秘钥格式证书

Posted Jul 18, 2018

By Spring 13 min read

RSA秘钥存储一般有两种格式

DER

DER: Distinguished Encoding Rules(可辨别编码规则)，是ASN.1的一种。 ASN.1: Abstract Syntax Notation One(抽象语法标记)，ASN.1是一种 ISO/ITU-T 标准，描述了一种对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。它提供了一整套正规的格式用于描述对象的结构，而不管语言上如何执行及这些数据的具体指代，也不用去管到底是什么样的应用程序。证书信息一般以二进制的DER格式存储在文件中以供RSA，SSL使用。

PEM ( Privacy Enhanced Mail )

DER一般是二进制文件形式存储，打印性较差，因此对DER内容进行base64编码，并补充说明key类型的头和尾就构成了PEM

因此PEM,DER实质内容是相同的。

上面提到key以一定的结构存储的，不同的结构，补充的元信息也不同主要有两种组织形式PKCS#1,PKCS#8

PEM的简单介绍

PEM全称是Privacy Enhanced ，该标准定义了加密一个准备要发送邮件的标准。它的基本流程是这样的：

信息转换为ASCII码或其它编码方式；
使用对称算法加密转换了的邮件信息；
使用BASE64对加密后的邮件信息进行编码；
使用一些头定义对信息进行封装，这些头信息格式如下（不一定都需要，可选的）：

Proc-Type,4:ENCRYPTED
DEK-Info: cipher-name, ivec

其中，第一个头信息标注了该文件是否进行了加密，该头信息可能的值包括ENCRY PTED(信息已经加密和签名)、MIC-ONLY(信息经过数字签名但没有加密)、MIC-CLEAR(信息经过数字签名但是没有加密、也没有进行编码，可使用非PEM格式阅读)以及CLEAR(信息没有签名和加密并且没有进行编码，该项好象是openssl自身的扩展，但是并没有真正实现)；；第二个头信息标注了加密的算法以及使用的ivec参量，ivec其实在这儿提供的应该是一个随机产生的数据序列，与块加密算法中要使用到的初始化变量（IV）不一样。
在这些信息的前面加上如下形式头标注信息：

—–BEGIN PRIVACY-ENHANCED MESSAGE—–

在这些信息的后面加上如下形式尾标注信息：

—–END PRIVACY-ENHANCED MESSAGE—–

上面是openssl的PEM文件的基本结构，需要注意的是，Openssl并没有实现PEM的全部标准，它只是对openssl中需要使用的一些选项做了实现，详细的PEM格式，请参考RF C1421－1424。

下面是一个PEM编码的经过加密的DSA私钥的例子：

-----BEGIN DSA PRIVATE KEY-----     
Proc-Type: 4,ENCRYPTED     
DEK-Info: DES-EDE3-CBC,F80EEEBEEA7386C4     
BASE64 ENCODED DATA
-----END DSA PRIVATE KEY-----   

有时候PEM编码的东西并没有经过加密，只是简单进行了BASE64编码，下面是一个没有加密的证书请求的例子：

-----BEGIN CERTIFICATE REQUEST-----     
BASE64 ENCODED DATA
-----END CERTIFICATE REQUEST----- 

可以看到，该文件没有了前面两个头信息。大家如果经常使用openssl的应用程序，就对这些文件格式很熟悉了。

PKCS#1

PKCS#1结构仅为RSA设计

PEM形式

PublicKey

-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PUBLIC KEY-----

PrivateKey

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PRIVATE KEY-----

DER的结构

PublicKey

RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
modulus           INTEGER,  -- n
publicExponent    INTEGER   -- e
}

PrivateKey

RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
version           Version,
modulus           INTEGER,  -- n
publicExponent    INTEGER,  -- e
privateExponent   INTEGER,  -- d
prime1            INTEGER,  -- p
prime2            INTEGER,  -- q
exponent1         INTEGER,  -- d mod (p-1)
exponent2         INTEGER,  -- d mod (q-1)
coefficient       INTEGER,  -- (inverse of q) mod p
otherPrimeInfos   OtherPrimeInfos OPTIONAL
}

PKCS#8

X509,SSL支持的算法不仅仅是RSA，因此产生了更具有通用性的PKCS#8

PublicKey

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PUBLIC KEY-----

PrivateKey

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PRIVATE KEY-----

PublicKey

PublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
    algorithm       AlgorithmIdentifier,
    PublicKey       BIT STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
    algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
    parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

RSA公钥的OID 为 1.2.840.113549.1.1.1

PrivateKey

PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
    version         Version,
    algorithm       AlgorithmIdentifier,
    PrivateKey      BIT STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
    algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
    parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

RSA私钥的OID 为 1.2.840.113549.1.1.1

与PKCS#1相比将文件包含的加密算法和Key分开存储，因此可以存储其他加密算法的Key

SSL

SSL - Secure Sockets Layer,现在应该叫”TLS”,但由于习惯问题,我们还是叫”SSL”比较多.http协议默认情况下是不加密内容的,这样就很可能在内容传播的时候被别人监听到,对于安全性要求较高的场合,必须要加密,https就是带加密的http协议,而https的加密是基于SSL的,它执行的是一个比较下层的加密,也就是说,在加密前,你的服务器程序在干嘛,加密后也一样在干嘛,不用动,这个加密对用户和开发者来说都是透明的.More:[维基百科]

OpenSSL - 简单地说,OpenSSL是SSL的一个实现,SSL只是一种规范.理论上来说,SSL这种规范是安全的,目前的技术水平很难破解,但SSL的实现就可能有些漏洞,如著名的”心脏出血”.OpenSSL还提供了一大堆强大的工具软件,强大到90%我们都用不到.

证书标准

X.509 - 这是一种证书标准,主要定义了证书中应该包含哪些内容.其详情可以参考RFC5280,SSL使用的就是这种证书标准.

证书编码的转换

PEM转为DER openssl x509 -in cert.crt -outform der -out cert.der

DER转为PEM openssl x509 -in cert.crt -inform der -outform pem -out cert.pem

(提示:要转换KEY文件也类似,只不过把x509换成rsa,要转CSR的话,把x509换成req…)

使用openssl生成秘钥

生成2048位RSA秘钥，使用3des加密秘钥文件private.pem

openssl genrsa -des3 -out private.pem 2048

导出公钥，默认为PKCS#8结构

openssl rsa -in private.pem -outform PEM -pubout -out public.pem

导出PKCS#1结构的公钥，注意openssl版本，老版本可能不支持

openssl rsa -in private.pem -outform DER -RSAPublicKey_out -out public_pcks1.cer

导出无加密保护的私钥

openssl rsa -in private.pem -out private_unencrypted.pem -outform PEM

参考资料

秘钥格式

ASN.1 key structures in DER and PEM

openssl之PEM系列之1—PEM编码文件结构介绍

rsa, der, pem, openssl

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DER

PEM ( Privacy Enhanced Mail )

PEM的简单介绍

PKCS#1

PKCS#8

SSL

证书标准

相关的文件扩展名

证书编码的转换

使用openssl生成秘钥

参考资料