X.509证书解析和使用
一、概述
常见的X.509证书格式包括：
cer/crt是用于存放证书，它是2进制形式存放的，不含私钥。
pem跟crt/cer的区别是它以Ascii来表示，可以用于存放证书或私钥。
pfx/p12用于存放个人证书/私钥，他通常包含保护密码，2进制方式。
p10是证书请求。
p7r是CA对证书请求的回复，只用于导入
p7b以树状展示证书链(certificate chain)，同时也支持单个证书，不含私钥。
二、证书文件/私钥文件
在HTTPS通讯中最常用的是cer/crt和pem。下面以pem格式的证书为例进行说明。下面是一个完整的PEM格式证书：
Certificate:
Data:
Version: 1 (0x0)
Serial Number: 1 (0x1)
Signature Algorithm: md5WithRSAEncryption
Issuer: C=US, ST=Montana, L=Bozeman, O=sawtooth, OU=consulting, CN=www.sawtooth-consulting.com/[email protected]
Validity
Not Before: Jun 30 18:52:17 2010 GMT
Not After : Mar 26 18:52:17 2013 GMT
Subject: C=US, ST=Montana, L=Bozeman, O=yaSSL, OU=support, CN=www.yassl.com/[email protected]
Subject Public Key Info:
Public Key Algorithm: rsaEncryption
RSA Public Key: (512 bit)
Modulus (512 bit):
00:c6:7b:c0:68:81:2f:de:82:3f:f9:ac:c3:86:4a:66:b7:ec:d4:f1:f6:64:21:ff:f5:a2:34:42:d0:38:9f:c6:dd:3b:6e:26:65:6a:54:96:dd:d2:7b:eb:36:a2:ae:7e:2a:9e:7e:56:a5:b6:87:9f:15:c7:18:66:7e:16:77:e2:a7
Exponent: 65537 (0x10001)
Signature Algorithm: md5WithRSAEncryption
58:a9:98:e7:16:52:4c:40:e7:e1:47:92:19:1b:3a:8f:97:6c:7b:b7:b0:cb:20:6d:ad:b5:d3:47:58:d8:e4:f2:3e:32:e9:ef:87:77:e5:54:36:f4:8d:50:8d:07:b4:77:45:ea:9d:a4:33:36:9b:0b:e0:74:58:11:c5:01:7b:4d
-----BEGIN CERTIFICATE-----
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
-----END CERTIFICATE-----
从Certificate开始到“-----BEGIN CERTIFICATE-----”为止，中间的内容是证书的明文格式。
从“-----BEGIN CERTIFICATE-----”开始到“-----END CERTIFICATE-----”为止是证书的明文格式经过ASN.1编码再经过Base64编码得到的。
证书中包含的内容以及ASN.1编码格式：
对于私钥文件，真正的私钥是包含在字符串"-----BEGIN PRIVATE KEY-----"和字符串"-----END PRIVATE KEY-----"之间。
如果该私钥文件是pkcs8格式的，那么该私钥文件的格式为
PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
version Version(INTEGER),
privateKeyAlgorithm PrivateKeyAlgorithmIdentifier (AlgorithmIdentifier),
privateKey PrivateKey(OCTET STRING),
attributes [0] IMPLICIT Attributes OPTIONAL(SET OF Attribute)
}
如果不是pkcs8格式的，那么"-----BEGIN PRIVATE KEY-----"和"-----END PRIVATE KEY-----"之间的内容就是私钥的Base64编码。
在客户端或服务器在交换证书时，需要首先把Base64编码转换为ASCII编码再进行传输。
三、公钥/私钥
公钥和私钥是证书文件和私钥文件中最核心的内容。
在SSL/TLS协议中需要是用公钥算法，来进行对称密钥的交换。最常见的算法是RSA和DH，而RSA算法和DH算法的公钥、私钥的数据格式是不同的。
3.1 RSA算法
RSA算法简要描述如下：
n = p *q; p,q为互质的大素数
(d * e) mod ( (p-1) * (q-1) ) = 1
其中n，e为公钥，n,p,q,d,e自己保留。
加密方法：
Y(密文) = X(明文)**d mod n；
解密方法：
X(明文) = Y(密文)**e mod n；
密钥格式
公钥包含两个整数：
n RSA 合数模，是一个正整数
e RSA 公开幂，是一个正整数
私钥有两种表达方法,这两种方法是等价的。
1、
n RSA 合数模，是一个正整数
d RSA 私有幂，是一个正整数
2、
p 第一个因子，是一个正整数
q 第二个因子，是一个正整数
dP 第一个因子的CRT 幂，是一个正整数
dQ 第二个因子的 CRT 幂，是一个正整数
qInv （第一个）CRT 系数，是一个正整数
对于RSA算法中的公钥部分，包含两个INTEGER类型的数字n和e。
对于RSA私钥的第一种表述方法，私钥中包含5个INTEGER类型的数字依次为n, e, d, p, q；对于RSA私钥的第二种表达方法，私钥中包含8个INTEGER类型的数字依次为n, e, d, p, q, dP, dQ和qInv；
交互方法：
SSL/TLS协议中，服务器端用Certificate消息把证书（公钥）传递给客户端，客户端随机生成48byte的预主密钥，用公钥加密传递给服务器端，作为双方对称加密中一系列密钥计算的基础。如下图：
3.2 DH算法
算法原理：
DH算法用于交换对称密钥，不能用于非对称的加解密。
DH算法简要描述如下：
一个素数q和一个整数a, 称a是q的一个原根。
双方各自选定一个大数Xa和Xb，分别计算得到Ya = a**Xa mod q和Yb= a**Xb mod q；
双方交换Ya和Yb，保密Xa和Xb。
计算对称密钥的方法：
K = Ya**Xb mod q = Xb ** Ya mod q
密钥格式：
DH算法的公钥中包含了两个整数：a和q，用于生成对称密钥
交互方法
服务器一端通过Certificate消息同步双方的a和q。
服务器紧接着选取Xa，计算得到Ya，并通过Server Key Exchange消息把Ya传递给客户端。
客户端选取Xb，计算得到Yb，并通过Client Key Exchange消息把Yb传递给服务器端。
双方分别计算K = Ya**Xb mod q = Xb ** Ya mod q，得到相同的预主密钥。
如下图：
