证书文件编码格式介绍

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OpenSSL中虽然使用PEM作为基本的文件编码格式，但是，由于不同的对象其封装和标准格式不太一样，所以经常会导致读者产生迷惑。

 

 

 

一、数据编码格式

 

        首先介绍一下ASN.1(Abstract Syntax Notation One)标准，这是一种描述数字对象的方法和标准。ASN1是一种结构化的数字对象描述语言，它包括两部分：数据描述语言(ISO 8824)和数据编码规则(ISO 8825)。ASN.1的数据描述语言允许用户自定义基本的数据类型，并可以通过简单的数据类型组成更复杂的数据类型。比如：一个复杂的数据对象，如 X.509证书，就是在其他一些数据类型上定义的，而其他数据类型又是在更基本的数据类型上建立的，直到回溯到定义的最基本的数据类型。

 

        ASN.1提供了多种数据编码方法。包括了BER、DER、PER和XER等。这些编码方法规定了将数字对象转换成应用程序能够处理、保存和网络传输的二 进制编码形式的一组规则。目前经常被采用的是BER(Basic Encode Rules)编码，但是BER编码具有编码不唯 一的性质，也就是说，一个相同的对象通过BER编码可能会产生几种不同的编码数据。所以，在OpenSSL和其他密码学相关软件中经常使用BER的一个子 DER(Distinguished Encoding Rules)。对于每一个ASN.1对象，使用DER编码得出的二制编码码数据是唯 一的。

 

        PEM编码全称是Privacy Enhanced Mail，是一种保密邮件的编码标准。通常来说，对信息的编码过程基本如下。

 

1. 信息转换为ASCII码或其他编码方式，比如采用DER编码。
2. 使用对称加密算法加密经过编码的信息。
3. 使用BASE64对加密码后的信息进行编码。
4. 使用一些头定义对信息进行封装，主要包含了进行正确解码需要的信息，头定义的格式形式如下：
   

   Proc-Type:4,ENCRYPTED
   DEK-Info:cipher-name,ivec
   其中，第一个头信息标注了该文件是否进行了加密，该头信息可能的值包括ENCRYPTED(信息已经加密和签名)，MIC-ONLY(信息经过数据签名但 没有加密)，MIC-CLEAR(信息经过数字签名但是没有加密，也没有进行编码，可使用非PEM格式阅读)，以及CLEAR；第二个头信息标注了加密的 算法及对称加密块算法使用的初始向量。

5. 在这些信息的前面加上如下形式头标注信息：
   ---BEGIN PRIVACY-ENHANCED MESSAGE---
   在这些信息的后面加上如下形尾标注信息：
   ---END PRIVACY-ENHANCED MESSAGE---
   OpenSSL的PEM编码基本上是基于DER编码之上的，也就是说，它在上述第一步采用的是DER编码，所以，从本质上来说，OpenSSL的PEM编码就是在DER编码基础上进行BASE64编码，然后添加一些头尾信息组成的。

 

二、证书标准

 

        数据编码格式提供了封装数据的基本方法，但是，对于具体的数据对象，比如证书，根据其包含的内容的不同，还有更具体的表达式。

 

        1、X.509证书

 

        目前总的来说有三种常用的证书编码格式：X.509证书、PKCS#12证书和PKCS#7证书。X.509证书是最经常使用的证书，它仅包含了公钥信息而没有私钥信息，是可以公开进行发布的，所以X.509证书对象一般都不需要加密。

 

        X.509证书的格式通常如下:
                 ……相关的可读解释信息（省略）……
                 ---BEGIN CERTIFICATE---
                 ……PEM编码的X.509证书内容(省略)……
                 ---END CERTIFICATE---
                 除了“---BEGIN CERTIFICATE---”和“---END CERTIFICATE---”头尾格式外，还可能有这样不同的标识符：“---BEGIN X.509 CERTIFICATE---”、“---END X.509 CERTIFICATE---”或者“---BEGIN TRUSTED CERTIFICATE---”、“---END TRUSTED          CERTIFICATE---”

 

        在OpenSSL实际签发的证书文件中最前面的很多可读的证书明文解释，只是为了增加证书文件的可读性，并不代表真正的数据。在其他软件中，比如 Windows软件，可能并不支持这些额外的明文信息，所以，先要将“---BEGIN CERTIFICATE---”之前的所有可读信息去掉。可以手动删除，也可以使用PEM到PEM的证书格式转换去掉这些明文可读信息。
        在Windows平台，X.509证书文件的后缀名经常是der、cer或者crt，都是可以被自动识别的。对于OpenSSL来说，后缀名是没有实际意义的。

 

      2、Netscape证书标准

 

        Netscape提供了一种名为Netscap证书序列(Netscape Cerificate Sequence)的格式来封装一系列证书（实际上里面采用了一个PKCS#7格式来封装证书）。以便能够一次性地下载或者传输多个数字证书。所以，某些 时候，Netscape证书序列可以替代PKCS#7的作用，用来打包一系列证书。

 

        Netscape证书序列虽然不一定能够得到微软的支持，但是在其他一些开源软件和Linux软件中却得到了广泛的支持。

 

三、证书封装

 

        1、PKCS#12证书

 

        PKCS#12 证书不同于X.509证书，它可以包含一个或多个证书，并且还可以包含证书对应的私钥。PKCS#12的私钥是经过加密的，密钥由用户提供的口令产生。所以，无论在使用PKCS#12证书的时候一般会要用用户输入密钥口令。
        PKCS#12证书文件在Windwos平台和Mozzila中支持的后缀名是p12或者pfx，如果要在IE或者Mozzila 中正确使用自己的证书，那么一般来说都要求转换成包含公钥和私钥的PKCS#12证书忖入到相关软件中。

 

        2、PKCS#7

 

        PKCS#7可以封装一个或多个X.509证书或者PKCS#6证书(PKCS#6是一种证书格式，但是并不经常使用)、相关证书链上的CA证书，并且可 以包含CRL信息。PKCS#7不包含私钥信息。PKCS#7可以将验证证书需要的整个证书上的证书都包含进来，从而方便证书的发布和正确使用。这样就可 以直接把PKCS#7证书发给验证方验证，免去了把以上的验证内容一个一个发给接书方的烦琐了。

 

        PKCS#7文件在Windows平台的合法后缀名是p7b。  

 

      3、PKCS#8

 

        PKCS#8标准是一个非常简单的标准，它主要用于封装私钥和其他相关的属性信息。一般来说，PKCS#8格式的私钥都是被加密的，支持PKCS#5和PKCS#12标准定义的算法，当然，私钥也可以不加密。PKCS#8标准一方面可以增强私钥的安全性，另一方面也为用户提供了一种简单的确立信任关系的方式，这主要是基于私钥特别名称和最高层可信者的权威公钥等属性信息。

 

        OpenSSL提供的经过PEM编码的PKCS#8标准的文件，分为加密和非加密的两种方式。加密的PKCS#8密钥标识如下：

 

        ——BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY——

 

        ——END ENCRYPTED PRIVATE KEY——

 

        非加密的PKCS#8密钥标识如下：

 

        ——BEGIN PRIVATE KEY——

 

        ——END PRIVATE KEY——

 

 

 

 

 

四、密钥编码

 

        密钥有多种形式的，很多情况下，需要把这些密钥保存下来。通常使用PEM和DER两种编码方式对要保存的密钥进行编码。

 

        DER 编码存储的密钥文件是不可读的，如果用文本编辑器打开它，将看到一些难以理解的符号，因为这是一个二进制编码的文件。PEM则不一样，它要友好得多，因为 PEM经过BASE64编码。用文本编辑器打开PEM编码的密钥文件，可以看到跟证书类似，它们真正的编码都包含在类似于：---BEGIN XXXXXX---和---END XXXXXX--- 这样的符号对内。

 

        密钥总的来说有两种，一种是可以公开的（比如公开密钥对的公钥），一种是不能公开的（比如公开密钥对的私钥）。反映在编码上，有的密钥文件需要加密，有的 就不需要加密。一个经过加密的PEM编码密钥文件在上述的符号内会增加一些头信息，这些头信息主要是为密钥解密的时候提供有用的信息，包括标记密钥加密状 态、使用加密算法及初始赂量（对于块加密算法来说）。例如：

 

---BEGIN RSA PRIVATE KEY---
Proc-Type:4,ENCRYPTED
DEK-Info:DES-ED3-CBC，86B0167E005535D2
……(加密内容密钥部分)……
---END RSA PRIVATE KEY---

 

        以上的PEM编码的是RSA(RSA PRIVATE KEY)私钥，该密钥经过了加密(ENCRYPTED)，使用的是3DES的CBC方式(DES-EDE3-CBC)，使用的IV向量是“86B0167E005535D2”。

 

 

 

五、其他标准

        证书吊销列表（CRL）是用户验证证书的重要参考资料，它主要包含了无效的证书列表，告诉用户哪些证书已经吊销或无效的。如果 没有CRL，可以选择另一种验证方式，那就是使用在线证书服务协议（OCSP）。OCSP并不总是能够使用，比如你的网络有时候可能不能接通OCSP服务 器。CRL 是一种相对方使用和独立的解决方案，只要获取了CA中心提供的在有效期内的CRL，基本上就能对证书的有效性进行验证。PEM格式编码的CRL一般包含在 一对符号内：“---BEGIN X.509 CRL---”和“---END X.509 CRL---”。也可以使用DER格式保存CRL。