mkdir -p ~/test
cd ~/test
 cp /usr/local/etc/openssl/openssl.cnf .
 

三、根据配置文件，创建对应目录

mkdir ./demoCA ./demoCA/newcerts ./demoCA/private
chmod 777 ./demoCA/private
echo '01' > ./demoCA/serial
touch ./demoCA/index.txt

四、修改配置文件

dir     = ./demoCA     # Where everything is kept
将路径改为自己测试目录路径
dir    = ~/test/demoCA    # Whereeverything is kept

五、具体操作步骤

1、生成私钥：server.key

openssl genrsa -des3 -out server.key 4096

2、生成证书签名申请文件:server.csr

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

3、有申请文件server.csr，一般会将server.csr文件提供给第三方可信任机构签名。这里将自建CA（root），用CA的root证书来签名，其中CA的证书保存为root.crt，key保存为root.key。

openssl req -new -x509 -keyout root.key -out root.crt -config openssl.cnf

4、有了自建CA（root），就可以用它来为第2步生的csr文件进行签名，生成server.crt。

 openssl ca -in server.csr -out server.crt -cert root.crt -keyfile root.key -config openssl.cnf

5、证书吊销列表CRL，现在来生成server.crl文件，即将刚才的证书吊销。

a、先根据配置文件配置环境，如下：

cp root.key ./demoCA/private/cakey.pem
cp root.crt ./demoCA/cacert.pem
 echo '00' > ./demoCA/crlnumber

b、吊销证书

openssl ca -revoke server.crt -config openssl.cnf

c、生成吊销列表

openssl ca -gencrl -out server.crl -config openssl.cnf

六、最后所有生成的文件如下：

test tree
.
├── demoCA
│   ├── cacert.pem
│   ├── crlnumber
│   ├── crlnumber.old
│   ├── index.txt
│   ├── index.txt.attr
│   ├── index.txt.attr.old
│   ├── index.txt.old
│   ├── newcerts
│   │   └── 01.pem
│   ├── private
│   │   └── cakey.pem
│   ├── serial
│   └── serial.old
├── openssl.cnf
├── root.crt
├── root.key
├── server.crl
├── server.crt
├── server.csr
└── server.key