OpenSSL 简介使用

1、OpenSSL总体结构

    * OpenSSL真正的精华所在是那些目录，也就是源程序了。并非所有这些子目录都是很重要的，如：
          o MacOS、ms、os2以及VMS这几个目录，包含了在不同的平台编译时候的环境变量配置文件，在安装编译完成之后，这几个目录就没有作用了。
          o Bugs、certs、perl、shlib、times、tools以及utils目录都是一些辅助的目录，里面包含的文件对于使用OpenSSL进行工作并没有很多的帮助，所以可以不作深究。
                + 这些目录中的文件在编译的时候起的作用可能是不可或缺的。

2、OpenSSL部分目录的功能说明

存放了OpenSSL自身功能测试程序的源码文件                 

Test 存放了使用OpenSSL的库时需要的头文件。

Include 存放了一些基于OpenSSL的应用程序例子，这些例子一般都很简单，演示怎么使用OpenSSL其中的一个功能。

Demos 存放了OpenSSL中所有的使用说明文档，包含三个部分：应用程序说明文档、加密算法库API说明文档以及SSL协议API说明文档。

Doc 存放OpenSSL中所有应用程序源码文件，如CA、X509等应用程序的源文件就存放在这里。也是研究OpenSSL的API很好的例子

pps 存放OpenSSL中SSL协议各个版本和TLS 1.0协议源码文件，包含了OpenSSL协议库的所有内容。

SSL 存放OpenSSL所有加密算法源码文件和相关标注如X.509源码文件，是OpenSSL中最重要的目录，包含了OpenSSL密码算法库的所有内容。

Crypto 目录名

功能描述

    * 若在Windows平台下将OpenSSL编译成功后，会增加三个新的目录：inc32、out32dll、tmp32dll。
          o Inc32目录根Include目录相似，存放的是Windows平台下使用OpenSSL进行编程需要包含的头文件。
          o Out32dll则存放了OpenSSL编译成功后的可执行应用程序、链接库LIB文件和动态DLL文件。
          o Tmp32dll则是在编译过程中存放OBJ等临时文件的目录

3、OpenSSL算法目录 Crypto

    * OpenSSL的密码算法库包含了OpenSSL中所有密码算法、密钥管理和证书管理相关标准的实现，在Windows下编程后的库文件名为 libeay32.lib，在Linux下编译后生产的库文件名为libcrypto.a。Crypto目录下包含了众多的子目录，这些目录大多数以相关 的算法或标准名称的简写命名
          o 对OpenSSL提供的密码算法大概总结一下：
                + 对称加密算法8种
                + 非对称加密算法4种
                + 信息摘要算法5种

4、OpenSSL文档目录Doc

    * 由于非商业软件开发的共同缺点，OpenSSL提供的文档并不全面，甚至可以说是非常有限，而且不能及时跟着版本更新。但是对于初学者来说，这些文档能解决不少问题 。
    * OpenSSL的文档使用Perl文档格式保存，为.pod文件 。
          o 使用Perl工具pod2text或者pod2html命令将文档转换成txt文本格式或者html格式以方便阅读。
    * OpenSSL的文档主要分为三部分：
          o 应用程序说明文档、密码算法库API文档以及SSL

7.3 OpenSSL的使用


7.3.1 Openssl的功能

    * 利用enc命令来进行对称加密/解密
          o enc命令格式：

        openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a] [-k password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-p] [-P] [-bufsize number] [-debug]

                      # 说明：对称加密算法工具。它能够把数据用不同对称加密算法来加/解密。还能够把加密/解密结果进行base64编码
                + 参数含义
                      # -in filename ： 要加密/解密的输入文件，缺省为标准输入。
                      # -out filename ：要加密/解密的输出文件，缺省为标准输出。
                      # -pass arg   : 输入文件如果有密码保护，在这里输入密码。
                      # -e   : 一个缺省, 把输入数据加密。
                      # -d : 解密输入数据。
                      # -a   ：用base64编码处理数据。表示在加密之后的数据还要用base64编码处理一次，解密之前则先用base64编码解码。
                      # -k password : 一个过时了的项，为了和以前版本兼容。现在用-pass代替了。
                      # -kfile filename : 同上
                      # -K key : 以16进制表示的密码。 -iv IV : 作用完全同-k。
                      # -p : 打印出使用的密码。 -P: 作用同上，但打印完之后马上退出。
                      # -bufsize number   ：    设置I/O操作的缓冲区大小
                      # -debug   ：    打印调试信息。
                      # -ciphername: 使用对称加密的方法，种类较多。见P/178表7.3

1.利用enc命令来进行对称加密/解密

    * 加密算法中有块加密算法和流加密算法俩种
          o 块加密算法是一次加密固定长度的数据，一般是8Bytes
          o 流加密算法则加密大量数据
    * 对于DES加密，都分des-ecb, des-cbc, des-cfb形式。简单解释一下：
          o ecb就是说每读到8bytes,就加密8bytes送出去。各个不同的数据块之间没有任何联系。cbc和cfb则每次加密一个8bytes的时候都和上一个8bytes加密的结果有一个运算法则。各个数据块之间是有联系的。

例：使用Openssl加/解密文件

    * 准备：
          o 步骤一：拷贝openssl压缩包。
          o 步骤二：解压缩软件包，解压缩在C盘根目录下，自动生成openssl文件夹。
          o 步骤三：点击“开始”、“程序”、“附件”、“命令提示符”，打开“命令提示符”窗口。
          o 步骤四：在命令窗口中，键入cd c:\openssl\out32dll，输入后按回车键，进入到openssl\out32dll的目录下。
    * 实验例1：将某源文件转换成base64编码文件。
          o 利用记事本生成名为example.txt存放在C盘out32dll 目录下。
          o 执行命令：openssl enc –base64 –in example.txt –out file.b64（加密）
    * 实验例2：将某base64编码文件转换成源文件
          o 执行命令：openssl enc –base64 –d –in file.b64 –out exp.txt    (解密）
                + 此两个加解密无密码保护

例3：使用DES-CBC方式加密

    * 使用DES-CBC方式解密



    * 例4：加密某文件，并将加密结果进行Base64编码，用bf+cbc算法加密
    * 例5：先用base64解码某文件，再解密

2、利用gendsa和genrsa产生不对称密钥对

    * gendsa命令：由DSA参数来产生DSA的一对不对称密钥。dsa参数可以用dsaparam来产生 。命令格式：

      openssl gendsa [-out filename] [-des] [-des3] [-idea] [-rand file(s)] [paramfile]

      参数含义：

                + -des|-des3|-idea ：采用不同对称加密算法来加密不对称密钥。一般会要你输入保护密码。如果这三个中一个也没, 不对称密钥将不被加密。
                + -rand file(s) ： 产生不对称key的时候用过seed的文件，可以把多个文件用冒号分开一起做seed。
                + paramfile ：    指定使用的DSA参数文件。

例1：产生一个1024位长的DSA私钥

      Openssl dsaparam –rand –genkey pit mydsa.key 1024   //生成参数文件

      Openssl gendsa –des3 out mydsaCA.key mydsa.key    //产生密钥

                + dsaparam产生DSA参数文件时，产生的参数文件格式可以是PEM或DER。默认格式为PEM，即Base64编码格式，这是大多数.key和.crty文件采用的格式。

2、利用gendsa和genrsa产生不对称密钥对

    * genrsa命令:生成RSA私有密钥的工具
          o 格式：openssl genrsa [-out filename] [-passout arg] [-des] [-des3] [-idea] [-f4] [-3] [-rand file(s)] [numbits]
                + -out filename ： 私有密钥输入文件名，缺省为标准输出。
                + -des|-des3|-idea ： 采用什么加密算法来加密密钥。一般会要你输入保护密码。 如果这三个中一个也没设, 密钥将不被加密而输入。
                + -F4|-3 ：使用的公共组件，一种是3, 一种是F4。
                + -rand file(s) ： 产生key的时候用过seed的文件，可以把多个文件用冒号分开一起做seed.
                + numbits   ：指明产生的参数的长度。必须是本指令的最后一个参数。如果没有指明，则产生512bit长的参数。
          o RSA的私有密钥其实就是三个数字，其中俩个是质数。这俩个就叫prime numbers.产生RSA私有密钥的关键就是产生这俩。还有一些其他的参数，引导着整个私有密钥产生的过程。因为产生私有密钥过程需要很多随机数，这个 过程的时间是不固定的。  
                产生prime numbers的算法有个bug, 它不能产生短的primes. key的bits起码要有64位。一般都用1024bit的key.

2、利用gendsa和genrsa产生不对称密钥对

例：7.7产生一个1024位长的RSA私钥

      Openssl genrsa –des3 put myrsaCA.key 1024

使用三重DES加密算法

密钥长度为1024位

3、利用RSA或DSA来管理私有密钥文件

    * 利用RSA或DSA命令管理相对应的私有密钥文件中的内容。
          o 如将私有密钥文件中的内容以文本格式详细显示在屏幕上
                + Openssl rsa –in myrsaCA.key –text –noout
                      # 无noout参数，则以base64格式显示私钥内容
                      # 若只显示公钥内容，则输入：
                            * Openssl rsa –in myrsaca.key –pubout –out rsapub.pem

                      文件名随意取

                      # 若将公钥内容显示在屏幕上则：
                            * Openssl rsa –in myrsaca.key –pubout –text
          o 取消RSA私钥保护密码（不建议这样做）
                + Openssl rsa –in myrsacakey –out rasout.key
                      # 新私钥密码文件无保护密码
          o 用DES算法加密私有密码文件
                + Openssl rsa –in myrsaca.key –des –out myout.key
          o 将一个私有密钥文件由PEM格式转化为DER格式
                + Openssl rsa –in myrsaca.key outform DER –out ca.der

4.利用rsautl进行数据加/解密、签名和身份验证

    * 使用rsautl只能对少量数据（<150字节）文件进行加密或签名。命令格式：
          o Openssl rsautl [-in file][-out file][-inkey file] [-pubin][-certin] [-sign][-verify] [-encrypt] [-decrypt] [-pkcs][-ssl] [-raw][-hexdump] [-asnlparse]
          o 参数说明
                + -in file:指定输入文件名，默认为标准输入
                + -out file：指定输出文件名，默认为标准输出
                + -inkey file：指定私有密钥文件，须是RSA私钥文件，不能是DSA的。
                + -pubin：输入文件是一个含有RSA公钥的文件
                + -certin：输入文件是一个含有RSA公钥的证书文件
                + -sign：用私钥对输入的数据文件签名，需要私有密钥文件
                + -verify：用公钥对输入的数据文件进行验证
                + -encrypt：用公钥对输入的数据文件进行加密
                + -decrypt：用私钥对输入的数据文件进行解密
                + -pkcs,-oaep,-ssl,-raw:算法中采用模式，分别代表PKCS#1.5, 1,OAEP, SSLv2 和不填充(raw)，若是签名，只能使用-PKCS和-raw
                + -hexdump：用十六进制输出数据
                + -asnlparse：对输出的数据进行ASN1分析。

例：对数据文件进行加密、解密

    * 先用记事本生成一数据文件，内容为：这是利用RSA进行加/解密、签名和验证。文件名为：RSA.TXT，存于C盘out32dll文件夹中
    * 生成一RSA密钥文件,设保护密码为123456
          o Openssl genrsa –des3 –out my.key 1024
    * 导出公钥（备后用）
          o openssl rsa -in my.key -pubout -out mykey.pem
    * 对rsa.txt文件进行加密（利用公钥，参数 -encrypt ）
          o Openssl rsautl –encrypt –in rsa.txt –inkey my.key –out rsa1.txt     //rsa1.txt是乱码
    * 用私钥对rsa1.txt进行解密（ -decrypt）
          o Openssl rsautl –decrypt –in rsa1.txt –inkey my.key –out rsa2.txt    //rsa2.txt应与rsa.txt内容一致

例：对数据文件进行签名、验证

    * 利用私钥对rsa.txt加密（签名作用 -sign）
          o Openssl rsautl –sign –in rsa.txt –inkey my.key -out rsa
    * 利用公钥对rsa文件进行验证（使用公钥 -verify）
          o Openssl rsautl –verify –in rsa –inkey my.key –out rsa3.txt

      或openssl rsautl –verify –in rsa –inkey mykey.pem –raw –hexdump

                + 用来检查原始的签过名的数据,一般不用


7.3.2利用openssl生成证书

    * 与证书生成有关的几个命令
          o Req命令：本指令用来创建和处理PKCS#10格式的证书.它还能够建立自签名证书,做Root CA.
                + openssl req [-inform PEM|DER] [-outform PEM|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg] [-text] [-noout][-verify] [-modulus] [-new] [-rand file(s)] [-newkey rsa:bits] [-newkey dsa:file] [-nodes] [-key filename] [-keyform PEM|DER][-keyout filename] [-[md5|sha1|md2|mdc2]] [-config filename] [-x509] [-days n] [-asn1-kludge] [-newhdr] [-extensions section] [-reqexts section]
                      # 参数说明见备注

1、与证书生成有关的几个命令

          o X509命令：用来显示证书的内容、转换证书格式，给CSR请求签名等。
                + openssl X509 [-inform PEM|DER|NET] [-outform PEM|DER|NET] [-keyform DER|PEM][-CAform DER|PEM] [-CAkeyform DER|PEM] [-in filename] [-out filename] [-serial] [-hash][-subject] [-issuer] [-nameopt option] [-email] [-startdate] [-enddate] [-purpose] [-dates] [-modulus] [-fingerprint] [-alias] [-noout] [-trustout] [-clrtrust] [-clrreject] [-addtrust arg] [-addreject arg] [-setalias arg] [-days arg] [-signkey filename] [-x509toreq] [-req] [-CA filename] [-Cakey filename] [-Cacreateserial] [-Caserial filename] [-text] [-C] [-md2|-md5|shal|mdc2] [-clrext] [-extfile filename] [-extensions section]

1、与证书生成有关的几个命令

    * CA命令：模拟CA中心行为，模拟CA给各种格式的CSA请求签名，产生和维护CRL列表，显示证书的状态等。其命令格式如下。
                + openssl CA [-verbose] [-config filename] [-name section] [-gencrl] [-revoke file] [-crldays days] [-crlhours hours] [-crlexts section] [-startdate date] [--endate date] [-days arg] [-md arg] [-policy arg] [-keyfile arg] [-key arg] [-passin arg] [-cert file] [-in file] [-out file] [-notext] [-outdir dir] [-infiles] [-spkac file] [-ss_cert file] [-preserveDN] [-batch] [-msie_hack] [-extensions section]

2、证书生成的步骤描述

    * 在openssl目录下创建一子目录，用于放置四个文件：openssl.cnf,index.txt, index.txt.attr,serial
          o openssl.cnf内容见书P/183-184
    * 从openssl \apps\demoCA目录中其余三个文件到创建子目录
          o 本课程提供软件中已包含，在openssl\out32dll文件夹中
    * 为CA创建一个RSA私钥

      set path=c:\openssl\out32dll;%path%

      openssl genrsa –des3 –out ca.key 1024      //保护码设：123456

                + 说明：此时DOS界面已工作在c:\openssl\创建子目录名
          o 若根证书名不是ca.key及cacert.crt，则对openssl.cnf文件中相应的语句作修改
                + P/183页：default_keyfile=ca.key
                + P/184页：certificate =$dir/cacert.crt

                             private_key=$dir/ca.key

2、证书生成的步骤描述

    * 利用CA的RSA私钥创建一个自签名的CA根证书

      openssl req –new –x509 –days 3650 –key ca.key –out cacert.crt –config openssl.cnf

                + 输入对根证书的保护码
                + 国家、省份、城市、公司、部门等可选缺省值

      cacert.crt是根证书名

    * 为客户颁发证书
          o 先用genrsa命令生成私钥，再用req命令生成证书签署请求CRS，最后用X509生成证书

      openssl genrsa –des3 –out user.key 1024          //设保护码为147852

                      # 执行命令时需输入密码，此是对user.key保护码

      openssl req –new –key user.key –out user.crs –config openssl.cnf

                      # 提示输入密码，是user.key的保护码；再有一些个人信息输入（如同根证书）

      openssl x509 –req –in user.csr –out user.crt –CA cacert.crt –CAkey ca.key –days 600

                      # 注意大小写，同时输入的保护码是根证书的。user.crt是用户证书名

2、证书生成的步骤描述

          o 将user.crt转换为个人私钥证书

      openssl pkcs12 –export –clcerts –in user.crt –inkey user.key –out user.p12

                      # 命令执行过程中需输入三次密码
                            * 第一次是user.key的保护码   147852
                            * 第二、三次是根证书保护码   123456
                + 磁盘上将得到一个含有私钥的证书user.p12
    * 使用CA命令来模拟CA中心，进行证书签发和产生CRL列表
          o 证书签发：

      openssl ca –config openssl.cnf –in user.csr –out newuser.crt

                      # 执行时输入根证书保护码：123456，相应回答y/N时选Y，同一目录下生成几个文件。
          o 产生CRL列表
                + openssl ca –config openssl.cnf –gencrl –out crl.pem
                      # 输入根证书保护码：123456

7.3.3 证书内容的查看

    * 查看用户证书内容
          o openssl x509 –in user.crt –noout –text
    * 复制user.crt证书中公钥，存放于其他.key文件中
          o openssl x509 –in user.crt –pubkey –noout>user.key
    * 对签名证书user.crt进行详细分析
          o openssl asn1parse –in user.crt
    * 获得签名内容
          o openssl asn1parse –in user.crt –out usig -noout

有关证书过程

    * 使用openssl来生成CA证书、申请证书、颁发证书以及撤销证书的过程

1. 首先建立CA密钥：

                + openssl genrsa -des3 -out ca.key 1024 (创建密钥)
                + openssl rsa -noout -text -in ca.key (查看创建的证书)

2. 利用CA密钥自签署CA证书：

                + openssl req -new -x509 -days 3650 -key ca.key -out cacert.crt
                  -config openssl.cnf
                + openssl x509 -noout -text -in cacert.crt (查看创建的证书)

3. 创建服务器证书签署申请：

                + openssl genrsa -des3 -out client.key 1024
                + openssl rsa -noout -text -in client.key (查看创建的证书)

4. 利用证书签署申请生成请求

                + Openssl req –new –key client.key –out client.csr -config openssl.cnf
                + openssl req -noout -text -in client.csr (查看创建的请求)

有关证书过程

    * 使用openssl来生成CA证书、申请证书、颁发证书以及撤销证书的过程

      5. 进行证书签署：

                + openssl ca -keyfile ca.key -cert cacert.crt -in client.csr -out client.pem -config openssl.cnf (输入根证书保护码）

      6. 证书撤销：

                + openssl ca -keyfile ca.key -cert cacert.crt -revoke client.pem -config openssl.cnf
                      # 这时数据库被更新证书被标记上撤销的标志，需要生成新的证书撤销列表
                + 证书撤销列表文件要在WEB站点上可以使用，必须将crldays或crlhours和crlexts加到证书中：
                      # openssl ca -gencrl -config openssl.cnf -crldays 7 -crlexts crl_ext -out crl/sopac-ca.crl

7.3.4 证书的使用

    * 证书的使用
          o 文件传输
          o Web浏览
          o 电子邮件发送
                + 例outlook express使用证书签名、解密邮件
                + 步骤
                      # 配置outlook express收发邮件

第一步：设置邮件账号

第二步：导入证书

    * 双击存在磁盘上.p12文件，导入证书。
    * 在outlook express窗口“工具”/选项/安全/数字标识à导入个人证书，根据步骤执行

第三步：将证书赋给帐号

    * Outlook express窗口中à工具/帐号à选中一账号/属性à服务器（选中“我的服务器要求身份验证”）à安全（分别在签署证书、加密首选项/选择


思考题

    * 在openssl中实现对称加密/解密的命令是什么？
          o 对于DES加密，有哪几种形式
    * 利用哪些常用命令可产生不对称密钥对？
          o 用来管理私有密钥文件的命令是什么？
    * 进行数据加/解密、签名和验证用的命令是？
    * 生成证书常用的有关命令是？
    * 证书生成步骤有什么？
    * 根据实验要求验证各命令的使用，并提交实验结果。



Reg命令参数说明：

    * -inform DER|PEM ：指定输入的格式是DEM还是DER. DER格式采用ASN1的DER标准格式。一般用的多的都是PEM格式，就是base64编码格式.你去看看你做出来的那些.key, .crt文件一般都是PEM格式的，第一行和最后一行指明内容，中间就是经过编码的东西。
    * -outform DER|PEM ： 和上一个差不多，不同的是指定输出格式
    * -in filename ：    要处理的CSR的文件名称,只有-new和-newkey俩个option没有被set,本option才有效
    * -passin arg ：    查看有关CA中关于这个option的解释。
    * -out filename ：    要输出的文件名
    * -passout arg ：    参看dsa指令里的passout这个option的解释.
    * -text ：   将CSR文件里的内容以可读方式打印出来
    * -noout   ：    不要打印CSR文件的编码版本信息.
    * -modulus ：    将CSR里面的包含的公共米要的系数打印出来
    * -verify ： 检验请求文件里的签名信息
    * -new ：    本参数产生一个新的CSR, 它会要用户输入创建CSR的一些必须的信息.至于需要哪些信息,是在config文件里面定义好了的.如果-key没有被set, 那么就将根据config文件里的信息先产生一对新的RSA密钥
    * -rand file(s) ： 产生key的时候用过seed的文件，可以把多个文件用冒号分开一起做seed.
    * -newkey arg ：同时生成新的私有密钥文件和CSR文件. 本option是带参数的.如果是产生RSA的私有密钥文件,参数是一个数字, 指明私有密钥bit的长度. 如果是产生DSA的私有密钥文件,参数是DSA密钥参数文件的文件名
    * -key filename   ： 参数filename指明私有密钥文件名.允许该文件的格式是PKCS#8
    * -keyform DER|PEM ：指定输入的私有密钥文件的格式是DEM还是DER. DER格式采用ASN1的DER标准格式。一般用的多的都是PEM格式，就是base64编码格式..key, .crt文件一般都是PEM格式的，第一行和最后一行指明内容，中间就是经过编码的东西。
    * -outform DER|PEM   ：    和上一个差不多，不同的是指定输出格式
    * -keyform PEM|DER ：    私有密钥文件的格式, 缺省是PEM
    * -keyout filename ：    指明创建的新的私有密钥文件的文件名. 如果该option没有被set, 将使用config文件里面指定的文件名.
    * -nodes   ：    本option被set的话,生成的私有密钥文件将不会被加密
    * -[md5|sha1|md2|mdc2] ： 指明签发的证书使用什么哈希算法.如果没有被set, 将使用config文件里的相应item的设置. 但DSA的CSR将忽略这个option, 而采用SHA1哈希算法.
    * -config filename   ： 使用的config文件的名称. 本option如果没有set, 将使用缺省的config文件
    * -x509 ： 本option将产生自签名的证书. 一般用来错测试用,或者自己玩下做个Root CA.证书的扩展项在 config文件里面指定
    * -days n   ：   如果-509被set, 那么这个option的参数指定自己的CA给人家签证书的有效期.缺省是30天
    * -extensions section -reqexts section   ：    这俩个option指定config文件里面的与证书扩展和证书请求扩展有关的俩个section的名字(如果-x509这个option被set).这 样你可以在config文件里弄几个不同的与证书扩展有关的section, 然后为了不同的目的给CSR签名的时候指明不同的section来控制签名的行为.