CA建置工具Openssl的管理與使用介紹（下）

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CA工具
〔資訊安全〕
  CA建置工具Openssl的管理與使用介紹（下）
    陸維肇
    b)Serial Number
　    CA簽發certificate時，會以serial number紀錄每份certificate
      所發行的序號，它以16進位方式來表示。我們可以用下面的指令
      來檢查certificate的serial number：
    $ openssl x509 -noout -serial -in mycert.pem
    serial=01
　    在此例中，serial=01代表這份certificate是CA第一份所簽發出來。
    c)Issuer
　    Issuer就是發行certificate的CA，當我拿到一份別人的certificate
      時，可以從issuer知道是由哪一個CA發行的，然後再取得CA的
      certificate對其做驗證：
    $ openssl x509 -noout -issuer -in mycert.pem
    issuer= /C=TW/O=AS/CN=Sinica
　    由上例所看到certificate的issuer為Sinica。
    d)Start Date & Expire Date
　
      每份certificate都有啟始時間（start date）與終止時間（expire date），
      在這段時間之內是certificate的有效日期，如果過期的話，就要
      重新申請，要求CA重新簽發：
    $ openssl x509 -noout -in mycert.pem -dates
    notBefore=Jul 25 09:39:40 2002 GMT
    notAfter=Jul 25 09:39:40 2003 GMT
　    noBefore紀錄的為啟始時間；notAfter紀錄的為終止時間。
    e)Subject
　    Subject即user在產生certificate signing request時所填的資
      料，代表個人的身份資料：
    $ openssl x509 -in mycert.pem -noout -subject
    subject= /C=TW/O=AS/OU=AS/CN=Chih-ChiangChang/Email=ccchang@beta.wsl.sinica.edu.tw
    f)Public Key
　    顯示內含在certificate內的public key：
    $ openssl x509 -in mycert.pem -noout -modulus
　    Modulus=CFDE135C3DE935FAEC7E7149439C901DF7AE3704440D8CB7
      8B17A5DB1046DFA284CA6026534A8751C185562EE49207C744DB00D9
      26BCF95C48A6530ED41315CD7E208D1746D9B67553FF094161183017
      41ED9015B558D02EDAD5A1620A980E91D89D02AABC75287C5043D965
      D2BC46C0BB2807A7D3AA047A6D3960738A563977
    g)MD5 Fingerprint
　    MD5 fingerprint是由全部的certificate內容經由MD5 hash algorithm
      編碼後所產生固定長度的輸出。編碼結果會因為certificate內容
      的些微差異而不同，因此，MD5 fingerprint可以用來檢查certificate
      是否有被更動過，或兩份certificate內容是否一致：
    $ openssl x509 -in mycert.pem -noout -fingerprint
    　MD5 Fingerprint=88:65:5A:9C:58:4B:15:5C:
    　88:C5:D7:54:36:30:85:FB
    h)SHA1 Fingerprint
　    SHA1 fingerpint用意與MD5 fingerprint相同，只是改為SHA1 hash
      algorithm。在Netscape當中，使用的是MD5演算法；而在MSIE當
      中所使用的則是SHA1演算法。
    $ openssl x509 -sha1 -in user.pem -noout -fingerprint
　    SHA1 Fingerprint=BA:C2:06:16:58:CA:AA:
    　64:99:86:AD:E0:D8:A8:C0:38:BE:1F:20:A4
    3.轉換檔案格式（PEM/PKCS#12）
　    在Netscape與MSIE當中所支援的certificate格式是PKCS#12 format，
      而不是PEM format，其內容是一堆無法閱讀的binary格式。Import
      certificate到Netscape或MSIE，必須先轉成PKCS#12的檔案格式。
      有關PKCS#12的FAQ，可以在
      http://www.drh-consultancy.demon.co.uk/pkcs12faq.html之網
      址找到相關說明。
    a)由PEM轉成PKCS#12：
　    轉成PKCS#12檔案格式除了要certificate外，還要user的private
      key，並會要求輸入private key的passphrass。此外，程式還會
      額外要求加上一個Export Password，且在往後要import這個PKCS#12
      格式的certificate到browser時，會要求輸入這組export password，
      此乃因為PKCS#12檔內含user的private key，而export password
      可以防止其他人隨意使用：
    $ openssl pkcs12 -export -in mycert.pem -out
      mycert.p12 -name “My Certificate” -inkey
      mykey.pem
    -export：產生一個PKCS#12檔
    -in：使用者的certificate
    -out：輸出檔名
    -name：取一個friendly的名稱，當被browser import使用時，會以
           此名稱顯示。
    -inkey：使用者的private key
    b)由PKCS#12轉成PEM：
    $ openssl pkcs12 -in mycert.p12 -out cert_key.pem
　    由PKCS#12格示轉回的內容包括user的certificate與private key。
      我們可利用如下指令將certificate extract出來，可以得到與原
      來的mycert.pem檔完全相同的內容：
    $ openssl x509 -in cert_key.pem -text -out mycert2.pem
    $ diff mycert.pem mycert2.pem
    相關應用
      經過前暑之各步驟執行之後，至此，我們可謂已經擁有了自己一
    把private key（mykey.pem）以及一份由Sinica CA所簽發出來的
    certificate（mycert.pem）。以下接著將介紹使用private key與
    certificate的基本應用，包括：文件加密（Encrypt）與解密
    （Decrypt）、文件簽章（Sign Signature）與驗證簽章（Verify
    Signature）等應用。
    1.文件加密（Encrypt）解密（Decrypt）
　    由於certificate是對外公開的，因此，假設我的朋友要送一份文
      件給我，他可以使用我的certificate來對文件加密，而這份文件
      只有用我的private key才能解開。以下範例將示範對文件如何加
      密，並檢視內容的差異：
    明文文件（plain text）：test.txt
    密文文件（cipher text）：test.msg
    $ cat test.txt
    this is a test file
    $ openssl smime -encrypt -in test.txt -out test.msg mycert.pem
    $ cat test.msg
    MIME-Version: 1.0
    Content-Disposition: attachment; filename=“smime.p7m”
    Content-Type: application/x-pkcs7-mime; name=“smime.p7m”
    Content-Transfer-Encoding: base64
　    MIIBJgYJKoZIhvcNAQcDoIIBFzCCARMCAQAxgcowgccCAQAwMDArMQsw
      CQYDVQQGEwJUVzELMAkGA1UEChMCQVMxDzANBgNVBAMTBlNpbmljYQIB
      ATANBgkqhkiG9w0BAQEFAASBgKUPraw5n7SFYxePNAacBQjsKxbSzToq
      hi4eb8+PnDU27COVfNrs5sH7YhaNfv5DA6m0mRL+72tZYaNLWFabZQt1
      6+j2+BNFLq2Q+tpWkgEOkQl5C5y4jPSTGn196McHRvAM0F9xTzcXnpU0
      5EkvgXOMuwnk2Q5yO+hOio2j6ZpVMEEGCSqGSIb3DQEHATAaBggqhkiG
      9w0DAjAOAgIAoAQIfaLelEC1pdiAGDWM4QdUhbKoRSnolqgfMe8FFZUb
      lNEeIA==
　  加密過的文件test.msg只能使用我的private key解開。我們以下列
  之指令為上述密文解密：
    $ openssl smime -decrypt -in test.msg -recip mycert.pem -inkey mykey.pem
    Enter PEM pass phrase:
    this is a test file
　    在輸入private key的passphrase後，果然得到相同的內容。
    2.文件簽章（Sign Signature）& 驗證簽章（Verify Signature）
　    文件簽章的用意在於確認發件者（sender）的身份以及文章的完
      整性（integrity），而不在資料的保密。簽章者使用private
      key對文件簽章將文件送出後，收件者可以使用簽章者的certificate
      來驗證這份文件的來源，以及確認該文件是否被更動過。下例子
      中將使用我的private key對文件進行簽章：
    $ openssl smime -sign -inkey mykey.pem -signer mycert.pem -in test.txt -out test.sig
    $ cat test.sig
    MIME-Version: 1.0
    Content-Type: multipart/signed; protocol=“application/x-pkcs7-signature”; micalg=sha1;
    boundary=“----2DCFB33BAC7791CDAD3CFC6C779187E2”
    This is an S/MIME signed message
    ------2DCFB33BAC7791CDAD3CFC6C779187E2
    this is a test file
    ------2DCFB33BAC7791CDAD3CFC6C779187E2
    Content-Type: application/x-pkcs7-signature; name=“smime.p7s”
    Content-Transfer-Encoding: base64
    Content-Disposition: attachment; filename=“smime.p7s”
    MIID0gYJKoZIhvcNAQcCoIIDwzCCA78CAQExCzAJBgUrDgMCGgUAMAsGCS
    qGSIb3DQEHAaCCAhAwggIMMIIBdQIBATANBgkqhkiG9w0BAQQFADArMQsw
    CQYDVQQGEwJ5NDBaFw0wMzA3MjUwOTM5NDBaMHIxCzAJBgNVBAYTAlRXMQ
    swCQYDVQQKEwJBUzELMAkGA1UECxMCQVMxGjAYBgNVBAMTEUNoaWgtQ2hp
    YW5nIENoYW5nMS0------2DCFB33BAC7791CDAD3CFC6C779187E2--
　    test.sig文件中最後附上的是使用者的signature。當收件者收到
    這封文件時，他可以使用我的certificate來驗證這份文件的來源：
    $ openssl smime -verify -in test.sig -signer mycert.pem -out test.txt
    Verification Failure
    27686:error:21075075:PKCS7 routines:PKCS7_verify:certificate verify
    error:pk7_smime.c:213:Verify error:unable to get local issuer certificate
　    此例中出現驗證錯誤訊息，此可由error message看出它找不到
    issuer的certificate，因此，必不能直接拿certificate就可以驗
    證簽章。實際上驗證的步驟如下：
    a)驗證certificate是否有效；
    b)如果有效，才能拿certificate驗證簽章。
　    因此，上述的指令必須稍微修正，在指令最後再加上-CAfile，指
    定CA的certificate，CAfile內包含Central CA與Sinica CA的certificate，
    用法與前面驗證Certificate所介紹的相同：
    $ openssl smime -verify -in test.sig -signer mycert.pem -out test.txt -CAfile ca-list.pem
    Verification Successful
  　  利用pipe組合上述之指令，能夠使傳送文件達到同時確認發信來
    源，又能確保資料安全的目的：
    a)發信人對文件簽章再用收信人之certificate對訊息加密：
    openssl smime -sign -in test.txt -signer sender.pem -inkey sender.key |
    openssl smime -encrypt -out mail.msg  receiver.pem
    b)收信人用private key對文件解密，再以送件者的certificate來驗證簽章：
    openssl smime -decrypt -in mail.msg -recip receiver.pem -inkey receiver.key|
    openssl smime -verify -signer sender.pem -CAfile ca-list.pem
    結語
      網路的發達使得資訊的使用日益便捷而快速，然而卻也相對引發
    諸如資訊內容安全性的考量與疑慮。對此，有關CA建置、管理與應
    用，將有其一定之發展與重要性。為使得使用者能在眾多使用工具
    中多一些資訊應用安全上的選擇，希望本文將提供使用者另一種應
    用層面上的思考，並減輕一些資訊流通、交換所帶來之疑懼，從而
    建立更為安全之資訊應用機制與環境。（全文完）


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