[Server] TLS/SSL憑證(Certificate)指南 – 常用指令|製作CSR

Intro

Public key certificate - 公開金鑰認證 - Wikipedia

認證原理

中英文通用名詞：
- Root certificate：根憑證 (CA:TRUE)
- Intermediate certificate：中介憑證 / 中繼憑證 (CA:TRUE)
- End-entity / leaf certificate：終端實體憑證

工具指令

詳細指令的可以參考： The Most Common OpenSSL Commands

申請憑證流程概念：

自產 Server Key 生成 CSR > 上傳至 CA (憑證機構/組織)，基於該 CSR 簽署產出憑證，提供下載 > 設定至 Web Server

SSL 基本指令

快速產生自簽 Root CA 憑證（Self-Signed）

一併產生新的 Private Key

$ openssl req -x509 -nodes -new \
-days 3650 -sha256 \
-newkey rsa:4096 -keyout root-ca.key \
-out root-ca.crt

沿用 Private Key (用於憑證輪替/續期)

$ openssl req -x509 -nodes -new \
-days 3650 -sha256 \
-key root-ca.key \
-out root-ca-new.crt

執行時會進入互動模式讓你填寫組織與 CN 資訊。

拆分步驟，產生 CSR 與自簽 Root CA 憑證（Self-Signed）

1. 產生 Private Key

$ openssl genrsa -out root-ca.key 4096

密碼保護模式（如用於正式環境 Root CA）： openssl genrsa -aes256 -out root-ca.key 4096

2. 產生 CSR/REQ (certificate signing request)

$ openssl req -new -key root-ca.key -out root-ca.csr

執行時會進入互動模式 (Interactive Mode) 讓你填寫組織與 CN 資訊。

若需要加入 Subject Alternative Name (SAN) 多網域等額外資訊，或想避免互動模式以利自動化部署，可撰寫 CSR 設定檔，並透過 -config 參數帶入檔案。

3. 產生自簽署 Root CA 憑證

指令 x509 可以用來將 CSR 產製出 Certificate (憑證)，而為了簽署成 CA Certificate 會需要定義 extensions（宣告為 CA 權限，並透過與 CSR 相同的私鑰進行自簽署，即成為 Root CA）

延伸屬性（X509 Extensions）指定方式：

方法 A：直接動態指定內容（擺脫檔案路徑依賴）

$ openssl x509 -req -days 3650 -sha256 \
-extfile <(printf "basicConstraints=critical,CA:TRUE\nkeyUsage=critical,cRLSign,keyCertSign\nsubjectKeyIdentifier=hash\nauthorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer") \
-in root-ca.csr -signkey root-ca.key -out root-ca.crt

Extension 直接喂 config text，以將 certificate 定義為 CA 與設定相關 flags

方法 B：指定來自系統內建的 openssl.cnf（若作業系統預設支援）
```
$ openssl x509 -req -days 3650 -sha256 \
-extfile /etc/ssl/openssl.cnf -extensions v3_ca \
-in root-ca.csr -signkey root-ca.key -out root-ca.crt
```
以上表示去讀取 /etc/ssl/openssl.cnf 中 [v3_ca] 區塊的設定檔
Linux 完整發行版（如 Ubuntu/CentOS）預設支援此區塊

完整三層式憑證鏈自簽方法：從根憑證到終端部署

1. 產生中間憑證 (Intermediate CA) 的 Private Key 與 CSR

$ openssl genrsa -out intermediate-ca.key 4096
$ openssl req -new -key intermediate-ca.key -out intermediate-ca.csr

2. 使用 Root CA 簽署中間憑證 (Intermediate CA)

$ openssl x509 -req -CAcreateserial -days 1825 -sha256 \
  -CA root-ca.crt -CAkey root-ca.key \
  -extfile <(printf "basicConstraints=critical,CA:TRUE\nkeyUsage=critical,cRLSign,keyCertSign\nsubjectKeyIdentifier=hash\nauthorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer") \
  -in intermediate-ca.csr -out intermediate-ca.crt

中間憑證本質上也是 CA（需要有核發別人的權力），因此在簽署時，必須再次注入 CA 的相關延伸屬性（如 CA:TRUE）。

3. 產生終端憑證 (End-Entity Certificate) 的 Private Key 與 CSR

$ openssl genrsa -out server.key 4096
$ openssl req -new -key server.key -out server.csr

4. 使用中間憑證 (Intermediate CA) 簽署終端憑證 (End-Entity Certificate)

$ openssl x509 -req -CAcreateserial -days 365 -sha256 \
  -CA intermediate-ca.crt -CAkey intermediate-ca.key \
  -in server.csr -out server.crt

CSR 製作與設定

生成CSR時需輸入Owner資訊如下：

Country Name (2 letter code) [XX]:  TW
State or Province Name (full name) []:  Taiwan
Locality Name (eg, city) [Default City]:  Taipei
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]: YIDAS Co., Ltd
Organizational Unit Name (eg, section) []: IT
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []: code.yidas.com
Email Address []:myintaer@gmail.com

後續出現的 Extra Attributes（如 challenge password）非必填，可以直接按 Enter 略過

Common Name (CN) 欄位宣告定義

Common Name 是憑證的主體名稱。依據不同的應用場景，設定方式如下：

單網域 (Single Domain)
適用於單一特定的完整網域名稱 (FQDN)。

code.yidas.com

多網域 (Multi-Domain)
現代資安標準（如 Chrome、Golang HTTPS 規範）要求，不論是單網域、多網域或萬用網域，皆必須將網域綁定於 SAN (Subject Alternative Name) 延伸屬性中，現代瀏覽器已不再依賴 CN 做為網域校驗依據。

CSR 設定含 SAN 多網域：Certificate(CSR) configuration file
Multi-Domain SSL Setup with “Subject Alternative Names”
萬用網域 (Wildcard)
使用星號 (*) 允許匹配該階層底下的所有子網域。

*.yidas.com

萬用字元 * 僅能匹配當前階層的子網域（如 www.yidas.com），不包含主網域本身 (yidas.com)。實務上建議在 SAN 中將主網域與萬用網域一併列入。

從 Certificate (憑證) 反向還原並匯出為 CSR

利用指令從憑證中複製所有主體身分資訊（Subject/CN），並提供對應的 Private Key（私鑰）來對這份 CSR 進行數位簽署（蓋章驗證）：

$ openssl x509 -x509toreq -in root-ca.crt -signkey root-ca.key -out root-ca.csr

憑證檔案標準編碼格式

一般為兩種，分Binary以及Text:

DER (Distinguished Encoding Rules)

檔案內容: 二進位格式
副檔名: .der, .cer

PEM (Privacy Enhanced Mail)

檔案內容: 文字格式 (Base64 with BEGIN & END)
副檔名: .pem, .cert

PEM Wiki: https://en.wikipedia.org/wiki/Privacy-Enhanced\_Mail

副檔名.crt並未定義歸類，一般兩種格式都有混用

憑證檔案其他格式

P7B / PKCS#7

檔案內容: PEM編碼格式 (RFC 2315)
副檔名: .p7b, .p7c, .keystore
說明: 檔案只會包含憑證與中繼憑證，不會包含私密金鑰。主要用來對訊息簽章或加解密。

PKCS#8

檔案內容: PEM編碼格式 (RFC 5958, RFC 5208)
副檔名: .key, .pkcs8.key
說明: 檔案主要包含私密金鑰，且可為一組密碼保護內容

PFX / PKCS#12 (predecessor of PKCS#12)

檔案內容: 二進位格式 (RFC 7292)
副檔名: .pfx, .p12, pkcs12
說明: 檔案中同時包含憑證、中繼憑證、私密金鑰，且為一組密碼保護內容。

# 查看 P12 憑證內容
$ openssl pkcs12 -in mycert.p12 -nodes -passin pass:"password" | openssl x509 -noout -text

# 解包全部轉出至單檔 PEM (全部 X.509 憑證 + PKCS#8 Key)
$ openssl pkcs12 -in example.p12 -out bundle.pem -nodes
# 解包轉出 PKCS#8 Key
$ openssl pkcs12 -in example.p12 -out private-key.pem -nocerts -nodes
# 解包轉出 X.509 終端憑證
$ openssl pkcs12 -in example.p12 -out certificate.pem -clcerts -nokeys

SSL進階指令

檢視 CSR

openssl req -text -noout -verify -in CSR.csr

檢視 CRT (PEM & DER)

openssl x509 -noout -text -in cert.pem

# 檢視DER格式證書
openssl x509 -text -noout -inform DER -in cert.der

# 顯示全部憑證鏈(View full-chain)
openssl crl2pkcs7 -nocrl -certfile full-chain.pem | openssl pkcs7 -print_certs -text -noout

# 檢視Fingerprint
openssl x509 -noout -fingerprint -sha256 -inform pem -in [cert.pem]
openssl x509 -noout -fingerprint -sha1 -inform pem -in [cert.pem]
openssl x509 -noout -fingerprint -md5 -inform pem -in [cert.pem]

可由CA:FALSE欄位辨識憑證是否為終端憑證 Subject Key Identifier為目前憑證指紋、 Authority Key Identifier為上層憑證指紋

檢視與下載目標 Web Server 所提供的憑證

# 顯示 server 提供的 fullchain 憑證資料包含 PEM 內容 (-servername 代表實際訪問使用的 SNI，不填等同於直接用 server IP 訪問)
$ echo | openssl s_client -showcerts -servername example.com -connect example.com:443

# 基於 fullchain 憑證資料，利用 awk 指令工具抓出每張憑證區段並儲存至檔案
$ echo | openssl s_client -showcerts -servername example.com -connect example.com:443 2>/dev/null |
awk '/BEGIN CERTIFICATE/,/END CERTIFICATE/ { print }' > full-chain.pem

# 基於 fullchain 憑證資料，利用 x509 text 檢視，但只會抓第一張終端憑證顯示
$ echo | openssl s_client -showcerts -servername example.com -connect example.com:443 2>/dev/null | openssl x509 -noout -text

# SMTP 支援 SNI
$ echo | openssl s_client -showcerts -starttls smtp -servername mail.example.com -connect mail.example.com:587 2>/dev/null | openssl x509 -noout -text

# FTP Server 尚不支援 TLS SNI，加參數無效果
$ echo | openssl s_client -showcerts -starttls ftp -connect example.com:21 2>/dev/null | openssl x509 -noout -text

驗證

$ openssl verify cert.pem

# 驗證包含中繼憑證
$ openssl verify -untrusted intermediate-cert.pem cert.pem

# 驗證是否為CA簽發
$ openssl verify -CAfile ca-cert.pem -untrusted intermediate-cert.pem cert.pem

# 驗證一把 key 是否配對到一張憑證 (各自取出公鑰再比較)
$ openssl x509 -in certificate.pem -pubkey -noout > cert_pubkey.pem
$ openssl pkey -in privatekey.pem -pubout > key_pubkey.pem
$ diff cert_pubkey.pem key_pubkey.pem

憑證格式轉換

# DER to PEM
openssl x509 -inform der -in certificate.cer -out certificate.pem

# PEM to DER
openssl x509 -outform der -in your-cert.pem -out your-cert.cer

# to PFX(PKCS#12)
openssl pkcs12 -export -out certificate.pfx -inkey privateKey.key -in certificate.cert -certfile CACert.cert

SSL安裝

SSL提供商檔案(TWCA多中繼憑證為例)：

root.cer //根憑證檔
server.cer //伺服器憑證檔(網域憑證)
uca_1.cer //中繼憑證檔1
uca_2.cer //中繼憑證檔1

其中，中繼憑證若為多個如上例，則將中繼憑證倒序合併至單檔：

cat uca_2.cer uca_1.cer > uca.cer

目前我尚未看過有人將Root CA也加入Chain

另外我方會有當時拿去申請憑證的CSR及其Pricate Key：

self-ssl.key // 所謂Server.key，HTTPS Server設定所需
self-ssl.csr // 由Private Key產生之CSR用於上傳申請憑證

Nginx SSL安裝

Configuring HTTPS servers - SSL certificate chains

不同於Apache，中繼憑證是可以直接Bundle至網域憑證中：

cat uca.cer server.cer > full-chained.cer

server {
    listen              443 ssl;
    server_name         www.example.com;
    ssl_certificate     full-chained.cer;
    ssl_certificate_key server.key;
    ...
}

憑證檔常態目錄：/etc/pki/tls/

注意：Nginx若沒有設定SSL憑證路徑，則HTTPS連線會自動被中斷

Apache SSL安裝

Apache SSL/TLS Strong Encryption: How-To Apache SSLCertificateChainFile Directive

Apache的中繼憑證是獨立設定的。

SSLEngine On
SSLCertificateFile /etc/ssl/server.cer
SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/server.key
SSLCertificateChainFile /etc/ssl/uca.cer

交叉認證 - cross-certification

Wiki: 憑證鏈和交叉認證

原理上主要是在 X.509 信任鍊終端/中繼憑證上設多個簽發參照值(Authority Key Identifier)，讓憑證可以一對多向上對應到不同張CA憑證來達到多條合法的憑證鏈
而不同的CA憑證具有相同的主題Subject Key Identifier與公鑰，其中透過交互認證簽發的CA憑證會有Authority Key Identifier再做對應，
交互認證簽發的CA憑證應用上會一併由 Server 提供，讓 Client 可以走這條信任鍊提高對應到local根憑證的可能。

YIDAS Code