数字证书的原理与应用&爬坑

前言：

说到https应该已经很熟悉了，他与http有何区别呢? 答：https更安全，因为使用了tls协议，即有证书认证的操作，具体是一种怎样的交互呢，让我们细细道来。

0，数字证书以及网络传输加密

假设，有两个人，一个叫小起，一个叫小终，小起想给小终发送数据，可是怕别人截取，篡改等等一些不安全的行为，于是经历了如下的演变过程，直到最后得到了最完美的加密过程。

stage1: 对称加密

小起 ----------将数据加密，并带着能解密的钥匙，一起交给小终 -----------> 小终

问题：传输的过程中，钥匙可能被盗

stage2：非对称加密

小终：自己有一个秘钥对，公钥：对外公开；私钥：自己保留；由公钥加密的数据只能由私钥解密，由私钥加密的内容只能由公钥解密

小起 ----------将数据用小终的公钥加密，交给小终 -----------> 小终（用小终自己的私钥解密）

问题：传输的过程中，有人将数据截获，搞一堆烂七八糟的内容重新用小终的公钥加密，再发给小终。

stage2进阶：签名技术的应用

　　利用hash算法不可逆的特性，将正文数据进行hash计算得到摘要，当小终收到正文后同样hash计算，如果二者相同说明数据是完整的。
　　　同时，小起还要告诉小终，这个摘要是我计算的，可不是别人计算的的。

小起 -----------------1)就数据用小终的公钥加密； -------------------------------------------------------------------> 小终（用自己的公钥解密数据，用小起的公钥解密签名）
2)将数据用hash算法计算出摘要，并用小起的私钥对摘要进行加密（签名)

问题：有人冒充是小起给小终发数据

stage3：数字证书

前面说了公钥/私钥都是自己家搞出来的东西，就算是被仿造了也不知道，于是将公钥"贴在第三方出具的正式文件上"（我们所说的签发数字证书）。这样就显得有保障，因为这个正式文件上可是有第三方盖章的。但同样还要能够识别这个"章"是真正权威机构的。具体原理是：

小起，小终 <-----------从ca那里获取两样：根证书（“印章”图样），公钥（数字证书)私钥对---------CA中心（证书颁发机构）

小起 (用根证书校验小终的数字证书) <---------交换数字证书 -----------> 小终（用根证书校验小起的数字证书）

整合：对称加密结合非对称加密

　　考虑到效率问题，真正的业务数据是用对称加密算法加密的。所以综合以后，过程是这样的：
　　通过stage3，我们现在互相已经有了对方准确的公钥，然后通过stage2的数据交换协商出对称加密秘钥自己保存好，再用stage1的对称加密算法（此时不需要携带解密秘钥）加密数据

小起 --------- 用对称加密算法加密的数据-----------> 小终

1，tls的握手前的准备

所谓的握手，其实就是我们在上一节讲述的“对称加密秘钥”的协商过程，所以再协商之前双方要先去向CA机构发请求，获得数字证书和根证书，而这个CA机构可以是自己，只要在集群范围内大家认可就可以了，所以我们通过cfssl工具生成证书，当然也可以用openssl工具。

以下列出了步骤，有些细节可以参考这里：https://blog.csdn.net/xxb249/article/details/79449434

1）安装cfssl

curl -s -L -o /bin/cfssl https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 
curl -s -L -o /bin/cfssljson https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 
curl -s -L -o /bin/cfssl-certinfo https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 
chmod +x /bin/cfssl*

2)写根证书的配置文件

#mkdir -p /etc/kubernetes/apiserver/
#cd /etc/kubernetes/apiserver/

//利用命令先生成一个缺省的样板的请求文件
#cfssl print-defaults config > ca-config.json ----
#cfssl print-defaults csr > ca-csr.json ----修改配置，配置请求文件.csr应该是什么样子的

//根据自己的情况修改配置，ca-config.json中可以同时定义多个配置簇，一个配置簇对应一种类型的数字证书的各项参数
#vi ca-config.json
#vi ca-csr.json

我的配置文件供参考

[root@master test]# cat ca-config.json 
{
    "signing": {
        "default": {
            "expiry": "43800h"
        },
        "profiles": {
            "client": {
                "expiry": "43800h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "client auth"
                ]
            },
            "server": {
                "expiry": "43800h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "server auth",
                    "client auth"
                ]
            }
        }
    }
}

View Code

3)生成根正书

# cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
2019/05/22 10:46:34 [INFO] generating a new CA key and certificate from CSR
2019/05/22 10:46:34 [INFO] generate received request
2019/05/22 10:46:34 [INFO] received CSR
2019/05/22 10:46:34 [INFO] generating key: rsa-2048
2019/05/22 10:46:35 [INFO] encoded CSR
2019/05/22 10:46:35 [INFO] signed certificate with serial number 357142409311435315855410100215094728480952302820

[root@master apiserver]# ll
total 24
-rw-r--r-- 1 root root 833 May 22 10:39 ca-config.json
-rw-r--r-- 1 root root 997 May 22 10:46 ca.csr        ---根证书请求文件
-rw-r--r-- 1 root root 262 May 22 10:42 ca-csr.json
-rw------- 1 root root 1679 May 22 10:46 ca-key.pem   ---根证书对应的私钥
-rw-r--r-- 1 root root 1350 May 22 10:46 ca.pem       ----根证书

4）签发数字证书，首先写好配置，然后签发

#cfssl print-defaults csr > server-csr.json
# vi server-csr.json ---按情况修改

//-profile参数对应ca-config.json中的一个配置簇
# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=server server-csr.json | cfssljson -bare server
2019/05/30 19:37:53 [INFO] generate received request
2019/05/30 19:37:53 [INFO] received CSR
2019/05/30 19:37:53 [INFO] generating key: rsa-2048
2019/05/30 19:37:53 [INFO] encoded CSR
2019/05/30 19:37:53 [INFO] signed certificate with serial number 605959301321047408407639792005193883834034252126
2019/05/30 19:37:53 [WARNING] This certificate lacks a "hosts" field. This makes it unsuitable for
websites. For more information see the Baseline Requirements for the Issuance and Management
of Publicly-Trusted Certificates, v.1.1.6, from the CA/Browser Forum (https://cabforum.org);
specifically, section 10.2.3 ("Information Requirements").

说明：在部署集群的时候会用到各种证书，有的文档会告诉你有server类型，peer类型，client类型......这对我来说反倒让我一脸懵逼，实际上CA机构才不管你什么类型的证书呢，我只管生成，至于你是用作服务端还是客户端还是什么的，那是你自己去配置，只不过一般情况下我们会根据使用场景生成的证书，会命名成服务端证书和客户端证书之类的。

接下来我们来看看这些证书在tls握手中怎么被使用的。

注：CA是个机构，该机构才能签发证书，根证书可以看做是CA的身份证明，但是我们在接下来的叙述中为了方便，就说成是根证书签发数字证书。

2，tls的握手

关于tlls握手的原理强烈推荐这个博客：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1616211978225668389&wfr=spider&for=pc

简述之：

1，客-->服：客户端打招呼，我要访问https:服务器

2，服-->客：服务器把自己的数字证书(公钥)发给客户端

[如果使能了客户端认证]服务器端还会向客户端发请求，告知想要客户的证书

《《《此时客户端拿到了服务端的公钥，如果使能了"跳过证书认证"则就这么着了，否则还要用根证书对该证书进行校验》》》

　　证书校验的内容包括：

[证书链] 的可信性 trusted certificate path，方法如前文所述;
证书是否吊销 revocation，有两类方式离线 CRL 与在线 OCSP，不同的客户端行为会不同;
有效期 expiry date，证书是否在有效时间范围;
域名 domain，核查证书域名是否与当前的访问域名匹配，匹配规则后续分析;

3，客-->服[如果服务端有请求证书]：客户端同样把自己的数字证书（公钥）发给服务器端

《《《此时服务端拿到了客户端的公钥，然后用根证书对该证书进行校验》》》

小结：在这里面涉及到的证书及关系为：服务器端的数字证书(对)以及签发该证书的根证书；客户端的数字证书(对)以及签发该证书的根证书；

所以当一个app作为服务器的时候，它必须要准备好自己的证书(对）和客户端使用的根证书

当客户端访问的时候，客户端也必须要准备自己的证书(对) 和服务器端使用的根证书

好了，讲解到这里，我们去研究下kube-apiserver中是怎么配置这些的，就变得很容易了。

========================爬坑==================================

爬坑1：使用curl命令式访问https时，证书出错

问题描述：

$ curl -k -v "https://myurl.com/" --cert ./client.pem --key ./client-key.pem

* About to connect() to xx.xx.xx.xx port 2379 (#0)
*   Trying xx.xx.xx.xx... connected
* Connected to xx.xx.xx.xx (xx.xx.xx.xx) port 2379 (#0)
* Initializing NSS with certpath: sql:/etc/pki/nssdb
* warning: ignoring value of ssl.verifyhost
* Unable to load client key -8178 (SEC_ERROR_BAD_KEY)
* NSS error -8178 (SEC_ERROR_BAD_KEY)
* Peer's public key is invalid
* Closing connection #0
curl: (58) Unable to load client key -8178.

问题原因：

首先，证书是经过的openssl ec格式加密的(或者PKCS#8?不确定，没遇到过)，即以

　　-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY或BEGIN PRIVATE KEY或BEGIN EC PRIVATE KEY-----为头部

然后，在CentOS 6.8的系统里面的curl支持的https是nss版本的，而不是openssl。

　　　nss加密往往是给java程序使用的，一般的java程序都会加载库文件

所以，对于这样的证书，curl + openssl will works, but curl + nss + libnsspem.so wouldn't.

　　　但是对于rsa加密的证书，即-----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- 为头的证书

则both curl + openssl and curl + nss + libnsspem.so will work.

最终，想要成功访问有两种方案，

　　　方案一：修改私钥格式为rsa，参见https://stackoverflow.com/questions/20969241/curl-58-unable-to-load-client-key-8178(未成功）

　　　方案二：修改curl，让其变成curl + openssl(成功)

解决：重新安装curl，让其支持

参考链接：https://www.cnblogs.com/cyleon/p/10038229.html

核心步骤：

# wget https://curl.haxx.se/download/curl-7.35.0.tar.gz
# tar xf curl-7.35.0.tar.gz 
# cd curl-7.35.0
# ./configure --without-nss --with-ssl && make &&make install
# echo "/usr/local/lib" >>/etc/ld.so.conf
# ldconfig
# curl -V