数字证书

1. 数字证书基础

1.1 什么是数字证书

数字证书是电子文档，用于证明公钥的所有权。由受信任的证书颁发机构（CA）签名。

1.2 核心组成

证书 = 公钥 + 身份信息 + 有效期 + CA 签名

1.3 信任模型

根 CA → 中间 CA → 终端证书
  ↑
信任锚

2. X.509 标准

2.1 证书结构

Certificate ::= SEQUENCE {
    tbsCertificate       TBSCertificate,
    signatureAlgorithm   AlgorithmIdentifier,
    signatureValue       BIT STRING
}

TBSCertificate ::= SEQUENCE {
    version              [0] EXPLICIT INTEGER DEFAULT v1,
    serialNumber         CertificateSerialNumber,
    signature            AlgorithmIdentifier,
    issuer               Name,
    validity             Validity,
    subject              Name,
    subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
    issuerUniqueID       [1] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
    subjectUniqueID      [2] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
    extensions           [3] EXPLICIT Extensions OPTIONAL
}

2.2 关键字段

2.3 重要扩展

2.4 证书编码

3. PKI 体系

3.1 PKI 组件

3.2 证书生命周期

申请 → 验证 → 签发 → 部署 → 使用 → 续期/吊销 → 过期

3.3 证书类型

4. 证书链验证

4.1 验证流程

1. 检查证书签名是否由上级 CA 签发
2. 逐级验证直到根 CA
3. 检查每个证书的有效期
4. 检查证书是否被吊销（CRL/OCSP）
5. 检查 Key Usage 和 Extended Key Usage
6. 检查 SAN 是否匹配目标域名

4.2 证书链示例

根 CA (DigiCert Global Root CA)
  └── 中间 CA (DigiCert SHA2 Secure Server CA)
       └── 终端证书 (example.com)

4.3 交叉签名

当根 CA 更换密钥时，使用新旧密钥同时签名中间 CA，确保过渡期兼容性。

5. 证书吊销

5.1 CRL（证书吊销列表）

<!-- CRL 结构 -->
CertificateList ::= SEQUENCE {
    tbsCertList          TBSCertList,
    signatureAlgorithm   AlgorithmIdentifier,
    signatureValue       BIT STRING
}

缺点：

• 需要定期下载完整列表
• 延迟高
• 列表可能很大

5.2 OCSP（在线证书状态协议）

GET /ocsp?serial=123456 HTTP/1.1
Host: ocsp.example-ca.com

响应：

5.3 OCSP Stapling

服务器主动获取并缓存 OCSP 响应，在 TLS 握手时发送给客户端。

优势：

• 减少客户端到 OCSP 服务器的请求
• 提高隐私性
• 减少延迟

6. 证书管理实践

6.1 OpenSSL 常用命令

# 生成私钥
openssl genrsa -out private.key 2048

# 生成 CSR
openssl req -new -key private.key -out request.csr

# 自签名证书
openssl req -x509 -key private.key -out cert.pem -days 365

# 查看证书信息
openssl x509 -in cert.pem -text -noout

# 验证证书链
openssl verify -CAfile ca.pem cert.pem

# 转换格式
openssl x509 -in cert.der -inform DER -out cert.pem -outform PEM

6.2 Let’s Encrypt 自动化

# 使用 certbot 获取证书
certbot certonly --webroot -w /var/www/html -d example.com

# 自动续期
certbot renew --quiet

6.3 证书固定（Certificate Pinning）

Public-Key-Pins: pin-sha256="base64=="; max-age=5184000

注意：HTTP Public Key Pinning (HPKP) 已被 Chrome 废弃，推荐使用 Certificate Transparency。

6.4 证书透明度（CT）

所有公开可信证书必须记录在 CT 日志中，可被公开审计。

Expect-CT: enforce, max-age=86400, report-uri="https://example.com/ct-report"