搭建私有CA并基于OpenSSL实现双向身份认证

0x00 前言

互联网上的Web应用由于用户数目广泛，都是采用单向身份认证的，只需要客户端验证服务端的身份。但如果是企业内部的应用对接，客户端数量有限，可能就会要求对客户端也做身份验证，这时就需要一个双向认证方案。本文通过搭建私有CA，利用OpenSSL工具，实现服务端与客户端的双向身份认证。安全协议采用HTTPS，这里用到的HTTPS除了能够进行身份认证以外，还能保证通信的保密性和完整性。

0x01 组建方案

组建方案如下图所示：

• 整个方案包括一个私有CA、一个服务端、一个客户端，用于验证HTTPS双向身份认证的可行性。
• 服务端的系统环境为CentOS7，Web服务器采用Tomcat7。客户端的系统环境为Windows，浏览器采用Firefox。
• 由私有CA负责生成所有的私钥、证书等文件，并通过线下安全途径分发到服务端和客户端。
• 其中，CA的私钥最为重要需加密后离线保管；服务端持有CA证书、服务器私钥、服务器证书3个文件；客户端持有CA证书、客户端私钥、客户端证书3个文件。
• 客户端与服务端通过HTTPS安全协议进行双向身份认证、加密传输。另外，需要注意的是，HTTPS实现的是传输层的身份认证，不含应用层鉴权功能。

0x02 私有CA的设置

安装与配置OpenSSL

安装OpenSSL

yum install openssl
yum install openssl-devel

OpenSSL默认安装完后，另外需要创建以下几个文件：

touch /etc/pki/CA/index.txt       #index文件用于记录已经签发的证书
touch /etc/pki/CA/serial
echo 00 > /etc/pki/CA/serial      #serial文件用于存放证书的序列号，自动递增

完成该实验后index.txt中的信息为下面两条，即签发了两个证书分别是服务端证书和客户端证书

因为，服务器证书请求文件的国家、省、市要和CA证书一致，这个在openssl.cnf默认配置中指定了。
可以通过修改/etc/pki/tls/openssl.cnf文件，调整为非强制一致。
将下面的几个match 修改为 optional

# For the CA policy
[ policy_match ]
countryName             = match
stateOrProvinceName     = match
organizationName        = match

自签CA证书

生成根证书私钥 cakey.pem

openssl genrsa  -des3 -out cakey.pem  2048 这一步需要输入密码，密码用于加密私钥，使私钥非明文存于磁盘  

生成根证书签发申请文件 ca.csr

openssl req -new -key cakey.pem -out ca.csr -subj "/C=CN/O=CAorganization/CN=myCA"

自签发根证书 cacert.pem

openssl x509 -req -days 3650 -sha256 -extensions v3_ca -signkey cakey.pem -in ca.csr -out  cacert.pem  

服务端的私钥与证书

生成服务端私钥 serverkey.pem

openssl genrsa -out serverkey.pem 2048  

生成证书请求文件 server.csr

openssl req -new \
-sha256 \
-key serverkey.pem \
-subj "/C=CN/ST=myprovince/L=mycity/O=myorganization/OU=mygroup/CN=myserver.test.com" \
-reqexts SAN \
-config <(cat /etc/pki/tls/openssl.cnf \
    <(printf "[SAN]\nsubjectAltName=DNS:myserver.test.com,DNS:myserver2.test.com")) \
-out server.csr  

使用根证书签发服务端证书 servercert.pem

openssl ca -in server.csr \
-md sha256 \
-days 3650 \
-keyfile cakey.pem \
-cert cacert.pem \
-extensions SAN \
-config <(cat /etc/pki/tls/openssl.cnf \
    <(printf "[SAN]\nsubjectAltName=DNS:myserver.test.com,DNS:myserver2.test.com")) \
-out servercert.pem  

客户端的私钥与证书

生成客户端私钥 clientkey.pem

openssl genrsa -out  clientkey.pem 2048  

生成证书请求文件 client.csr

openssl req -new \
-sha256 \
-key clientkey.pem \
-subj "/C=CN/ST=myprovince/L=mycity/O=myorganization/OU=mygroup/CN=myclient.test.com" \
-reqexts SAN \
-config <(cat /etc/pki/tls/openssl.cnf \
    <(printf "[SAN]\nsubjectAltName=DNS:myclient.test.com,DNS:myclient2.test.com")) \
-out client.csr  

使用根证书签发客户端证书 clientcert.pem

openssl ca -in client.csr \
-md sha256 \
-days 3650 \
-keyfile cakey.pem \
-cert cacert.pem \
-extensions SAN \
-config <(cat /etc/pki/tls/openssl.cnf \
<(printf "[SAN]\nsubjectAltName=DNS:myclient.test.com,DNS:myclient2.test.com")) \
-out clientcert.pem  

0x03 服务器端的设置

安装Java、Tomcat、创建JKS存放目录

Java、Tomcat安装完后 https://www.cnblogs.com/xdyixia/p/11653694.html

创建存放JKS文件的目录，服务端的Tomcat将用到的JKS格式的私钥和证书

mkdir -p  /data/live  #此目录之后用于存放JKS文件

把服务端私钥和证书制作成JKS文件

#得到 fullchain_and_key.p12
openssl pkcs12 -export -in  servercert.pem -inkey serverkey.pem  -out fullchain_and_key.p12 -name ssl

这一步需要输入密码，假设此处输入密码为： mypassword

#得到ssl.jks
keytool -importkeystore -deststorepass myJKSpassasdf -destkeypass myJKSpassasdf -destkeystore ssl.jks -srckeystore fullchain_and_key.p12 -srcstoretype PKCS12 -srcstorepass  mypassword -alias ssl

#移位文件到/data/live
mv  ssl.jks  /data/live

把信任根证书制作成JKS文件

#得到ssl2.jks
keytool -import -alias cacert -file  cacert.pem  -keystore ssl2.jks  -deststorepass myJKSpassasdf2  -destkeypass myJKSpassasdf2

#移位文件到/data/live
mv  ssl2.jks  /data/live

配置Tomcat

修改Tomcat的server.xml，配置HTTPS功能

 <Connector port="443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Protocol"
           URIEncoding="UTF-8"  maxThreads="500" SSLEnabled="true" scheme="https" secure="true" clientAuth="true" sslProtocol="TLS"
           keystoreFile="/data/live/ssl.jks" keystorePass="myJKSpassasdf"
           truststoreFile="/data/live/ssl2.jks" truststorePass="myJKSpassasdf2"
sslEnabledProtocols="TLSv1,TLSv1.1,TLSv1.2,SSLv2Hello"
ciphers="TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256,
TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,
TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA384,
TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA,
TLS_ECDHE_RSA_WITH_RC4_128_SHA,
TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256,
TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,
TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256,
TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA,
SSL_RSA_WITH_RC4_128_SHA" />

一些参数说明：

• port该设置为HTTPS端口号。
• 如果clientAuth该设置为“false”，则为单向SSL验证，不需要验证客户端证书。
• 如果clientAuth设置为“true”，表示强制双向SSL验证。
• 如果clientAuth设置为“want”，则表示可以验证客户端证书，但如果客户端没有有效证书，也不强制验证。
• keystore就是用来存服务端自身的私钥和证书。
• truststore就是用来存根证书文件的。

在服务端强制HTTP访问跳转为HTTPS

在server.xml文件，将redirectPort的8443端口，一律改为443（因为我们之前已经设置了443端口作为HTTPS端口）
在web.xml文件，插入这样一段：

<login-config>
    <!-- Authorization setting for SSL -->
    <auth-method>CLIENT-CERT</auth-method>
    <realm-name>Client Cert Users-only Area</realm-name>
</login-config>
<security-constraint>
<!-- Authorization setting for SSL -->
    <web-resource-collection >
        <web-resource-name >SSL</web-resource-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </web-resource-collection>
    <user-data-constraint>
        <transport-guarantee>CONFIDENTIAL</transport-guarantee>
    </user-data-constraint>
</security-constraint> 

重启tomcat生效

#关闭
cd /usr/local/tomcat/tomcat8/bin
./shutdown.sh

#查看是否关闭
ps -ef|grep java

此信息说明还没关

#如果关不了，使用kill命令，直接杀死Tomcat进程
kill -9 12265

此信息说明关了

#启动Tomcat
./startup.sh

查看tomcat日志

0x04 客户端的设置

修改客户端hosts文件

hosts中加入一行 192.168.91.166  myserver.test.com
其中，假设192.168.91.166 是服务端的IP，根据实际情况改写。
注意：这里hosts文件作用是代替DNS域名解析，仅为测试使用。

客户端浏览器导入CA根证书

Firefox浏览器导入cacert.pem文件 即CA根证书

客户端浏览器导入自己的私钥和证书

X509格式转化为pkcs12格式的文件

openssl pkcs12 -export -in  clientcert.pem -inkey clientkey.pem    -out  client.p12 -name client_ssl  

这一步需要输入密码，假设此处输入密码为： mypassword

将client.p12导入到浏览器

0x05 双向身份验证与效果

浏览器打开URL： https://myserver.test.com
选择客户端证书

成功打开网站

该实验主要根据以下博客实现

https://gamedun.github.io/-----https://runner-china.github.io/blog/2018/07/10/ca

其他参考

https://blog.csdn.net/cuofucsdn/article/details/78851673

https://blog.csdn.net/Ningdaxing1994/article/details/78790493

https://www.cnblogs.com/Anker/p/6018032.html （该博文包含单向验证和双向验证）