關于SSL證書鍊的一些認識

一、數字證書的基礎知識

數字證書是用來認證公鑰持有者身份合法性的電子文檔，以防止第三方冒充行為。數字證書由 CA（Certifacate Authority） 負責簽發，關鍵内容包括 頒發s者、證書有效期、使用者組織、使用者公鑰 等資訊。數字證書涉及到一個名為 PKI（Public Key Infrastructure） 的規範體系，包含了數字證書格式定義、密鑰生命周期管理、數字簽名及驗證等多項技術說明，不在這篇筆記中詳細展開。

我們借助下面的流程，看看 CA 是如何簽發一張證書，使用者又是如何驗證這樣證書的。這又涉及到了數字簽名技術，數字簽名技術又是基于公鑰密碼技術。

現實世界中，簽名是針對承諾的一種表現形式，手手段可以通過手寫簽字或蓋扣印章；而在數字世界中，簽名仍然是為了表示承諾，隻是手段變成了二進制。

好，我們來看看 CA 數字簽名包括兩個過程：簽發證書（Signing） 和 驗證證書（Verification）

數字簽名與驗證

簽發證書的過程

1. 撰寫證書中繼資料：包括 簽發人(Issuer)、位址、簽發時間、有效期 等，還包括證書持有者(Owner)基本資訊，比如 DN(DNS Name，即證書生效的域名)、 Owner 公鑰 等資訊
2. 使用通用的 Hash 算法（如SHA-256）對證書中繼資料計算生成 數字摘要
3. 使用 Issuer 的私鑰對該數字摘要進行加密，生成一個加密的數字摘要，也就是Issuer的 數字簽名
4. 将數字簽名附加到數字證書上，變成一個 簽過名的數字證書
5. 将簽過名的數字證書與 Issuer 的公鑰，一同發給證書使用者（注意，将公鑰主動發給使用者是一個形象的說法，隻是為了表達使用者最終擷取到了 Issuer 的公鑰）

驗證證書的過程

1. 證書使用者獲通過某種途徑（如浏覽器通路）擷取到該數字證書，解壓後分别獲得 證書中繼資料 和 數字簽名
2. 使用同樣的Hash算法計算證書中繼資料的 數字摘要
3. 使用 Issuer 的公鑰 對數字簽名進行解密，得到 解密後的數字摘要
4. 對比 2 和 3 兩個步驟得到的數字摘要值，如果相同，則說明這個數字證書确實是被 Issuer 驗證過合法證書，證書中的資訊（最主要的是 Owner 的公鑰）是可信的

上述是對數字證書的簽名和驗證過程，對普通資料的數字簽名和驗證也是利用了同樣的方法。

我們再來總結一下“簽發證書”與“驗證證書”兩個過程，Issuer（CA）使用 Issuer 的私鑰 對簽發的證書進行數字簽名，證書使用者使用 Issuser 的公鑰 對證書進行校驗，如果校驗通過，說明該證書可信。

由此看出，校驗的關鍵是 Issuer 的公鑰，使用者擷取不到 Issuer 的私鑰，隻能擷取到 Issuer 的公鑰，如果 Issuer 是一個壞家夥，誰來證明 Issuer 的身份 是可信的？

這就涉及到一個信任鍊條了，也是這篇筆記本身要講述的事情，證書鍊。

二、什麼是證書鍊？

有兩種類型的證書機構（CA） ：根CA和中間CA。為了使SSL證書受信任，該證書必須由正在連接配接的裝置的受信任存儲區中包括的CA頒發。

如果證書不是由受信任的CA頒發的，則連接配接裝置（例如Web浏覽器）将檢查以檢視頒發CA的證書是否由受信任的CA頒發。它會繼續檢查，直到找到受信任的CA（此時将建立受信任的安全連接配接），或者找不到受信任的CA（此時裝置通常将顯示錯誤）。

從根證書到最終使用者證書的SSL證書清單代表SSL證書鍊。

下面以百度為例，在浏覽器上通路 “www.baidu.com” 域名，位址連左側有一個小鎖的标志，點選就能檢視百度的數字證書，如下圖所示（使用的是Edge浏覽器）

百度數字證書

在圖檔的頂部，我們看到這樣一個層次關系：

GlobalSign Root CA -> GlobalSign Organization Validation CA -> baidu.com

這個層次可以抽象為三個級别：

1. end-user：即 baidu.com，該證書包含百度的公鑰，通路者就是使用該公鑰将資料加密後再傳輸給百度，即在 HTTPS 中使用的證書
2. intermediates：即上文提到的 簽發人 Issuer，用來認證公鑰持有者身份的證書，負責确認 HTTPS 使用的 end-user 證書确實是來源于百度。這類 intermediates 證書可以有很多級，也就是說 簽發人 Issuer 可能會有有很多級
3. root：可以了解為 最進階别的簽發人 Issuer，負責認證 intermediates 身份的合法性

這其實代表了一個信任鍊條，最終的目的就是為了保證 end-user 證書是可信的，該證書的公鑰也就是可信的。

證書鍊

結合實際的使用場景對證書鍊進行一個歸納：

1. 為了擷取 end-user 的公鑰，需要擷取 end-user 的證書，因為公鑰就儲存在該證書中
2. 為了證明擷取到的 end-user 證書是可信的，就要看該證書是否被 intermediate 權威機構認證，等價于是否有權威機構的數字簽名
3. 有了權威機構的數字簽名，而權威機構就是可信的嗎？需要繼續往上驗證，即檢視是否存在上一級權威認證機構的數字簽名
4. 信任鍊條的最終是Root CA，他采用自簽名，對他的簽名隻能無條件的信任

證書鍊逐級認證

說到無條件信任，也不用奇怪，尤瓦爾赫拉裡在《人類簡史》中已經闡述過，基于虛構故事所建立的信任，最終将人類待到了今天。

還有一個小問題，Root 根證書從何而來呢？除了自行下載下傳安裝之外，浏覽器、作業系統等都會内置一些 Root 根證書，稱之為 Rrusted Root Certificates。比如 Apple MacOS 官網就記錄了作業系統中内置的可信任根證書清單。

macOS High Sierra 中可用的受信任根證書清單

參考：What is the SSL Certificate Chain?