標準與格式 | 金鑰檢查 | 非對稱式金鑰產生 | 加解密實作
Intro
標準與格式
編碼格式
| 格式 | 檔案內容 | 副檔名 | 標準來源 |
|---|---|---|---|
| DER (Distinguished Encoding Rules) |
Binary | .der.cer |
X.690 ASN.1 的編碼規則之一 |
| PEM (Privacy Enhanced Mail) |
Base64 with BEGIN & END |
.pem.cert |
RFC 1421 |
OpenSSL 指令中預設的 format 都是使用 PEM，可使用 inform 或 outform 來指定輸出入格式：
公鑰加密標準
PKCS #1
- RSA Cryptography Standard，為 RSA 基本公鑰及私鑰的傳統格式
- ASN.1 區分方式：為
prim: INTEGER組成而無prim: OBJECT - PEM 標頭區分方式：
- PKCS #1 Private Key:
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- - PKCS #1 Public Key:
-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
- PKCS #1 Private Key:
PKCS #8
- Private-Key Information Syntax Standard，為通用私鑰格式，可另外加密 (passphrase)
- ASN.1 區分方式：相較於 PKCS#1 有
prim: OBJECT提供演算法，通常第二列為prim: INTEGER :00 - PEM 標頭區分方式：
- PKCS #8 Unencrypted Private Key:
-----BEGIN PRIVATE KEY----- - PKCS #8 Encrypted Private Key:
-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----
- PKCS #8 Unencrypted Private Key:
X.509
- 為公鑰憑證的格式標準，OpenSSL
-pubout預設輸出的公鑰即為 X.509 Certificate Subject Public Key Info - ASN.1 區分方式：相較於 PKCS#8 通常第二列為
SEQUENCE，亦有prim: OBJECT提供演算法 - PEM 標頭區分方式：
- X.509 Certificate:
-----BEGIN CERTIFICATE----- - X.509 Certificate Subject Public Key Info:
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
- X.509 Certificate:
# PKCS#1 private key 轉為 PKCS#8
$ openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -outform PEM -nocrypt -in private-key-pkcs1.pem -out private-key-pkcs8.pem
# PKCS#8 private key 轉為 PKCS#1
$ openssl rsa -in private-key-pkcs8.pem -out private-key-pkcs1.pem
# X.509 public key 轉為 PKCS#1
$ openssl rsa -pubin -in public-key-x509.pem -RSAPublicKey_out > public-key-pkcs1.pem
# PKCS#1 public key 轉為 X.509
$ openssl rsa -RSAPublicKey_in -in public-key-pkcs1.pem -pubout -out public-key-x509.pem金鑰檢查
ASN1parse
使用 OpenSSL ASN.1 Parser，但須先知道編碼格式:
$ openssl asn1parse -in your-file.pem
# 利用 -inform 解析 DER 格式檔案
$ openssl asn1parse -inform DER -in your-file.derresult 若有 object 則可以快速識別演算法，如
6:d=2 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :rsaEncryption
pkey 輸出
使用預設 privateKey 解析工具，需先知道編碼格式及公/私鑰：
$ openssl pkey -text -noout -in private-key.pem
# 利用 -pubin 解析 Public key
$ openssl pkey -text -noout -pubin -in public-key.pem根據演算法輸出
基於 pkey，另外已知其演算法去解析：
# Read RSA Private Key
$ openssl rsa -text -noout -in private-key.pem
# Read EC Private Key
$ openssl ec -text -noout -in private-key.pem
# 利用 -pubin Read RSA Public Key
$ openssl ec -text -noout -pubin -in public-key.pem
# 利用 -inform 指定讀取 DER 格式
$ openssl rsa -text -noout -inform DER -in private-key.der金鑰格式判定
PEM 有規範為 Text 且應有表頭 hyphen 符號如 -----BEGIN PUBLIC KEY-----，DER 則為 binary。
基於以上，若收到公鑰是一組單行 base64 encoded text，可以驗證看看是不是 DER 直接做 base64 encoding：
$ echo 'MIIBIjANBgk.....QIDAQAB' | base64 -d | openssl asn1parse -inform DER
# base64 file to DER
$ cat public-base64.txt | base64 -d > public.der如果上述是標準 base64 String (RFC 4648 §4)，在知道演算法狀況下也可以直接用文字處理方式轉成 PEM： 頭與尾加上對應--KEY--格式，base64 string 每 64 字元換行
PEM 是使用標準 base64 String (RFC 4648 §4)，不支援base64url (RFC 4648 §5)
非對稱式金鑰產生
OpenSSL
openssl 的通用操作指令都使用第一個參數來指定演算法，大多數版本可以用help指令列出演算法列表，本篇會盡量使用pkey通用指令來方便統一操作不同演算法的金鑰
$ openssl version
$ openssl help產生一組金鑰 (私鑰+公鑰)
通用產生金鑰可以使用genpkey指令，
＄openssl genpkey -algorithm RSA -out private-key.pem
# 指定輸出格式為 DER
＄openssl genpkey -algorithm RSA -outform DER -out private-key.pem
# 產生一組 ECDSA 金鑰
$ openssl genpkey -algorithm EC -pkeyopt ec_paramgen_curve:secp521r1 -out private-key.pem
# genpkey 預設產生私鑰格式為 PKCS #8
＄openssl genpkey -algorithm RSA -out private-key.pkcs8.pem
# genrsa 預設產生私鑰格式為 RSA 傳統標準 PKCS #1
＄openssl genrsa -out private-key.pkcs1.pem
-algorithm,-pkeyopt參數文件可以參考 openssl man & KEY GENERATION OPTIONS
genrsa產出私鑰檔案標準為 PKCS #1，為早期給 RSA 專用較舊的標準
genpkey產出私鑰檔案標準為 PKCS #8，為後期通用標準，可另外再加密
利用私鑰指定輸出公鑰
# 利用 -pubout 指定輸出公鑰
$ openssl pkey -in private-key.pem -pubout -out public-key.pem
# OpenSSL 現行版本預設 -pubout 為 X.509 Subject Public Key Info
$ openssl pkey -in private-key.any.pem -pubout -out public-key.x509.pem
$ openssl rsa -in private-key.any.pem -pubout -out public-key.x509.pem
# RSA 利用 `-RSAPublicKey_out` 指定輸出為 PKCS #1 Public Key
$ openssl rsa -in private-key.any.pem -pubout -RSAPublicKey_out -out public-key.pkcs1.pem格式轉換
# DER to PEM for private key
$ openssl pkey -inform DER -in public.der -outform PEM -out public.pem
# DER to PEM for public key
$ openssl pkey -inform DER -pubin -in public.der -outform PEM -out public.pemSSH-Key
使用 ssh-keygen 可以快速產生用於 SSH protocol 的公私鑰：
$ ssh-keygen
# 指定路徑與檔名
$ ssh-keygen -f $HOME/.ssh/id_rsaKey Type
$ ssh-keygen -t [ dsa | ecdsa | ecdsa-sk | ed25519 | ed25519-sk | rsa ]
$ ssh-keygen -t dsa轉換成 PEM 格式
To PKCS#8:
$ ssh-keygen -f id_rsa -e -m PKCS8 > id_rsa.pemSSH 公鑰也可以拿來轉換成 PKCS#8 PEM 即可相容於 OpenSSL 加解密
加解密實作
OpenSSL command
簡易產生公私鑰：
$ openssl genrsa -out private-key.pem
$ openssl rsa -in private-key.pem -pubout -out public-key.pem目前 OpenSSL 中可以拿來作非對稱資料加解密的演算法主要為 RSA，算法支援公鑰私鑰雙向加解密。以下會直接使用usautl指令做範例，usautl跟pkeyutl指令在此應用下是相同用法：
公鑰加密私鑰解密
加密 (使用public key)：
$ openssl rsautl -encrypt -pubin -inkey public-key.pem -in plaintext.txt -out encrypted.txt
// pkeyutl
$ openssl pkeyutl -encrypt -in plaintext.txt -out ciphertext.bin -inkey public-key.pem -pubin解密 (使用private key)：
$ openssl rsautl -decrypt -inkey private-key.pem -in encrypted.txt -out plaintext.txt
// pkeyutl
$ openssl pkeyutl -decrypt -in ciphertext.bin -out decrypted.txt -inkey private-key.pem私鑰加密公鑰解密 (利用數位簽章反向加解密)
加密 (使用private key)：
$ openssl rsautl -sign -inkey private-key.pem -in plaintext.txt -out plaintext.txt.sign解密 (使用public key)：
$ openssl rsautl -pubin -inkey public-key.pem -in plaintext.txt.sign -out plaintext.txt數位簽名簽署與驗證
$ openssl dgst -sha512 -sign private-key.pem -out digest.sha512 plaintext.txt
$ openssl dgst -sha512 -verify public-key.pem -signature digest.sha512 plaintext.txt
Verified OK演算法選擇
更多指令選項包含演算法設定可以參考：openssl-pkeyutl man
# OAEP with SHA-256 and MGF1 with SHA1
$ openssl pkeyutl -encrypt -in plaintext.txt -out ciphertext.bin -pubin -inkey public-key-x509.pem -pkeyopt rsa_padding_mode:oaep -pkeyopt rsa_oaep_md:sha256 -pkeyopt rsa_mgf1_md:sha1
# OAEP with SHA-256 and MGF1 with SHA-256
$ openssl pkeyutl -encrypt -in plaintext.txt -out ciphertext.bin -pubin -inkey public-key-x509.pem -pkeyopt rsa_padding_mode:oaep -pkeyopt rsa_oaep_md:sha256 -pkeyopt rsa_mgf1_md:sha256Programing Lanuage
公私鑰皆可以非對稱的加解密，例如PHP functions: - openssl_private_decrypt - openssl_private_encrypt - openssl_public_decrypt - openssl_public_encrypt