OpenSSL 證書請求和自簽名命令 req 詳解

1、金鑰、證書請求、證書概要說明

在證書申請簽發過程中，客戶端涉及到金鑰、證書請求、證書這幾個概念，初學者可能會搞不清楚三者的關係，網上有的根據字尾名來區分三者，更讓人一頭霧水。我們以申請證書的流程說明三者的關係。客戶端（相對於CA）在申請證書的時候，大體上有三個步驟：

• 第一步：生成客戶端的金鑰，即客戶端的公私鑰對，且要保證私鑰只有客戶端自己擁有。
• 第二步：以客戶端的金鑰和客戶端自身的資訊(國家、機構、域名、郵箱等)為輸入，生成證書請求檔案。其中客戶端的公鑰和客戶端資訊是明文儲存在證書請求檔案中的，而客戶端私鑰的作用是對客戶端公鑰及客戶端資訊做簽名，自身是不包含在證書請求中的。然後把證書請求檔案傳送給CA機構。
• 第三步：CA機構接收到客戶端的證書請求檔案後，首先校驗其簽名，然後稽核客戶端的資訊，最後CA機構使用自己的私鑰為證書請求檔案簽名，生成證書檔案，下發給客戶端。此證書就是客戶端的身份證，來表明使用者的身份。

至此客戶端申請證書流程結束，其中涉及到證書籤發機構CA，CA是被絕對信任的機構。如果把客戶端證書比作使用者身份證，那麼CA就是頒發身份證的機構，我們以https為例說明證書的用處。

為了資料傳輸安全，越來越多的網站啟用https。在https握手階段，伺服器首先把自己的證書傳送給使用者(瀏覽器)，瀏覽器檢視證書中的發證機構，然後在機器內建的證書中（在PC或者手機上，內建了世界上著名的CA機構的證書）查詢對應CA證書，然後使用內建的證書公鑰校驗伺服器的證書真偽。如果校驗失敗，瀏覽器會提示伺服器證書有問題，詢問使用者是否繼續。

例如12306網站，它使用的自簽名的證書，所以瀏覽器會提示證書有問題，在12306的網站上有提示下載安裝根證書，其使用者就是把自己的根證書安裝到使用者機器的內建證書中，這樣瀏覽器就不會報證書錯誤。但是注意，除非特別相信某個機構，否則不要在機器上隨便匯入證書，很危險。

2、req指令說明

上一節我們看到了申請證書流程，生成金鑰對我們已經知道，那麼如何生成證書請求呢，req指令就該上場了，我們可以檢視req的man手冊，如下：

openssl req [-inform PEM|DER] [-outform PEM|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg] [-text] [-pubkey] [-noout] [-verify] [-modulus] [-new] [-rand file(s)] [-newkey rsa:bits][-newkey alg:file] [-nodes] [-key filename] [-keyform PEM|DER] [-keyout filename] [-keygen_engine id] [-[digest]] [-config filename] [-subj arg] [-multivalue-rdn] [-x509] [-days n] [-set_serial n][-asn1-kludge] [-no-asn1-kludge] [-newhdr] [-extensions section] [-reqexts section] [-utf8] [-nameopt] [-reqopt] [-subject] [-subj arg] [-batch] [-verbose] [-engine id]

發現其引數多而複雜，還有許多沒有用到過的引數。但是在實際應用中我們使用到的引數很有限，我們根據req的基本功能來學習。

req的基本功能主要有兩個：生成證書請求和生成自簽名證書。其他還有一些校驗、檢視請求檔案等功能，示例會簡單說明下。引數說明如下

[new/x509]

當使用-new選取的時候，說明是要生成證書請求，當使用x509選項的時候，說明是要生成自簽名證書。

[key/newkey/keyout]

key和newkey是互斥的，key是指定已有的金鑰檔案，而newkey是指在生成證書請求或者自簽名證書的時候自動生成金鑰，然後生成的金鑰名稱有keyout引數指定。

當指定newkey選項時，後面指定rsa:bits說明產生rsa金鑰，位數由bits指定。指定dsa:file說明產生dsa金鑰，file是指生成dsa金鑰的引數檔案(由dsaparam生成)

[in/out/inform/outform/keyform]

in選項指定證書請求檔案，當檢視證書請求內容或者生成自簽名證書的時候使用

out選項指定證書請求或者自簽名證書檔名，或者公鑰檔名(當使用pubkey選項時用到)，以及其他一些輸出資訊。

inform、outform、keyform分別指定了in、out、key選項指定的檔案格式，預設是PEM格式。

[config]

引數檔案，預設是/etc/ssl/openssl.cnf(ubuntu12.04)，根據系統不同位置不同。該檔案包含生成req時的引數，當在命令列沒有指定時，則採用該檔案中的預設值。

除上述主要引數外，還有許多其他的引數，不在一一敘述，有興趣的讀者可以檢視req的man手冊

3、req指令使用例項

1、使用已有私鑰生成證書請求

使用原有的RSA金鑰生成證書請求檔案，輸入主體相關資訊：

$ openssl req -new -key RSA.pem -passin pass:123456 -out client.pem
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [AU]:AU
State or Province Name (full name) [Some-State]:BJ
Locality Name (eg, city) []:BJ
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:BJ
Organizational Unit Name (eg, section) []:BJ
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []:BJ
Email Address []:BJ

Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:12345
An optional company name []:BJ
......

使用原有的RSA金鑰生成證書請求檔案，指定-batch選項，主體資訊從配置檔案讀取：

$ openssl req -new -key RSA.pem -passin pass:123456 -out client.pem -batch

使用原有的RSA金鑰生成證書請求檔案，指定-batch選項，主體資訊由命令列subj指定：

openssl req -new -key RSA.pem -passin pass:123456 -out client.pem -subj /C=AU/ST=Some-State/O=Internet

使用原有的RSA金鑰生成證書請求檔案，指定-batch選項，主體資訊由命令列subj指定，且輸出公鑰：

$ openssl req -new -key RSA.pem -passin pass:123456 -out client.pem -subj /C=AU/ST=Some-State/O=Internet -pubkey

可以看到公鑰和請求資訊：

$ cat client.pem 
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAL6e+hk0TAsYlPk5XB1tLCtCO8wQ7JMM
YQ9SMy4Q1liPg4TdgSkdfbLB2UXmzzMCp+ZBDk9txwtewqv7PVcvY0MCAwEAAQ==
-----END PUBLIC KEY-----
-----BEGIN CERTIFICATE REQUEST-----
MIIBGDCBwwIBADA1MQswCQYDVQQGEwJBVTETMBEGA1UECAwKU29tZS1TdGF0ZTER
MA8GA1UECgwISW50ZXJuZXQwXDANBgkqhkiG9w0BAQEFAANLADBIAkEAvp76GTRM
CxiU+TlcHW0sK0I7zBDskwxhD1IzLhDWWI+DhN2BKR19ssHZRebPMwKn5kEOT23H
C17Cq/s9Vy9jQwIDAQABoCkwJwYJKoZIhvcNAQkOMRowGDAJBgNVHRMEAjAAMAsG
A1UdDwQEAwIF4DANBgkqhkiG9w0BAQUFAANBAFBiB0fTUwTSoFeQdTWIr3KXzDHP
bgLy1/nlJ71dYLfGGrR61RKmrXgpf76akURtF+gEXwLMfPO6FQlaIOYEe/c=
-----END CERTIFICATE REQUEST-----

2、自動生成金鑰，生成證書請求檔案

自動生成1024位RSA金鑰，並生成證書請求檔案：

$ openssl req -new -newkey rsa:1024 -out client.pem -keyout RSA.pem -batch
Generating a 1024 bit RSA private key
.......................................++++++
...............................++++++
writing new private key to 'RSA.pem'
Enter PEM pass phrase:
Verifying - Enter PEM pass phrase:
......

自動生成1024位RSA金鑰，並生成證書請求檔案，指定-nodes檔案，金鑰檔案不加密：

$ openssl req -new -newkey rsa:1024 -out client.pem -keyout RSA.pem -batch -nodes
Generating a 1024 bit RSA private key
..++++++
.........................++++++
writing new private key to 'RSA.pem'
......

自動生成1024位DSA金鑰引數：

$ openssl dsaparam -out DSA.param 1024
Generating DSA parameters, 1024 bit long prime
This could take some time
...+.+..+.+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*
................+...........+......+.+.............+.+.....+.+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*

自動生成1024位DSA金鑰，並生成證書請求檔案，指定-nodes檔案，金鑰檔案不加密：

$ openssl req -new -newkey dsa:DSA.param -out client.pem -keyout DSA.pem -batch -nodes
Generating a 1024 bit DSA private key
writing new private key to 'DSA.pem'
......

3、生成自簽名證書

生成自簽名證書，與req引數一樣，只需要把req修改為x509即可：

$ openssl req -x509 -newkey rsa:1024 -out client.cer -keyout RSA.pem -batch -nodes
Generating a 1024 bit RSA private key
.........++++++
..++++++
writing new private key to 'RSA.pem'
......

檢視證書檔案：

$ openssl x509 -in client.cer -noout -text
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
    ..... 
    Signature Algorithm: sha1WithRSAEncryption
         5b:d7:f5:fd:18:3a:a9:22:2a:d9:f1:fc:00:3a:cf:23:ff:d1:
         82:e5:2d:3f:7e:97:a8:38:32:e6:88:7a:ce:9f:31:cc:ea:60:
         06:d1:96:bb:c8:42:ec:ef:26:73:4e:3b:2d:fa:0f:16:c2:25:
         30:1b:a5:ca:35:bd:9b:dd:4b:41:d4:8b:95:3a:d4:7c:aa:8d:
         0d:2d:e7:f3:95:33:d2:4a:5a:7f:a2:5d:cc:48:60:9f:ca:2d:
         77:d9:ed:e9:09:f3:a1:18:96:1d:91:c6:1c:2b:7a:c1:d6:5d:
         81:87:25:0d:32:6a:55:d2:89:95:c5:32:44:cc:9d:e7:68:6f:
         d8:80

4、檢視證書請求內容

生成證書請求：

$ openssl req -new -newkey rsa:1024 -out client.req -keyout RSA.pem -batch -nodes
Generating a 1024 bit RSA private key
...............................................................++++++
......................++++++
writing new private key to 'RSA.pem'
......

檢視證書請求內容，subject指定輸出主體：

$ openssl req -in client.req -noout -text -subject
Certificate Request:
    Data:
        Version: 0 (0x0)
        Subject: C=AU, ST=Some-State, O=Internet Widgits Pty Ltd
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                Public-Key: (1024 bit)
                Modulus:
                ...   
             Exponent: 65537 (0x10001)
        Attributes:
        Requested Extensions:
            X509v3 Basic Constraints: 
                CA:FALSE
            X509v3 Key Usage: 
                Digital Signature, Non Repudiation, Key Encipherment
    Signature Algorithm: sha1WithRSAEncryption
...
   subject=/C=AU/ST=Some-State/O=Internet Widgits Pty Ltd

5、校驗證書請求檔案

指定verify指令，校驗證書請求檔案，其操作時提取請求檔案中的公鑰來驗證簽名資訊：

$ openssl req -verify -in client.req -noout
verify OK

4、小結

req命令引數紛繁多雜，上文中沒有完全介紹，而且還涉及到openssl.cnf配置檔案的內容，是一個負責而強大的指令。

為了方便記憶，不妨就記住它了兩個主要功能：生成證書請求檔案和生成自簽名證書，對比上述的主要引數定義，足可以應付大多數場景。