Openssl 建立雙向認證的 SSL/TLS 通信

話不多說，直接利用 Openssl 在兩台 uBuntu 之間建立雙向認證的 SSL/TLS 通信。

筆者使用的 Openssl 版本為 OpenSSL 1.1.1 11 Sep 2018

生成證書

執行以下腳本，會自動生成 CA 證書及利用這個 CA 證書頒發給 Server 和 Client 的證書

# * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
#   notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
#   documentation and/or other materials provided with the distribution.
# * Neither the name of the axTLS project nor the names of its
#   contributors may be used to endorse or promote products derived
#   from this software without specific prior written permission.
#
# THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
# "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
# LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR 
# A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
# CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
# SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED
# TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
# DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY 
# OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
# NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
# THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
#

#
# Generate the certificates and keys for testing.
#


PROJECT_NAME="TLS Project"

# Generate the openssl configuration files.
cat > ca_cert.conf << EOF  
[ req ]
distinguished_name     = req_distinguished_name
prompt                 = no

[ req_distinguished_name ]
 O                      = $PROJECT_NAME Dodgy Certificate Authority
EOF

cat > server_cert.conf << EOF  
[ req ]
distinguished_name     = req_distinguished_name
prompt                 = no

[ req_distinguished_name ]
 O                      = $PROJECT_NAME
 CN                     = 192.168.1.101
EOF

cat > client_cert.conf << EOF  
[ req ]
distinguished_name     = req_distinguished_name
prompt                 = no

[ req_distinguished_name ]
 O                      = $PROJECT_NAME Device Certificate
 CN                     = 192.168.1.33
EOF

mkdir ca
mkdir server
mkdir client
mkdir certDER

# private key generation
openssl genrsa -out ca.key 2048
openssl genrsa -out server.key 2048
openssl genrsa -out client.key 2048

# cert requests
openssl req -out ca.req -key ca.key -new \
            -config ./ca_cert.conf
openssl req -out server.req -key server.key -new \
            -config ./server_cert.conf 
openssl req -out client.req -key client.key -new \
            -config ./client_cert.conf 

# generate the actual certs.
openssl x509 -req -in ca.req -out ca.crt \
            -sha256 -days 5000 -signkey ca.key
openssl x509 -req -in server.req -out server.crt \
            -sha256 -CAcreateserial -days 5000 \
            -CA ca.crt -CAkey ca.key
openssl x509 -req -in client.req -out client.crt \
            -sha256 -CAcreateserial -days 5000 \
            -CA ca.crt -CAkey ca.key
 
openssl x509 -in ca.crt -outform DER -out ca.der
openssl x509 -in server.crt -outform DER -out server.der
openssl x509 -in client.crt -outform DER -out client.der

mv ca.crt ca.key ca/
mv server.crt server.key server/
mv client.crt client.key client/

mv ca.der server.der client.der certDER/

rm *.conf
rm *.req
rm *.srl 
           

該腳本需要注意以下幾點：

1. 加密位數為 2048 bits
2. 簽名算法為 sha256WithRSAEncryption
3. Server 的 CN 域和 Client 的 CN 域需要根據實際 IP 位址修改

腳本執行完後會自動生成以下 4 個目錄：

1. ca
2. certDER
3. client
4. server

Note:

雖然我的腳本代碼也是借鑒的大神的，但在 Client 去連接配接 Server 的時候一直會報如下錯誤：

error setting certificate
139829188207936:error:140AB18E:SSL routines:SSL_CTX_use_certificate:ca md too weak:../ssl/ssl_rsa.c:310:
           

經過定位才發現，原來是之前腳本是采用的簽名算法為 sha1WithRSAEncryption，該算法較弱的緣故。是以在自己的腳本中将簽名算法由之前的

-sha1

修該為

-sha256

。

建立 TLS/SSL Server

在一台 uBuntu 上執行以下指令建立 TLS/SSL Server

openssl s_server -CAfile ./ca/ca.crt -cert ./server/server.crt -key ./server/server.key -port 20001 -verify 1 -tls1_2
           

各個參數意義如下：

1. -CAfile：CA 證書目錄
2. -cert：Server 證書目錄，由 CA 證書頒發
3. -key：Server 私鑰目錄
4. -port：服務端口
5. -verify：校驗 Client 端提供的證書鍊的深度。當指定了該選項時，Server 端必須對 Clent 的證書進行校驗，換句話說就是 Client 必須提供證書，在換句話說就是雙向認證。
6. -tls1_2：指定使用 TLS v1.2 版本。

更多參數的意義請參考官網文檔

指令執行成功後 Server 即開始偵聽指定端口

建立 TLS/SSL Client

在另一台 uBuntu 上執行以下指令建立 TLS/SSL Client

各個參數意義如下：

1. -CAfile：CA 證書目錄
2. -cert：Client 證書目錄，由 CA 證書頒發
3. -key：Client 私鑰目錄
4. -connect：連接配接的 Server 的 IP 位址和端口
5. -verify：校驗 Server 端提供的證書鍊的深度。當指定了該選項時，Client 端必須對 Server 的證書進行校驗，換句話說就是 Server 必須提供證書，在換句話說就是雙向認證。

更多參數的意義請參考官網文檔

指令執行成功後 Client 就可以輸入資料，同時 Server 端也能接收到資料。由于建立 TSL/SSL 連接配接的過程中的資訊太多，這裡就不說明。

TSL/SSL 抓包

通過抓包分析：

1. NO 14491 包為 Server 将自己的證書發送給 Client
2. NO 15447 包為 Client 将自己的證書發送給 Server