golang開發(fā)及數(shù)字證書研究分享
在go語(yǔ)言提供的系統(tǒng)包中包含了大量和數(shù)字證書有關(guān)的方法。在這些方法中就有私鑰生成的方法、私鑰解析的方法、證書請(qǐng)求生成的方法、證書生成的方法等等。通過這些方法應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)和openssl命令類似的功能。
仿照openssl生成證書的流程（從私鑰的生成—>證書請(qǐng)求的生成—>證書的生成）用go語(yǔ)言進(jìn)行模擬。
私鑰的生成
在go的x509包下有g(shù)o定義的證書的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)如下：
Raw[]byte // Complete ASN.1 DER content (certificate, signature algorithm and signature).
RawTBSCertificate []byte // Certificate part of raw ASN.1 DER content.
RawSubjectPublicKeyInfo []byte // DER encoded SubjectPublicKeyInfo.
RawSubject []byte // DER encoded Subject
RawIssuer[]byte // DER encoded Issuer
Signature []byte
SignatureAlgorithm SignatureAlgorithm
PublicKeyAlgorithm PublicKeyAlgorithm
PublicKey interface{}
Version int
SerialNumber *big.Int
Issuer pkix.Name
Subject pkix.Name
NotBefore, NotAfter time.Time // Validity bounds.
KeyUsageKeyUsage
Extensions []pkix.Extension
ExtraExtensions []pkix.Extension
UnhandledCriticalExtensions []asn1.ObjectIdentifier
ExtKeyUsage []ExtKeyUsage // Sequence of extended key usages.
UnknownExtKeyUsage []asn1.ObjectIdentifier // Encountered extended key usages unknown to this package.
BasicConstraintsValid bool // if true then the next two fields are valid.
IsCAbool
MaxPathLenint
MaxPathLenZero bool
SubjectKeyId[]byte
AuthorityKeyId []byte
OCSPServer[]string
IssuingCertificateURL []string
// Subject Alternate Name values
DNSNames []string
EmailAddresses []string
IPAddresses []net.IP
PermittedDNSDomainsCritical bool // if true then the name constraints are marked critical.
PermittedDNSDomains[]string
CRLDistributionPoints []string
PolicyIdentifiers []asn1.ObjectIdentifier
在該結(jié)構(gòu)中有PublicKeyAlgorithm字段，該字段用來(lái)表示生成公鑰的算法。該字段的變量中可使用的字段如下：
const ( UnknownPublicKeyAlgorithm PublicKeyAlgorithm = iota RSA DSA ECDSA )
一共定義了4中情況。除去Unknown的情況。剩下的三種的實(shí)現(xiàn)分別在crypto/rsa、crypto/dsa、crypto/ecdsa這三個(gè)包中定義了實(shí)現(xiàn)。
RSA
使用RSA方法生成公私鑰的方式非常簡(jiǎn)單。在crypto/rsa包中直接提供了生成方法。
func GenerateKey(random io.Reader, bits int) (*PrivateKey, error)
該方法生成一個(gè)rsa的私鑰。查找整個(gè)包所提供的方法并沒有什么方法能夠生成公鑰。但在包中有公鑰的結(jié)構(gòu)說明。查看私鑰的結(jié)構(gòu)：
type PrivateKey struct {
PublicKey// public part.
D*big.Int// private exponent
Primes []*big.Int // prime factors of N, has >= 2 elements.
Precomputed PrecomputedValues
}
赫然發(fā)現(xiàn)，公鑰包含在私鑰的結(jié)構(gòu)中。換句話說，只要生成的私鑰，公鑰就同時(shí)擁有了（ECDSA和DSA的公鑰也是如此）。
ECDSA
使用ECDSA生成公私鑰的方式和RSA的方式非常類似：
func GenerateKey(c elliptic.Curve, rand io.Reader) (*PrivateKey, error)
在crypto/elliptic為參數(shù)c提供了4中實(shí)現(xiàn)方式。分別為：
func P224() Curve func P256() Curve func P384() Curve func P521() Curve
DSA
使用DSA生成公私鑰的方式和上面兩種有些不同：
func GenerateKey(priv *PrivateKey, rand io.Reader) error
私鑰并不是作為結(jié)果返回，而是作為參數(shù)傳入。那很簡(jiǎn)單，我直接初始化一個(gè)DSA的私鑰，然后把該私鑰作為參數(shù)傳入不就可以了嘛。事實(shí)是，僅僅是實(shí)例化了一個(gè)DSA的私鑰是無(wú)法完成公私鑰的生成的。生成的結(jié)果如下：
priv:&{PublicKey:{Parameters:{P:<nil> Q:<nil> G:<nil>} Y:<nil>} X:<nil>}
可以發(fā)現(xiàn)公鑰中的所有內(nèi)容都是為nil(空)，由此可以說明無(wú)法只通過GenerateKey()方法生成DSA的私鑰。
在crypto/dsa包中還提供了:
func GenerateParameters(params *Parameters, rand io.Reader, sizes ParameterSizes) error
通過該方法的描述，可以了解到該方法是為DSA設(shè)置參數(shù)。那又如何和公私鑰有關(guān)呢？，在DSA的私鑰結(jié)構(gòu)中包含公鑰，在公鑰的結(jié)構(gòu)中就包含該方法所需要傳入的參數(shù)Parameters。由此，我便想到可以先使用該方法對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行初始化，然后再生成私鑰。
priv := &dsa.PrivateKey{}
dsa.GenerateParameters(&priv.Parameters, rand.Reader, dsa.L1024N160)
dsa.GenerateKey(priv, rand.Reader)
生成的私鑰內(nèi)容如下：
priv:&{PublicKey:{Parameters:{P:+91268520972047344779510472614939006285152176630742165979533208518526258287540244526987668731096217967904150874969731516661412604963023247030101570715552650277776208098462838867711078025572452557692674802977527475661989210578136725258241385474445330497234586673407237238372329018550727884900161895964574509801 Q:+767580094855879488293276223470508701563202760721 G:+42393651221310072390273970570719382707264443685255379637082820177806079494092036767507554061381644533127114802103872901363724639317297276457243780033980909021336576570837756106975221868617534717069925676009421223798208864916837561389117514471387385853288499961716794226875046226553216578582138687489881455573} Y:+68767508229940365112562020548287141674708444377336699267991474890690034611201698420418573204906537903040876819582645033160073997940957577512216430788561800033703926395782022182868300960590402743043934344374390498368316144177816214923367214895567903510165216432049170686626889267028482641530556275670781873053} X:+628682865942164859869306394087148223993136336500}
注意：Golang 對(duì)DSA證書沒有完整的支持。
給私鑰上鎖（加訪問密碼）
在使用openssl進(jìn)行私鑰生成的時(shí)候，openssl需要我提供私鑰的訪問密碼。那使用go進(jìn)行私鑰時(shí)，應(yīng)該也有該功能。那應(yīng)該在什么時(shí)候添加這個(gè)密碼呢？是在生成私鑰的時(shí)候，還是在生成pem文件的時(shí)候。我首先想到的是在生成秘密的時(shí)候，但是在crypto/rsa、crypto/dsa、crypto/ecdsa這三個(gè)包中查找時(shí)并沒有發(fā)現(xiàn)任何和密碼有關(guān)的詞眼。那就應(yīng)該在生成pem文件的時(shí)候加上密碼。生成pem文件的方法在encoding/pem這個(gè)包中。但該包中只有兩個(gè)編碼，一個(gè)解碼的方法，和密碼有沒有任何關(guān)系，唯一的存在的關(guān)系就是Block結(jié)構(gòu)中的Header字段。
使用openssl生成的私鑰文件中會(huì)存在這樣的字段：
Proc-Type: 4,ENCRYPTED DEK-Info: DES-EDE3-CBC,02a0ba59e8cfd431
使用該字段來(lái)說明使用加密方式和提供用于解密的初始值向量。
在生成私鑰和生成文件都無(wú)法把密碼添加進(jìn)去。那我就在想是否是在得到私鑰的時(shí)候?qū)λ借€的byte數(shù)組進(jìn)行加密。但這樣就需要自己實(shí)現(xiàn)了。講道理的話，go應(yīng)該會(huì)為這種普遍性的東西提供已經(jīng)封裝好的方法。來(lái)回重新看api文檔。發(fā)現(xiàn)自己漏看一個(gè)非常重要的包crypto/x509。在該包提供的方法中。很輕松的就找到了如下兩個(gè)方法：
func DecryptPEMBlock(b *pem.Block, password []byte) ([]byte, error) func EncryptPEMBlock(rand io.Reader, blockType string, data, password []byte, alg PEMCipher) (*pem.Block, error)
在這兩個(gè)方法中又要pem，password，恩應(yīng)該就是這兩個(gè)方法了，正好一個(gè)生成一個(gè)解析。
同在x509包下提供了:
func MarshalPKCS1PrivateKey(key *rsa.PrivateKey) []byte func MarshalECPrivateKey(key *ecdsa.PrivateKey) ([]byte, error)
把RSA和ECDSA私鑰轉(zhuǎn)換成byte數(shù)組的方法，但是沒有找到把DSA私鑰轉(zhuǎn)換成byte數(shù)組的方法。
生成證書請(qǐng)求
證書請(qǐng)求生成很簡(jiǎn)單在crypto/x509中直接提供了現(xiàn)成的方法。
func CreateCertificateRequest(rand io.Reader, template *CertificateRequest, priv interface{}) (csr []byte, err error)
但使用用該方法有一個(gè)限制條件：
All keys types that are implemented via crypto.Signer are supported (This includes *rsa.PublicKey and *ecdsa.PublicKey.)
無(wú)法使用*dsa.PublicKey類型的公鑰。而傳入的參數(shù)是一個(gè)私鑰，因此無(wú)法使用dsa類型的私鑰。
go對(duì)dsa類型的證書
該方法需要通過一個(gè)證書請(qǐng)求的模板，在go中CertificateRequest是如下定義的：
Raw []byte // Complete ASN.1 DER content (CSR, signature algorithm and signature).
RawTBSCertificateRequest []byte // Certificate request info part of raw ASN.1 DER content.
RawSubjectPublicKeyInfo []byte // DER encoded SubjectPublicKeyInfo.
RawSubject[]byte // DER encoded Subject.
Versionint
Signature []byte
SignatureAlgorithm SignatureAlgorithm
PublicKeyAlgorithm PublicKeyAlgorithm
PublicKey interface{}
Subject pkix.Name
Attributes []pkix.AttributeTypeAndValueSET
Extensions []pkix.Extension
ExtraExtensions []pkix.Extension
DNSNames []string
EmailAddresses []string
IPAddresses []net.IP
有一些內(nèi)容可以不用填寫。如果填寫了，在后面生成證書時(shí)將作為內(nèi)容直接填入，我就根據(jù)openssl生成證書請(qǐng)求時(shí)在控制臺(tái)所展現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行填寫。即添加Subject中的內(nèi)容。Subject是這樣定義的：
type Name struct {
Country, Organization, OrganizationalUnit []string
Locality, Province[]string
StreetAddress, PostalCode []string
SerialNumber, CommonNamestring
Names[]AttributeTypeAndValue
ExtraNames []AttributeTypeAndValue
}
生成證書
在go提供的crypto/x509包下并沒有生成CA的方法，生成證書的方法也只有一個(gè)方法：
func CreateCertificate(rand io.Reader, template, parent *Certificate, pub, priv interface{}) (cert []byte, err error)
它的參數(shù)中使用的是兩個(gè)證書，和我們之前生成的CertificateRequest沒有關(guān)系，而且在整個(gè)crypto/x509中的方法中都沒有找到把CertificateRequest轉(zhuǎn)換成Certificate的方法，而且CertificateRequest和Certificate中的部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一樣的，因此猜想是通過把CertificateRequest中的部分內(nèi)容復(fù)制到Certificate中。然后再通過CreateCertificate進(jìn)行簽發(fā)。
如果傳入的兩個(gè)證書參數(shù)是一樣的，那么生成的證書是一張自簽發(fā)的根證書。如果傳入的兩張證書不同，生成的就是普通的證書了。使用的公鑰和私鑰是簽發(fā)者的公私鑰即參數(shù)parent的公私鑰。和生成CertificateRequest一樣，在這個(gè)方法中使用的公私鑰不能是DSA類型的。
坑
設(shè)置CA
在Certificate這個(gè)結(jié)構(gòu)體中有IsCA這個(gè)字段。用來(lái)標(biāo)識(shí)該證書是CA證書，但是在設(shè)置該字段為true后生成的證書在擴(kuò)展中并沒有顯示這個(gè)證書是CA證書的。原因是在如果要使IsCA生效，需要設(shè)置BasicConstraintsValid也為true。同樣的也適用于MaxPathLen這個(gè)字段。
簽名算法的選擇
在go中為證書的簽名算法提供了常見的類型：
UnknownSignatureAlgorithm SignatureAlgorithm = iota MD2WithRSA MD5WithRSA SHA1WithRSA SHA256WithRSA SHA384WithRSA SHA512WithRSA DSAWithSHA1 DSAWithSHA256 ECDSAWithSHA1 ECDSAWithSHA256 ECDSAWithSHA384 ECDSAWithSHA512
在生成證書的時(shí)候我直接選擇的SHA1WITHRSA,應(yīng)為我的私鑰是通過RSA算法生成的，沒有任何問題，但是在看go的源碼中有一段生成自簽名證書的測(cè)試方法。在該方法中使用了其他的簽名算法。因此我想，這些簽名算法的應(yīng)該如何選擇。當(dāng)我把簽名算法改成ECDSAWITHSHA1的時(shí)候，在進(jìn)行簽名的時(shí)候，出現(xiàn)了簽名錯(cuò)誤。
因此我猜猜簽名算法的選擇需要和簽署者的公私鑰的生成方式有關(guān)。
代碼時(shí)間
一切用代碼說話。
和生成私鑰有關(guān)：
func GenRSAPriv(fileName, passwd string, len int) error {
priv, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, len)
if err != nil {
return err
}
data := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(priv)
err = encodePrivPemFile(fileName, passwd, data)
return err
}
//GenECDSAPriv 生成ECDSA私鑰文件
func GenECDSAPriv(fileName, passwd string) error {
priv, err := ecdsa.GenerateKey(elliptic.P224(), rand.Reader)
if err != nil {
return err
}
data, err := x509.MarshalECPrivateKey(priv)
if err != nil {
return err
}
err = encodePrivPemFile(fileName, passwd, data)
return err
}
//GenDSAPriv 生成DSA私鑰(用于演示)
func GenDSAPriv() {
priv := &dsa.PrivateKey{}
dsa.GenerateParameters(&priv.Parameters, rand.Reader, dsa.L1024N160)
dsa.GenerateKey(priv, rand.Reader)
fmt.Printf("priv:%+v\n", priv)
}
//DecodePriv 解析私鑰文件生成私鑰，（RSA，和ECDSA兩種私鑰格式）
func DecodePriv(fileName, passwd string) (pubkey, priv interface{}, err error) {
data, err := ioutil.ReadFile(fileName)
if err != nil {
return nil, nil, errors.New("讀取私鑰文件錯(cuò)誤")
}
block, _ := pem.Decode(data)
data, err = x509.DecryptPEMBlock(block, []byte(passwd))
if err != nil {
return nil, nil, err
}
privKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(data) //解析成RSA私鑰
if err != nil {
priv, err = x509.ParseECPrivateKey(data) //解析成ECDSA私鑰
if err != nil {
return nil, nil, errors.New("支持持RSA和ECDSA格式的私鑰")
}
}
priv = privKey
pubkey = &privKey.PublicKey
return
}
//生成私鑰的pem文件
func encodePrivPemFile(fileName, passwd string, data []byte) error {
block, err := x509.EncryptPEMBlock(rand.Reader, "RSA PRIVATE KEY", data, []byte(passwd), x509.PEMCipher3DES)
if err != nil {
return err
}
file, err := os.Create(fileName)
if err != nil {
return err
}
err = pem.Encode(file, block)
if err != nil {
return err
}
return nil
}
在這個(gè)代碼用有一些問題：使用ECDSA生成私鑰后加密的Type不知道填什么，暫時(shí)使用了”RSA PRIVATE KEY”。
和CertificateRequest有關(guān)的代碼：
// EncodeCsr 生成證書請(qǐng)求
func EncodeCsr(country, organization, organizationlUnit, locality, province, streetAddress, postallCode []string, commonName, fileName string, priv interface{}) error {
req := &x509.CertificateRequest{
Subject: pkix.Name{
Country:country,
Organization: organization,
OrganizationalUnit: organizationlUnit,
Locality: locality,
Province: province,
StreetAddress:streetAddress,
PostalCode:postallCode,
CommonName:commonName,
},
}
data, err := x509.CreateCertificateRequest(rand.Reader, req, priv)
if err != nil {
return err
}
err = util.EncodePemFile(fileName, "CERTIFICATE REQUEST", data)
return err
}
//DecodeCsr 解析CSRpem文件
func DecodeCsr(fileName string) (*x509.CertificateRequest, error) {
data, err := util.DecodePemFile(fileName)
if err != nil {
return nil, err
}
req, err := x509.ParseCertificateRequest(data)
return req, err
}
和生成Certificate有關(guān)的代碼：
//GenSignselfCertificate 生成自簽名證書
func GenSignselfCertificate(req *x509.CertificateRequest, publickey, privKey interface{}, fileName string, maxPath int, days time.Duration) error {
template := &x509.Certificate{
SerialNumber: big.NewInt(random.Int63n(time.Now().Unix())),
Subject:req.Subject,
NotBefore: time.Now(),
NotAfter: time.Now().Add(days * 24 * time.Hour),
BasicConstraintsValid: true,
IsCA:true,
SignatureAlgorithm: x509.SHA1WithRSA, // 簽名算法選擇SHA1WithRSA
KeyUsage: x509.KeyUsageCertSign | x509.KeyUsageCRLSign | x509.KeyUsageDataEncipherment,
SubjectKeyId: []byte{1, 2, 3},
}
if maxPath > 0 { //如果長(zhǎng)度超過0則設(shè)置了 最大的路徑長(zhǎng)度
template.MaxPathLen = maxPath
}
cert, err := x509.CreateCertificate(rand.Reader, template, template, publickey, privKey)
if err != nil {
return errors.New("簽發(fā)自簽名證書失敗")
}
err = util.EncodePemFile(fileName, "CERTIFICATE", cert)
if err != nil {
return err
}
return nil
}
//GenCertificate 生成非自簽名證書
func GenCertificate(req *x509.CertificateRequest, parentCert *x509.Certificate, pubKey, parentPrivKey interface{}, fileName string, isCA bool, days time.Duration) error {
template := &x509.Certificate{
SerialNumber: big.NewInt(random.Int63n(time.Now().Unix())),
Subject:req.Subject,
NotBefore: time.Now(),
NotAfter: time.Now().Add(days * 24 * time.Hour),
// ExtKeyUsage: []x509.ExtKeyUsage{ //額外的使用
// x509.ExtKeyUsageClientAuth,
// x509.ExtKeyUsageServerAuth,
// },
//
SignatureAlgorithm: x509.SHA1WithRSA,
}
if isCA {
template.BasicConstraintsValid = true
template.IsCA = true
}
cert, err := x509.CreateCertificate(rand.Reader, template, parentCert, pubKey, parentPrivKey)
if err != nil {
return errors.New("簽署證書失敗")
}
err = util.EncodePemFile(fileName, "CERTIFICATE", cert)
if err != nil {
return err
}
return nil
}
在生成證書這方法，由于可設(shè)置的內(nèi)容過多，不應(yīng)該使用參數(shù)來(lái)對(duì)證書內(nèi)容進(jìn)行控制。應(yīng)該和openssl一樣使用配置文件的方式來(lái)對(duì)證書中的內(nèi)容進(jìn)行配置。
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