使用 OpenSSL 建立私有 CA：1 根證書
OpenSSL 建立私有 CA 三部曲：
使用 OpenSSL 建立私有 CA：2 中間證書
使用 OpenSSL 建立私有 CA：3 使用者證書
OpenSSL 是一個免費開源的庫，它提供了一些處理數字證書的命令列工具。其中一些工具可以用作證書頒發機構(Certificate Authority 即 CA)。
證書頒發機構(CA)是簽署數字證書的實體。許多網站需要讓他們的客戶知道連線是安全的，所以需要從一個被廣泛信任的CA(例如VeriSign, DigiCert)來為他們的域名簽署證書，也就是我們常說的 HTTPS 證書。
本系列文章的目的不是讓你建立像 VeriSign 那樣的 CA 機構。在很多情況下，我們需要在公司區域網內的網站中啟用 HTTPS，比如測試環境，或者是公司內網中的管理系統(現在主流的瀏覽器都把 HTTP 站點標記為不安全)。此時通過 OpenSSL 建立私有 CA 並頒發證書就是很好的選擇了。
本系列分為三篇文章，即本文《 使用 OpenSSL 建立私有 CA：1 根證書 》後續的《使用 OpenSSL 建立私有 CA：2 中間證書》和《使用 OpenSSL 建立私有 CA：3 使用者證書》。
說明：本系列文章的演示環境為 Ubuntu 18.04，OpenSSL 的版本為 1.1.0g。
基本目錄結構
建立 myca 目錄儲存 CA 相關的所有內容，然後建立 myca/rootca 目錄用來儲存根證書相關的內容：
至於上圖中的 myca/powerca 和 myca/usercert 則存放後面要介紹的中間證書和使用者證書的內容。
準備根證書的配置檔案
OpenSSL 程式提供了一個預設的配置檔案：/etc/ssl/openssl.cnf，但是由於我們自定義的內容比較多，所以乾脆建立一個套單獨的配置檔案。建立檔案 rootca/rootca.cnf，編輯其內容如下：
# OpenSSL root CA configuration file. # v1 [ ca ] # `man ca` default_ca = CA_default [ CA_default ] # Directory and file locations. dir = /home/nick/projects/myca/rootca certs = $dir/certs crl_dir = $dir/crl new_certs_dir = $dir/newcerts database = $dir/db/index serial = $dir/db/serial RANDFILE = $dir/private/random # The root key and root certificate. private_key = $dir/private/rootca.key.pem certificate = $dir/certs/rootca.cert.pem # For certificate revocation lists. crlnumber = $dir/db/crlnumber crl = $dir/crl/rootca.crl.pem crl_extensions = crl_ext default_crl_days = 30 # SHA-1 is deprecated, so use SHA-2 instead. default_md = sha256 name_opt = ca_default cert_opt = ca_default default_days = 3750 preserve = no policy = policy_strict [ policy_strict ] # The root CA should only sign intermediate certificates that match. # See the POLICY FORMAT section of `man ca`. countryName = match stateOrProvinceName = match organizationName = match organizationalUnitName = optional commonName = supplied emailAddress = optional [ req ] # Options for the `req` tool (`man req`). # Optionally, specify some defaults. prompt = no input_password = 123456 default_bits = 2048 distinguished_name = req_distinguished_name string_mask = utf8only # SHA-1 is deprecated, so use SHA-2 instead. default_md = sha256 # Extension to add when the -x509 option is used. # make sure use x509_extensions, do not use req_extensions. x509_extensions = v3_ca # use the req_extensions not work. #req_extensions = v3_ca [ req_distinguished_name ] # See <https://en.wikipedia.org/wiki/Certificate_signing_request>. countryName = CN stateOrProvinceName = ShaanXi localityName = Xian organizationName = NickLi Ltd organizationalUnitName = NickLi Ltd CA commonName = NickLi Root CA emailAddress = [email protected] [ v3_ca ] # Extensions for a typical CA (`man x509v3_config`). subjectKeyIdentifier = hash authorityKeyIdentifier = keyid:always,issuer basicConstraints = critical, CA:true keyUsage = critical, digitalSignature, cRLSign, keyCertSign [ v3_intermediate_ca ] # Extensions for a typical intermediate CA (`man x509v3_config`). subjectKeyIdentifier = hash authorityKeyIdentifier = keyid:always,issuer basicConstraints = critical, CA:true, pathlen:0 keyUsage = critical, digitalSignature, cRLSign, keyCertSign [ crl_ext ] # Extension for CRLs (`man x509v3_config`). authorityKeyIdentifier=keyid:always [ ocsp ] # Extension for OCSP signing certificates (`man ocsp`). basicConstraints = CA:FALSE subjectKeyIdentifier = hash authorityKeyIdentifier = keyid,issuer keyUsage = critical, digitalSignature extendedKeyUsage = critical, OCSPSigning
這是一個非常重要的配置檔案，指定了很多配置的目錄，其中最重要的一個已經被抽取成了變數 dir。我們要做的就是指定 dir 的路徑，並且根據下面的步驟來建立其餘的目錄和檔案。
為了把建立證書的過程也自動化掉，筆者在 req 段添加了下面的配置：
[ req ] prompt = no input_password = 123456
其中的 123456 就是後面建立的祕鑰的密碼，這樣在建立 Certificate Signing Requests(csr) 時就不需要以互動的方式輸入密碼了。
下面的內容是預設的 CA 資訊：
[ req_distinguished_name ] countryName = CN stateOrProvinceName = ShaanXi localityName = Xian organizationName = NickLi Ltd organizationalUnitName = NickLi Ltd CA commonName = NickLi Root CA emailAddress = [email protected]
準備目錄和檔案
在 rootca 目錄下建立下面的目錄和檔案：
rootca/certs/# 存放新建的證書 rootca/db/# spenssl 用來存放資訊的目錄 rootca/private/# 存放私鑰 rootca/crl/ rootca/newcerts/ rootca/db/index rootca/db/serial rootca/db/crlnumber
其中的 rootca/private 目錄需要 700 的許可權，主要是為了既保證私鑰的安全有能夠建立私鑰檔案。rootca/db/serial 和 rootca/db/crlnumber 則需要被初始化為特定的值。簡單起見我們可以使用下面的指令碼來建立這些目錄和檔案：
#!/bin/bash # create dir certs db private crl newcerts under rootca dir. if [ ! -d rootca/certs ]; then mkdir -p rootca/certs fi if [ ! -d rootca/db ]; then mkdir -p rootca/db touch rootca/db/index openssl rand -hex 16 > rootca/db/serial echo 1001 > rootca/db/crlnumber fi if [ ! -d rootca/private ]; then mkdir -p rootca/private chmod 700 rootca/private fi if [ ! -d rootca/crl ]; then mkdir -p rootca/crl fi if [ ! -d rootca/newcerts ]; then mkdir -p rootca/newcerts fi
把上面的程式碼儲存到 myca/roothelpler.sh 檔案中，然後 cd 到 myca 目錄下執行：
$ ./roothelpler.sh
此時當前目錄為 myca ，rootca 下的子目錄和檔案都已經建立成功。
建立 root 祕鑰
進入 rootca 目錄：
$ cd rootca
執行下面的命令建立私鑰：
$ openssl genrsa -aes256 -out private/rootca.key.pem 4096
這裡筆者設定的密碼為：123456，記住這個密碼，後面還會用到。然後為了確保安全，把祕鑰的訪問許可權設定為 400：
$ chmod 400 private/rootca.key.pem
此時當前目錄為 myca/rootca。
建立 Certificate Signing Requests(csr)
執行下面的命令建立 csr：
$ openssl req -new \ -config rootca.cnf \ -sha256 \ -key private/rootca.key.pem \ -out csr/rootca.csr.pem
下面的命令可以檢查生成的 csr：
$ openssl req -text -noout -in csr/rootca.csr.pem
注意，csr 中包含了 CA 的基本資訊，和公鑰資訊。
建立 CA 的根證書
有了前一步中生成的 csr，我們就可以通過下面的命令生成 CA 的根證書了：
$ openssl ca -selfsign \ -config rootca.cnf \ -in csr/rootca.csr.pem \ -extensions v3_ca \ -days 7300 \ -out certs/rootca.cert.pem
在互動式的提示中輸入私鑰的密碼 123456，並同意其它的確認提示，就完成了根證書的生成操作。注意，上面命令中的 -selfsing 選項，它說明 所有的根證書都是自簽名的 。同樣，我們也可以通過命令來檢視證書的詳細資訊：
$ openssl x509 -noout -text -in certs/rootca.cert.pem
其中的 Signature Algorithm 為簽名演算法；Issurer 是簽發方，即簽署證書的實體；Validity 指明證書的有效期為 2018-11-26 號至 2038-11-21 號；然後是公鑰資訊；Subject 指明證書自身的資訊，這裡 Issurer 和 Subject 的資訊是一樣的；下面還有 X509 協議相關的資訊，這部分資訊由配置檔案 rootca.cnf 中的 [ v3_ca ] 段控制：
紅框中的資訊表明這個證書被用作 CA。
總結
至此我們已經為私有的 CA 建立了根證書，在接下來的《使用 OpenSSL 建立私有 CA：中間證書》一文中我們將詳細的介紹如何建立 CA 的中間證書。
參考：
《openssl-cookbook》