openssl生成证书及简化身份验证

概述

本文将给出数个用于生成SSL证书的bat脚本，并探讨当不需要身份验证时可行的简化方案。

本文面向openssl初学者，但需要一定的密码学基础知识。具体包括 对称加密、非对称加密、密钥、公钥、数字证书，以上概念只需了解即可。

本文假设你已经下载安装了openssl，文章内容将不包含安装openssl。打开CMD输入openssl来验证你的openssl是否可以正常使用。

开发环境

windows10   Visual Studio 2010   C++    openssl-1.1.0h

生成SSL证书

假设我们的需求是TCP通信，C/S结构，只考虑单客户端单一身份，SSL加密，双向身份验证。

1、创建工作目录

在你希望存放证书的地方创建一个文件夹，笔者本次做实验选择 D:\temp\test ，本文使用"test文件夹"指代该文件夹。

在test文件夹中创建名为key的空文件夹。这个后面会用到。

在test文件夹中创建名为certs和newcerts的2个空文件夹。这个后面不会用到，但没他们openssl可能会报错。

找到openssl安装目录，就是安装openssl时makefile、INSTALL所在的目录，大概长这样：

需要注意的是里面的apps文件夹，下一步要用到。

2、修改配置文件

将 openssl安装目录\apps 下的openssl.cnf复制到test文件夹下。

将 openssl安装目录\apps\demoCA 下的index.txt、serial两个文件复制到test文件夹下。

修改openssl.cnf（指test文件夹下的文件，下同），将dir变量的值改为“.”。

dir		= .		# Where everything is kept

注意事项：

1、#后面是注释

2、openssl.cnf和demoCA文件夹的名字可能会随openssl版本的变化而变，可能会变成openssl.conf、demo等，随机应变吧。

3、笔者使用UltraEdit修改openssl.cnf，也可以用记事本或你喜欢的编辑器。

3、生成证书

笔者推荐使用脚本执行下面的命令，如果你cmd玩的6也可以直接用cmd。

在test文件夹下创建client.bat和server.bat，内容如下：

client.bat ↓

openssl.exe genrsa -out key\client.key 1024
openssl.exe req -new -x509 -days 3650 -key key\client.key -out key\client.crt -config openssl.cnf

@pause

server.bat ↓

openssl.exe genrsa -out key\server.key 1024
openssl.exe req -new -x509 -days 3650 -key key\server.key -out key\server.crt -config openssl.cnf

@pause

执行这两个bat文件，会提示你输入一些参数，除了Common Name之外全部回车跳过，Common Name分别填testclient
和testserver。执行完毕后得到2个key文件和2个crt文件，全都在key文件夹里。

2个key文件是客户端和服务端的密钥文件，2个crt文件是客户端和服务端的自签名证书。自签名证书与SSL证书的关系不在本文的讨论范围内，此处略过。本文的最后会给出一个生成多种类型证书的脚本，仅供参考。

4、使用证书

使用SSL_CTX_load_verify_locations函数加载信任证书

使用SSL_CTX_use_certificate_file函数加载证书

使用SSL_CTX_use_PrivateKey_file函数加载密钥（指私钥，下同）

 

具体到key文件夹里的4个文件，我们需要

在服务端使用SSL_CTX_load_verify_locations加载client.crt，使用SSL_CTX_use_certificate_file加载server.crt，使用SSL_CTX_use_PrivateKey_file加载server.key。

在客户端使用SSL_CTX_load_verify_locations加载server.crt，使用SSL_CTX_use_certificate_file加载client.crt，使用SSL_CTX_use_PrivateKey_file加载client.key。

注意事项：信任证书并不一定要与对方的证书相同，本例这么做是为了减少证书数量，快速上手openssl库。

 

加载完所有密钥和证书后，就可以按照正常TCP通信的流程建立连接，TCP连接建立后，使用SSL_accept和SSL_connect建立安全连接，在此过程中openssl会进行身份验证。再之后使用SSL_write和SSL_read进行加密通信。

简化身份验证

假如不需要身份验证，我们的程序能否简化？能否不加载证书？

第一个问题的答案是肯定的，可以。关于第二个问题，笔者并没能使用openssl-1.1.0h实现，但我认为是可能的，有待深入研究。

简化的方法是：在服务端不调用SSL_CTX_load_verify_locations，使用SSL_CTX_use_certificate_file加载server.crt，使用SSL_CTX_use_PrivateKey_file函数加载server.key；在客户端使用SSL_CTX_load_verify_locations加载server.crt，不调用SSL_CTX_use_certificate_file和SSL_CTX_use_PrivateKey_file。

这样一来，证书和密钥的数量都减少到1个。

 

有趣的是，如果把服务端和客户端颠倒过来，在服务端使用SSL_CTX_load_verify_locations加载client.crt，在客户端使用SSL_CTX_use_certificate_file加载client.crt，使用SSL_CTX_use_PrivateKey_file加载client.key，则无法建立安全连接，SSL_connect会返回一个错误。

笔者认为，这可能与TLSv1_client_method函数有关。

CA认证

openssl支持CA认证，下面的脚本可以创建CA认证证书：

openssl.exe genrsa -out key\ca.key -rand private\.rnd 2048
openssl.exe req -new -x509 -days 3650 -key key\ca.key -out key\ca.crt -config openssl.cnf

openssl.exe req -new -key key\server.key -out key\server.csr -config openssl.cnf
openssl.exe ca -in key\server.csr -cert key\ca.crt -keyfile key\ca.key -config openssl.cnf -policy policy_anything -out key\serverca.crt

openssl.exe req -new -key key\client.key -out key\client.csr -config openssl.cnf
openssl.exe ca -in key\client.csr -cert key\ca.crt -keyfile key\ca.key -config openssl.cnf -policy policy_anything -out key\clientca.crt

@pause

使用方法：客户端和服务端都使用ca.crt作为信任证书，clientca.crt和serverca.crt分别是客户端和服务端需要加载的证书，密钥文件用法不变。

注意事项：

1、这个脚本的运行依赖上文生成的2个key文件。

2、需要输入一些参数，除了Common Name之外全部可以回车跳过，Common Name需要填3次，第一次填CA认证机构的名字，第二次填服务器的名字，第三次填客户端的名字，做实验的话都可以随便填。如果询问y/n的话全部y。

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