golang开发及数字证书研究分享(生成证书)

私钥的生成

在go的x509包下有go定义的证书的结构，该结构如下：

  Raw[]byte // Complete ASN.1 DER content (certificate, signature algorithm and signature).
  RawTBSCertificate []byte // Certificate part of raw ASN.1 DER content.
  RawSubjectPublicKeyInfo []byte // DER encoded SubjectPublicKeyInfo.
  RawSubject  []byte // DER encoded Subject
  RawIssuer[]byte // DER encoded Issuer
  Signature []byte
  SignatureAlgorithm SignatureAlgorithm
  PublicKeyAlgorithm PublicKeyAlgorithm
  PublicKey interface{}
  Version int
  SerialNumber  *big.Int
  Issuer  pkix.Name
  Subject pkix.Name
  NotBefore, NotAfter time.Time // Validity bounds.
  KeyUsageKeyUsage
  Extensions []pkix.Extension
  ExtraExtensions []pkix.Extension
  UnhandledCriticalExtensions []asn1.ObjectIdentifier
  ExtKeyUsage  []ExtKeyUsage  // Sequence of extended key usages.
  UnknownExtKeyUsage []asn1.ObjectIdentifier // Encountered extended key usages unknown to this package.
  BasicConstraintsValid bool // if true then the next two fields are valid.
  IsCAbool
  MaxPathLenint
  MaxPathLenZero bool
 
  SubjectKeyId[]byte
  AuthorityKeyId []byte
  OCSPServer[]string
  IssuingCertificateURL []string
 
  // Subject Alternate Name values
  DNSNames []string
  EmailAddresses []string
  IPAddresses []net.IP
  PermittedDNSDomainsCritical bool // if true then the name constraints are marked critical.
  PermittedDNSDomains[]string
  CRLDistributionPoints []string
  PolicyIdentifiers []asn1.ObjectIdentifier

在该结构中有PublicKeyAlgorithm字段，该字段用来表示生成公钥的算法。该字段的变量中可使用的字段如下：

const (
  UnknownPublicKeyAlgorithm PublicKeyAlgorithm = iota
  RSA
  DSA
  ECDSA
)

一共定义了4中情况。除去Unknown的情况。剩下的三种的实现分别在crypto/rsa、crypto/dsa、crypto/ecdsa这三个包中定义了实现。

RSA

使用RSA方法生成公私钥的方式非常简单。在crypto/rsa包中直接提供了生成方法。

func GenerateKey(random io.Reader, bits int) (*PrivateKey, error)

该方法生成一个rsa的私钥。查找整个包所提供的方法并没有什么方法能够生成公钥。但在包中有公钥的结构说明。查看私钥的结构：

type PrivateKey struct {
  PublicKey// public part.
  D*big.Int// private exponent
  Primes []*big.Int // prime factors of N, has >= 2 elements.
  Precomputed PrecomputedValues
}

赫然发现，公钥包含在私钥的结构中。换句话说，只要生成的私钥，公钥就同时拥有了（ECDSA和DSA的公钥也是如此）。

ECDSA

使用ECDSA生成公私钥的方式和RSA的方式非常类似：

func GenerateKey(c elliptic.Curve, rand io.Reader) (*PrivateKey, error)

在crypto/elliptic为参数c提供了4中实现方式。分别为：

 func P224() Curve
 func P256() Curve
 func P384() Curve
 func P521() Curve

DSA

使用DSA生成公私钥的方式和上面两种有些不同：

func GenerateKey(priv *PrivateKey, rand io.Reader) error

私钥并不是作为结果返回，而是作为参数传入。那很简单，我直接初始化一个DSA的私钥，然后把该私钥作为参数传入不就可以了嘛。事实是，仅仅是实例化了一个DSA的私钥是无法完成公私钥的生成的。生成的结果如下：

priv:&{PublicKey:{Parameters:{P:<nil> Q:<nil> G:<nil>} Y:<nil>} X:<nil>}

可以发现公钥中的所有内容都是为nil(空)，由此可以说明无法只通过GenerateKey()方法生成DSA的私钥。

在crypto/dsa包中还提供了:

func GenerateParameters(params *Parameters, rand io.Reader, sizes ParameterSizes) error

通过该方法的描述，可以了解到该方法是为DSA设置参数。那又如何和公私钥有关呢？，在DSA的私钥结构中包含公钥，在公钥的结构中就包含该方法所需要传入的参数Parameters。由此，我便想到可以先使用该方法对一些参数进行初始化，然后再生成私钥。

priv := &dsa.PrivateKey{}
dsa.GenerateParameters(&priv.Parameters, rand.Reader, dsa.L1024N160)
dsa.GenerateKey(priv, rand.Reader)

生成的私钥内容如下：

priv:&{PublicKey:{Parameters:{P:+91268520972047344779510472614939006285152176630742165979533208518526258287540244526987668731096217967904150874969731516661412604963023247030101570715552650277776208098462838867711078025572452557692674802977527475661989210578136725258241385474445330497234586673407237238372329018550727884900161895964574509801 Q:+767580094855879488293276223470508701563202760721 G:+42393651221310072390273970570719382707264443685255379637082820177806079494092036767507554061381644533127114802103872901363724639317297276457243780033980909021336576570837756106975221868617534717069925676009421223798208864916837561389117514471387385853288499961716794226875046226553216578582138687489881455573} Y:+68767508229940365112562020548287141674708444377336699267991474890690034611201698420418573204906537903040876819582645033160073997940957577512216430788561800033703926395782022182868300960590402743043934344374390498368316144177816214923367214895567903510165216432049170686626889267028482641530556275670781873053} X:+628682865942164859869306394087148223993136336500}

注意：Golang 对DSA证书没有完整的支持。

给私钥上锁（加访问密码）

在使用openssl进行私钥生成的时候，openssl需要我提供私钥的访问密码。那使用go进行私钥时，应该也有该功能。那应该在什么时候添加这个密码呢？是在生成私钥的时候，还是在生成pem文件的时候。我首先想到的是在生成秘密的时候，但是在crypto/rsa、crypto/dsa、crypto/ecdsa这三个包中查找时并没有发现任何和密码有关的词眼。那就应该在生成pem文件的时候加上密码。生成pem文件的方法在encoding/pem这个包中。但该包中只有两个编码，一个解码的方法，和密码有没有任何关系，唯一的存在的关系就是Block结构中的Header字段。

使用openssl生成的私钥文件中会存在这样的字段：

Proc-Type: 4,ENCRYPTED
DEK-Info: DES-EDE3-CBC,02a0ba59e8cfd431

使用该字段来说明使用加密方式和提供用于解密的初始值向量。

在生成私钥和生成文件都无法把密码添加进去。那我就在想是否是在得到私钥的时候对私钥的byte数组进行加密。但这样就需要自己实现了。讲道理的话，go应该会为这种普遍性的东西提供已经封装好的方法。来回重新看api文档。发现自己漏看一个非常重要的包crypto/x509。在该包提供的方法中。很轻松的就找到了如下两个方法：

func DecryptPEMBlock(b *pem.Block, password []byte) ([]byte, error)
func EncryptPEMBlock(rand io.Reader, blockType string, data, password []byte, alg PEMCipher) (*pem.Block, error)

在这两个方法中又要pem，password，恩应该就是这两个方法了，正好一个生成一个解析。

同在x509包下提供了:

func MarshalPKCS1PrivateKey(key *rsa.PrivateKey) []byte
func MarshalECPrivateKey(key *ecdsa.PrivateKey) ([]byte, error)

把RSA和ECDSA私钥转换成byte数组的方法，但是没有找到把DSA私钥转换成byte数组的方法。

生成证书请求

证书请求生成很简单在crypto/x509中直接提供了现成的方法。

func CreateCertificateRequest(rand io.Reader, template *CertificateRequest, priv interface{}) (csr []byte, err error)

但使用用该方法有一个限制条件：

All keys types that are implemented via crypto.Signer are supported (This includes *rsa.PublicKey and *ecdsa.PublicKey.)

无法使用*dsa.PublicKey类型的公钥。而传入的参数是一个私钥，因此无法使用dsa类型的私钥。

go对dsa类型的证书

该方法需要通过一个证书请求的模板，在go中CertificateRequest是如下定义的：

Raw []byte // Complete ASN.1 DER content (CSR, signature algorithm and signature).
RawTBSCertificateRequest []byte // Certificate request info part of raw ASN.1 DER content.
RawSubjectPublicKeyInfo  []byte // DER encoded SubjectPublicKeyInfo.
RawSubject[]byte // DER encoded Subject.
Versionint
Signature []byte
SignatureAlgorithm SignatureAlgorithm
PublicKeyAlgorithm PublicKeyAlgorithm
PublicKey interface{}
Subject pkix.Name
Attributes []pkix.AttributeTypeAndValueSET
Extensions []pkix.Extension
ExtraExtensions []pkix.Extension
DNSNames []string
EmailAddresses []string
IPAddresses []net.IP

有一些内容可以不用填写。如果填写了，在后面生成证书时将作为内容直接填入，我就根据openssl生成证书请求时在控制台所展现的内容进行填写。即添加Subject中的内容。Subject是这样定义的：

type Name struct {
  Country, Organization, OrganizationalUnit []string
  Locality, Province[]string
  StreetAddress, PostalCode  []string
  SerialNumber, CommonNamestring
 
  Names[]AttributeTypeAndValue
  ExtraNames []AttributeTypeAndValue
}

生成证书

在go提供的crypto/x509包下并没有生成CA的方法，生成证书的方法也只有一个方法：

func CreateCertificate(rand io.Reader, template, parent *Certificate, pub, priv interface{}) (cert []byte, err error)

它的参数中使用的是两个证书，和我们之前生成的CertificateRequest没有关系，而且在整个crypto/x509中的方法中都没有找到把CertificateRequest转换成Certificate的方法，而且CertificateRequest和Certificate中的部分数据结构是一样的，因此猜想是通过把CertificateRequest中的部分内容复制到Certificate中。然后再通过CreateCertificate进行签发。

如果传入的两个证书参数是一样的，那么生成的证书是一张自签发的根证书。如果传入的两张证书不同，生成的就是普通的证书了。使用的公钥和私钥是签发者的公私钥即参数parent的公私钥。和生成CertificateRequest一样，在这个方法中使用的公私钥不能是DSA类型的。

坑

设置CA

在Certificate这个结构体中有IsCA这个字段。用来标识该证书是CA证书，但是在设置该字段为true后生成的证书在扩展中并没有显示这个证书是CA证书的。原因是在如果要使IsCA生效，需要设置BasicConstraintsValid也为true。同样的也适用于MaxPathLen这个字段。

签名算法的选择

在go中为证书的签名算法提供了常见的类型：

UnknownSignatureAlgorithm SignatureAlgorithm = iota
MD2WithRSA
MD5WithRSA
SHA1WithRSA
SHA256WithRSA
SHA384WithRSA
SHA512WithRSA
DSAWithSHA1
DSAWithSHA256
ECDSAWithSHA1
ECDSAWithSHA256
ECDSAWithSHA384
ECDSAWithSHA512

在生成证书的时候我直接选择的SHA1WITHRSA,应为我的私钥是通过RSA算法生成的，没有任何问题，但是在看go的源码中有一段生成自签名证书的测试方法。在该方法中使用了其他的签名算法。因此我想，这些签名算法的应该如何选择。当我把签名算法改成ECDSAWITHSHA1的时候，在进行签名的时候，出现了签名错误。

因此我猜猜签名算法的选择需要和签署者的公私钥的生成方式有关。

代码时间

一切用代码说话。

和生成私钥有关：

func GenRSAPriv(fileName, passwd string, len int) error {
 priv, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, len)
 if err != nil {
  return err
 }
 
 data := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(priv)
 err = encodePrivPemFile(fileName, passwd, data)
 return err
}
//GenECDSAPriv 生成ECDSA私钥文件
func GenECDSAPriv(fileName, passwd string) error {
 priv, err := ecdsa.GenerateKey(elliptic.P224(), rand.Reader)
 if err != nil {
  return err
 }
 data, err := x509.MarshalECPrivateKey(priv)
 if err != nil {
  return err
 }
 err = encodePrivPemFile(fileName, passwd, data)
 return err
}
//GenDSAPriv 生成DSA私钥(用于演示)
func GenDSAPriv() {
 priv := &dsa.PrivateKey{}
 dsa.GenerateParameters(&priv.Parameters, rand.Reader, dsa.L1024N160)
 dsa.GenerateKey(priv, rand.Reader)
 fmt.Printf("priv:%+v\n", priv)
} 
//DecodePriv 解析私钥文件生成私钥，（RSA，和ECDSA两种私钥格式）
func DecodePriv(fileName, passwd string) (pubkey, priv interface{}, err error) {
 data, err := ioutil.ReadFile(fileName)
 if err != nil {
  return nil, nil, errors.New("读取私钥文件错误")
 }
 block, _ := pem.Decode(data)
 data, err = x509.DecryptPEMBlock(block, []byte(passwd))
 if err != nil {
  return nil, nil, err
 }
 
 privKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(data) //解析成RSA私钥
 if err != nil {
  priv, err = x509.ParseECPrivateKey(data) //解析成ECDSA私钥
  if err != nil {
return nil, nil, errors.New("支持持RSA和ECDSA格式的私钥")
  }
 }
 priv = privKey
 pubkey = &privKey.PublicKey
 return
} 
//生成私钥的pem文件
func encodePrivPemFile(fileName, passwd string, data []byte) error {
 block, err := x509.EncryptPEMBlock(rand.Reader, "RSA PRIVATE KEY", data, []byte(passwd), x509.PEMCipher3DES)
 if err != nil {
  return err
 }
 file, err := os.Create(fileName)
 if err != nil {
  return err
 }
 err = pem.Encode(file, block)
 if err != nil {
  return err
 }
 return nil
}

在这个代码用有一些问题：使用ECDSA生成私钥后加密的Type不知道填什么，暂时使用了”RSA PRIVATE KEY”。

和CertificateRequest有关的代码：

// EncodeCsr 生成证书请求
func EncodeCsr(country, organization, organizationlUnit, locality, province, streetAddress, postallCode []string, commonName, fileName string, priv interface{}) error {
 req := &x509.CertificateRequest{
  Subject: pkix.Name{
Country:country,
Organization: organization,
OrganizationalUnit: organizationlUnit,
Locality:  locality,
Province:  province,
StreetAddress:streetAddress,
PostalCode:postallCode,
CommonName:commonName,
  },
 } 
 data, err := x509.CreateCertificateRequest(rand.Reader, req, priv)
 if err != nil {
  return err
 }
 err = util.EncodePemFile(fileName, "CERTIFICATE REQUEST", data)
 return err
} 
//DecodeCsr 解析CSRpem文件
func DecodeCsr(fileName string) (*x509.CertificateRequest, error) {
 data, err := util.DecodePemFile(fileName)
 if err != nil {
  return nil, err
 } 
 req, err := x509.ParseCertificateRequest(data)
 return req, err
}

和生成Certificate有关的代码：

//GenSignselfCertificate 生成自签名证书
func GenSignselfCertificate(req *x509.CertificateRequest, publickey, privKey interface{}, fileName string, maxPath int, days time.Duration) error {
 template := &x509.Certificate{
  SerialNumber: big.NewInt(random.Int63n(time.Now().Unix())),
  Subject:req.Subject,
  NotBefore: time.Now(),
  NotAfter:  time.Now().Add(days * 24 * time.Hour),
  BasicConstraintsValid: true,
  IsCA:true,
  SignatureAlgorithm: x509.SHA1WithRSA, // 签名算法选择SHA1WithRSA
  KeyUsage:  x509.KeyUsageCertSign | x509.KeyUsageCRLSign | x509.KeyUsageDataEncipherment,
  SubjectKeyId: []byte{1, 2, 3},
 }
 if maxPath > 0 { //如果长度超过0则设置了 最大的路径长度
  template.MaxPathLen = maxPath
 }
 cert, err := x509.CreateCertificate(rand.Reader, template, template, publickey, privKey)
 if err != nil {
  return errors.New("签发自签名证书失败")
 }
 err = util.EncodePemFile(fileName, "CERTIFICATE", cert)
 if err != nil {
  return err
 }
 return nil
} 
//GenCertificate 生成非自签名证书
func GenCertificate(req *x509.CertificateRequest, parentCert *x509.Certificate, pubKey, parentPrivKey interface{}, fileName string, isCA bool, days time.Duration) error {
 template := &x509.Certificate{
  SerialNumber: big.NewInt(random.Int63n(time.Now().Unix())),
  Subject:req.Subject,
  NotBefore: time.Now(),
  NotAfter:  time.Now().Add(days * 24 * time.Hour),
  // ExtKeyUsage: []x509.ExtKeyUsage{ //额外的使用
  //  x509.ExtKeyUsageClientAuth,
  //  x509.ExtKeyUsageServerAuth,
  // },
  //
 
  SignatureAlgorithm: x509.SHA1WithRSA,
 }
 
 if isCA {
  template.BasicConstraintsValid = true
  template.IsCA = true
 } 
 cert, err := x509.CreateCertificate(rand.Reader, template, parentCert, pubKey, parentPrivKey)
 if err != nil {
  return errors.New("签署证书失败")
 }
 err = util.EncodePemFile(fileName, "CERTIFICATE", cert)
 if err != nil {
  return err
 }
 return nil
}

在生成证书这方法，由于可设置的内容过多，不应该使用参数来对证书内容进行控制。应该和openssl一样使用配置文件的方式来对证书中的内容进行配置。

以上就是golang开发及数字证书研究分享的详细内容，更多关于golang的资料请关注本站其它相关文章！

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