公鑰證書編碼解讀

一、檔案編碼

PEM (Privacy Enhancement Message)，定義見

RFC1421

是一種基于 base64 的編碼格式，常見于 linux/unix 下的證書編碼

結構組成 == {header} body {tail}

示例

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDMYfnvWtC8Id5bPKae5yXSxQTt
+Zpul6AnnZWfI2TtIarvjHBFUtXRo96y7hoL4VWOPKGCsRqMFDkrbeUjRrx8iL91
4/srnyf6sh9c8Zk04xEOpK1ypvBz+Ks4uZObtjnnitf0NBGdjMKxveTq+VE7BWUI
yQjtQ8mbDOsiLLvh7wIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----           

DER (Distinguished Encoding Rules) , 定義見

維基百科-ASN.1.DER

是來自ASN.1 體系的一種二進制編碼格式，常用于 windows/mac 的證書編碼

編碼方式 == DER uses a pattern of type-length-value triplets

二、公鑰标準

PKCS (Public Key Cryptography Standards)，定義見

維基百科-PKCS

是一套公鑰密碼學标準，其定義範圍涵蓋了證書簽名、加密算法、填充模式及校驗流程等。

常見PKCS标準

版本	裡程碑
PKCS#1	RFC8017，定義了公鑰私鑰的編碼格式(ASN.1編碼)，包括基礎算法及編碼/填充模式、簽名校驗，openssl的預設标準格式
PKCS#3	DiffieHellman Key Agreement，定義了DH 密鑰交換标準
PKCS#5	RFC8018，基于密碼的加密标準，定義了PBKDF2算法
PKCS#7	RFC2315，定義密鑰資訊文法标準，PKI體系下的資訊簽名及加密标準，是S/MIME的一部分
PKCS#8	RFC5958，定義私鑰資訊文法标準，用于描述證書密鑰對的通用格式(不限RSA)
PKCS#11	定義了密鑰 Token接口，常用于單點登入/公鑰算法/磁盤加密系統.(硬體加密)
PKCS#12	RFC7292，個人資訊交換文法标準，定義了私鑰和公鑰證書的存儲方式(支援密碼)，常用PFX簡稱，Java Key Store的編碼格式

三、RSA 密鑰

RSA 公鑰編碼

PublicKey-PKCS#1-PEM

-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PUBLIC KEY-----           

PublicKey-PKCS#1-DER

RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
    modulus           INTEGER,  -- n
    publicExponent    INTEGER   -- e
}           

PublicKey-PKCS#8-PEM

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PUBLIC KEY-----           

PublicKey-PKCS#8-DER

PublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
  algorithm       AlgorithmIdentifier,
  PublicKey       BIT STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
  algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
  parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}           

對于RSA公鑰來說，OID就是(1.2.840.113549.1.1.1)

RSA 私鑰編碼

PrivateKey-PKCS#1-PEM

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PRIVATE KEY-----           

PrivateKey-PKCS#1-DER

RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
  version           Version,
  modulus           INTEGER,  -- n
  publicExponent    INTEGER,  -- e
  privateExponent   INTEGER,  -- d
  prime1            INTEGER,  -- p
  prime2            INTEGER,  -- q
  exponent1         INTEGER,  -- d mod (p-1)
  exponent2         INTEGER,  -- d mod (q-1)
  coefficient       INTEGER,  -- (inverse of q) mod p
  otherPrimeInfos   OtherPrimeInfos OPTIONAL
}           

PrivateKey-PKCS#8-PEM

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PRIVATE KEY-----           

PrivateKey-PKCS#8-DER

PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
  version         Version,
  algorithm       AlgorithmIdentifier,
  PrivateKey      OCTET STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
  algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
  parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}           

私鑰檔案可采用加密方式存儲，加密後的格式：

EncryptedPrivateKey-PKCS#8-PEM

-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END ENCRYPTED PRIVATE KEY-----           

Encrypted-PrivateKey-PKCS#8-DER

EncryptedPrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
  encryptionAlgorithm  EncryptionAlgorithmIdentifier,
  encryptedData        EncryptedData
}

EncryptionAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier

EncryptedData ::= OCTET STRING           

四、證書

X.509 證書，

維基百科-X.509

，是目前流行的公鑰證書标準。

一個 X.509 證書包含了一個公鑰和對應的實體名(hostname/organization/individual)；證書通常由證書認證機構簽名或自簽名；當證書持有者被另外一方信任時(通過公鑰簽名驗證)，兩者便可以基于公鑰算法建立安全傳輸通道。

證書結構

Certificate
Version Number
Serial Number
Signature Algorithm ID
Issuer Name
Validity period
Not Before
Not After
Subject name
Subject Public Key Info
Public Key Algorithm
Subject Public Key
Issuer Unique Identifier (optional)
Subject Unique Identifier (optional)
Extensions (optional)
...
Certificate Signature Algorithm
Certificate Signature           

主要字段

字段	描述
版本号	指出該證書使用了哪種版本的X.509标準（版本1、版本2或是版本3），版本号會影響證書中的一些特定資訊
序列号	辨別證書的唯一整數，由證書頒發者配置設定的本證書的唯一辨別符
簽名算法辨別符	用于簽證書的算法辨別，由對象辨別符加上相關的參數組成，用于說明本證書所用的數字簽名算法。例如，SHA-1-RSA
頒發者名稱	證書頒發者的可識别名（DN），是簽發該證書的實體唯一的CA的X.500名字
有效期限	證書起始日期和時間以及終止日期和時間
主體名	證書持有人的唯一辨別符(或稱DN-distinguished name)
公鑰資訊	包括證書持有人的公鑰、算法
頒發者唯一辨別符	辨別符—證書頒發者的唯一辨別符，僅在版本2和版本3中有要求，屬于可選項
主體唯一辨別符
頒發者的數字簽名	這是使用頒發者私鑰生成的簽名，以確定這個證書在發放之後沒有被撰改過
擴充資訊	..

擴充字段

發行者密鑰辨別符	證書所含密鑰的唯一辨別符，用來區分同一證書擁有者的多對密鑰
密鑰使用	一個比特串，指明（限定）證書的公鑰可以完成的功能或服務，如：證書簽名、資料加密等。如果某一證書将 KeyUsage 擴充标記為“極重要”，而且設定為“keyCertSign”，則在 SSL 通信期間該證書出現時将被拒絕，因為該證書擴充表示相關私鑰應隻用于簽寫證書，而不應該用于 SSL
CRL分布點	指明CRL的分布地點
私鑰的使用期	指明證書中與公鑰相聯系的私鑰的使用期限，它也有Not Before和Not After組成。若此項不存在時，公私鑰的使用期是一樣的
證書政策	由對象辨別符和限定符組成，這些對象辨別符說明證書的頒發和使用政策有關
政策映射	表明兩個CA域之間的一個或多個政策對象辨別符的等價關系，僅在CA憑證裡存在
主體别名	指出證書擁有者的别名，如電子郵件位址、IP位址等，别名是和DN綁定在一起的
頒發者别名	指出證書頒發者的别名，如電子郵件位址、IP位址等，但頒發者的DN必須出現在證書的頒發者字段
主體目錄屬性	指出證書擁有者的一系列屬性。可以使用這一項來傳遞通路控制資訊

樣例-維基百科證書

Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number:
            10:e6:fc:62:b7:41:8a:d5:00:5e:45:b6
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=BE, O=GlobalSign nv-sa, CN=GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2
        Validity
            Not Before: Nov 21 08:00:00 2016 GMT
            Not After : Nov 22 07:59:59 2017 GMT
        Subject: C=US, ST=California, L=San Francisco, O=Wikimedia Foundation, Inc., CN=*.wikipedia.org
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)
                pub: 
                    04:c9:22:69:31:8a:d6:6c:ea:da:c3:7f:2c:ac:a5:
                    af:c0:02:ea:81:cb:65:b9:fd:0c:6d:46:5b:c9:1e:
                    ed:b2:ac:2a:1b:4a:ec:80:7b:e7:1a:51:e0:df:f7:
                    c7:4a:20:7b:91:4b:20:07:21:ce:cf:68:65:8c:c6:
                    9d:3b:ef:d5:c1
                ASN1 OID: prime256v1
        X509v3 extensions:
            X509v3 Key Usage: critical
                Digital Signature, Key Agreement
            Authority Information Access: 
                CA Issuers - URI:http://secure.globalsign.com/cacert/gsorganizationvalsha2g2r1.crt
                OCSP - URI:http://ocsp2.globalsign.com/gsorganizationvalsha2g2

            X509v3 Certificate Policies: 
                Policy: 1.3.6.1.4.1.4146.1.20
                  CPS: https://www.globalsign.com/repository/
                Policy: 2.23.140.1.2.2

            X509v3 Basic Constraints: 
                CA:FALSE
            X509v3 CRL Distribution Points: 

                Full Name:
                  URI:http://crl.globalsign.com/gs/gsorganizationvalsha2g2.crl

            X509v3 Subject Alternative Name: 
                DNS:*.wikipedia.org, DNS:*.m.mediawiki.org, DNS:*.m.wikibooks.org, DNS:*.m.wikidata.org, DNS:*.m.wikimedia.org, DNS:*.m.wikimediafoundation.org, DNS:*.m.wikinews.org, DNS:*.m.wikipedia.org, DNS:*.m.wikiquote.org, DNS:*.m.wikisource.org, DNS:*.m.wikiversity.org, DNS:*.m.wikivoyage.org, DNS:*.m.wiktionary.org, DNS:*.mediawiki.org, DNS:*.planet.wikimedia.org, DNS:*.wikibooks.org, DNS:*.wikidata.org, DNS:*.wikimedia.org, DNS:*.wikimediafoundation.org, DNS:*.wikinews.org, DNS:*.wikiquote.org, DNS:*.wikisource.org, DNS:*.wikiversity.org, DNS:*.wikivoyage.org, DNS:*.wiktionary.org, DNS:*.wmfusercontent.org, DNS:*.zero.wikipedia.org, DNS:mediawiki.org, DNS:w.wiki, DNS:wikibooks.org, DNS:wikidata.org, DNS:wikimedia.org, DNS:wikimediafoundation.org, DNS:wikinews.org, DNS:wikiquote.org, DNS:wikisource.org, DNS:wikiversity.org, DNS:wikivoyage.org, DNS:wiktionary.org, DNS:wmfusercontent.org, DNS:wikipedia.org
            X509v3 Extended Key Usage: 
                TLS Web Server Authentication, TLS Web Client Authentication
            X509v3 Subject Key Identifier: 
                28:2A:26:2A:57:8B:3B:CE:B4:D6:AB:54:EF:D7:38:21:2C:49:5C:36
            X509v3 Authority Key Identifier: 
                keyid:96:DE:61:F1:BD:1C:16:29:53:1C:C0:CC:7D:3B:83:00:40:E6:1A:7C

    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         8b:c3:ed:d1:9d:39:6f:af:40:72:bd:1e:18:5e:30:54:23:35:
         66:5e:62:d5:01:e2:63:47:70:cb:6d:1b:17:b0:f5:4d:11:e4:
         ad:94:51:c5:5e:72:03:b0:d5:ab:18:eb:b5:3a:08:a8:73:95:
         f3:7f:41:1a:28:7b:45:7c:83:2e:d3:14:95:d8:d5:d1:5f:99:
         4b:0c:f4:c3:9b:0b:4f:e9:49:f4:2c:b5:ae:c3:1d:7d:2a:80:
         f6:70:29:4c:0c:e6:e0:cb:88:8a:8a:02:ee:a5:d1:73:c2:93:
         58:24:ff:43:1b:e3:fd:7b:aa:f0:15:0c:60:52:8f:21:7d:87:
         3a:14:fa:81:41:00:60:4f:96:9a:62:94:58:de:cb:15:5c:3c:
         f4:c1:4d:33:e3:ff:39:fe:28:fb:b0:41:3e:d2:8a:11:d1:06:
         01:28:74:7d:71:d4:2a:ef:1f:e3:25:4b:2d:f0:66:ef:26:fb:
         4c:f0:81:85:bb:1a:99:06:c9:37:87:de:8d:49:f7:00:91:a9:
         42:31:4a:b9:40:a0:7d:4f:4f:a6:ea:d4:58:07:3c:01:e0:1a:
         53:54:66:e1:a3:7e:30:cd:3b:f8:69:59:a3:48:92:48:e1:9e:
         63:ab:08:70:91:f2:48:d2:83:4b:98:06:fa:fd:bc:99:02:da:
         9c:98:b1:a3           

證書格式

• PKI ITU-T X509标準，傳統标準（.der .pem .cer .crt），僅包含公鑰
• PKCS#7 加密消息文法标準(.p7b .p7c .spc .p7r)，p7b/p7c/spc 包含了證書鍊，p7r是證書請求回複(非證書)
• PKCS#10 證書請求标準(.p10)，.p10是證書請求檔案，與.csr檔案類似
• PKCS#12 個人資訊交換标準（.pfx *.p12），包含公鑰和私鑰，需密碼保護

編碼形式

• X.509 DER(Distinguished Encoding Rules)編碼，字尾為：.der .cer .crt
• X.509 BASE64編碼(PEM格式)，字尾為：.pem .cer .crt

X.509CRT-PEM

-----BEGIN CERTIFICATE-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END CERTIFICATE-----           

關鍵特性

• 編碼形式：二進制還是ASCII
• 是否包含公鑰、私鑰
• 包含一個還是多個證書
• 是否支援密碼保護（針對目前證書）

參考文檔

mbed文檔-公鑰的der和pem編碼格式比較 Chen-PKI系統與數字證書結構

作者：

zale

出處：

http://www.cnblogs.com/littleatp/

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