openssl - CSR 签名是如何构建的？

Question

我正在尝试在嵌入式设备中生成 CSR（证书签名请求）。我已经在一个嵌入式设备中实现了一些 OpenSSL 功能。不幸的是，我只有几个可用的功能。到目前为止，我已经能够生成 RSA 私钥，现在我需要生成 CSR。

我的库没有任何功能，例如X509_REQ_new()，X509_REQ_get_subject_name()等。因此，我通过直接创建 DER 文件来构建 CSR。

DER格式的CSR解码如下：

ASN1序列
版本
主题名称
加密类型
模数和指数（来自我的 RSA 密钥）
属性
签名（这是我的问题所在）

如果我有所有可用的 OpenSSL 功能，我会使用X509_REQ_sign(x509_req, pKey, EVP_sha1())，但正如我之前所说，我没有任何可用的 X509 对象。

为了构建该部分，我需要签署什么？

score 5 · Accepted Answer

“实现”是指您自己编写代码，还是从 OpenSSL 源代码中选择块？在后一种情况下，我假设您可以查看完整的源代码，即使它不是在您有限的设备上编译的。

CSR，如 (X.509) 证书和 CRL，使用通用的顶级结构：

SEQUENCE
  body (itself a SEQUENCE of various things depending on what this thing is)
  AlgorithmIdentifier = SEQUENCE { OID, NULL } identifying the algorithm
  BIT STRING containing signature in algorithm-dependent format

请注意，AlgId 和签名是单独的项目，并且在正文中的 SEQUENCE 之外，尽管在顶级 SEQUENCE 之内。

对于 CSR，这在 PKCS#10 中进行了说明，更稳定地作为RFC2986提供；见第 4 节。

特别是我希望你的“4.-加密类型”真的是公钥算法的算法标识符，对于 RSA，由于历史原因，它是 OID rsaEncryption = 1.2.840.113549.1.1.1，即使 RSA 用于签名以及加密和“5.- 模数 & Exponent”实际上是一个 BIT STRING，包含 PKCS#1 公钥的 DER 编码，这是一个包含这两个 INTEGER 的 SEQUENCE，并且 4 和 5 被分组为一个 SEQUENCE 以形成 SubjectPublicKeyInfo。

如第 4.2 节所述，“正文”部分（certificationRequestInfo）是 DER 编码的，并且该编码由您的私钥签名——对于 RSA 在实践中使用 PKCS1-v1_5，尽管定义了其他 RSA 签名方案。该签名方案生成一个八位字节字符串（在一般意义上，不是 ASN.1 类型），用作 BIT STRING 中的值。

根据您使用的原语，请记住 PKCS1-v1_5 要求您对消息进行哈希处理（此处为 CertificationRequestInfo），将该哈希编码为 ASN.1 SEQUENCE 并使用哈希的 AlgId 填充该 ASN.1 与 01 FF.. .00，和modexp(OS2I的)结果同d。在 OpenSSLEVP_DigestSign*中执行所有 4 个步骤，EVP_PKEY_sign*执行最后 3 个步骤，并且RSA_private_encrypt[sic] 执行最后 2 个步骤，即不执行 ASN.1（并且可选地也不执行填充）。

你的评论太模糊了，我无法清楚你在做什么，所以这里有一个有效的例子：

$ openssl req -newkey rsa:2048 -nodes -keyout SO39842014.key \
  -subj '/CN=example.com/C=AU/O=Widgits Pty' -outform d -out SO39842014.req
Generating a 2048 bit RSA private key
.............+++
..+++
writing new private key to 'SO39842014.key'
-----
$ # -nodes to simplify example; real keys should be secured!
NOTE: this example done in 1.0.1 which defaults signing hash SHA1
  unless set in the config file which my system's file didn't;
  1.0.2 up defaults to SHA256 unless config, 
  or you can override it with e.g. -sha256 on req,
  in which case must change the dgst's below to match
  (and the expected recovery value ditto) -- thanks @foxiris
$ openssl rsa -in SO39842014.key -pubout -out SO39842014.pub
writing RSA key
$ 
$ xxd SO39842014.req
0000000: 3082 027e 3082 0166 0201 0030 3931 1430  0..~0..f...091.0
0000010: 1206 0355 0403 0c0b 6578 616d 706c 652e  ...U....example.
0000020: 636f 6d31 0b30 0906 0355 0406 1302 4155  com1.0...U....AU
0000030: 3114 3012 0603 5504 0a0c 0b57 6964 6769  1.0...U....Widgi
0000040: 7473 2050 7479 3082 0122 300d 0609 2a86  ts Pty0.."0...*.
0000050: 4886 f70d 0101 0105 0003 8201 0f00 3082  H.............0.
0000060: 010a 0282 0101 00fa 06d2 819f be88 270e  ..............'.
0000070: 5cc8 8938 aa2d c87c 01e5 bbbd d4c7 e9b6  \..8.-.|........
0000080: 1401 65b3 adf1 52fd 671b 7fa4 6a26 7f36  ..e...R.g...j&.6
0000090: ca1c aec5 877e 2954 1541 0a88 366a 6b52  .....~)T.A..6jkR
00000a0: b3f1 4303 3848 5b05 2b58 e299 c0fd 5a65  ..C.8H[.+X....Ze
00000b0: 4748 4d43 9e5a 26b3 382e 9600 3ce3 4eb6  GHMC.Z&.8...<.N.
00000c0: 09a8 8554 25b4 3ad3 abee 49c8 d15d 27c5  ...T%.:...I..]'.
00000d0: aa9e ff56 f511 a1b6 daaa d484 86ce c0fd  ...V............
00000e0: e4bf 7435 69ed 2806 2adb 9674 a06c 21d9  ..t5i.(.*..t.l!.
00000f0: c64c 0741 88d1 2f4a d2ec b7ec e24c 2cad  .L.A../J.....L,.
0000100: 0dc4 8deb 7fc6 3c9d 3eee a5f6 4aeb 9bd0  ......<.>...J...
0000110: b2b8 0e48 5baf d272 8628 1d79 a05d e632  ...H[..r.(.y.].2
0000120: befa 9f3e eac5 fafb eae1 a0c9 c9a7 3a69  ...>..........:i
0000130: 4ec5 733e 63fc 47d8 bbcc 1c07 1f22 e190  N.s>c.G......"..
0000140: 1ac7 e6d4 f71f 9c4b 1d1b 6cb9 303a b05a  .......K..l.0:.Z
0000150: 4d4f c1e1 8c0e 2b09 5f39 2058 89f7 b2ee  MO....+._9 X....
0000160: 9e2c 6b5d 6b2c 2d02 0301 0001 a000 300d  .,k]k,-.......0.
0000170: 0609 2a86 4886 f70d 0101 0505 0003 8201  ..*.H...........
0000180: 0100 6a7e 8afc d5b1 f55c a824 3516 44f2  ..j~.....\.$5.D.
0000190: ec60 d081 2334 eaae 6d8d 8f79 7e18 bbea  .`..#4..m..y~...
00001a0: c932 bd07 1dc0 67ad 636b b552 619e 9d7f  .2....g.ck.Ra...
00001b0: 5291 3829 0649 e64a 07b6 d659 e181 127e  R.8).I.J...Y...~
00001c0: a56f 3ab9 7dad 9f53 adf9 7c86 3035 ae1c  .o:.}..S..|.05..
00001d0: 9b20 7509 3618 c71e 8f47 98da 4f03 c377  . u.6....G..O..w
00001e0: 52a7 c56e 0a58 265b be81 d263 a9f3 e2c8  R..n.X&[...c....
00001f0: d465 fab6 46a2 269a d649 be08 5857 4a40  .e..F.&..I..XWJ@
0000200: 4cd0 0ddf 17a3 a605 c2a3 a2ae 1c1f c22a  L..............*
0000210: 4aa5 1e1b 6b8a dfd4 708c 55f1 05c5 8309  J...k...p.U.....
0000220: fd62 78d4 e650 367c bf91 2c18 3ccb f6f4  .bx..P6|..,.<...
0000230: c52f 0770 3a44 9558 709f ebba 8878 3fce  ./.p:D.Xp....x?.
0000240: 4588 a7bb d605 8c46 c80c 3b11 8420 c8bd  E......F..;.. ..
0000250: 623c 8205 7d25 1588 017f 2e1b bf09 881f  b<..}%..........
0000260: a56b 5d0f 617a 9914 611d 2336 8335 2f74  .k].az..a.#6.5/t
0000270: 42f9 7188 4b67 7c65 5d83 bc51 52af 124a  B.q.Kg|e]..QR..J
0000280: d426                                     .&

这包括外部 SEQUENCE 标记和长度，然后是 4 到 0x16E 的 TBS 或正文（certificationRequestInfo），这是 DER 编码：

$ dd if=SO39842014.req bs=1 skip=4 count=$((0x16E-4)) 2>/dev/null \
  | openssl asn1parse -inform d -i
    0:d=0  hl=4 l= 358 cons: SEQUENCE
    4:d=1  hl=2 l=   1 prim:  INTEGER           :00
    7:d=1  hl=2 l=  57 cons:  SEQUENCE
    9:d=2  hl=2 l=  20 cons:   SET
   11:d=3  hl=2 l=  18 cons:    SEQUENCE
   13:d=4  hl=2 l=   3 prim:     OBJECT            :commonName
   18:d=4  hl=2 l=  11 prim:     UTF8STRING        :example.com
   31:d=2  hl=2 l=  11 cons:   SET
   33:d=3  hl=2 l=   9 cons:    SEQUENCE
   35:d=4  hl=2 l=   3 prim:     OBJECT            :countryName
   40:d=4  hl=2 l=   2 prim:     PRINTABLESTRING   :AU
   44:d=2  hl=2 l=  20 cons:   SET
   46:d=3  hl=2 l=  18 cons:    SEQUENCE
   48:d=4  hl=2 l=   3 prim:     OBJECT            :organizationName
   53:d=4  hl=2 l=  11 prim:     UTF8STRING        :Widgits Pty
   66:d=1  hl=4 l= 290 cons:  SEQUENCE
   70:d=2  hl=2 l=  13 cons:   SEQUENCE
   72:d=3  hl=2 l=   9 prim:    OBJECT            :rsaEncryption
   83:d=3  hl=2 l=   0 prim:    NULL
   85:d=2  hl=4 l= 271 prim:   BIT STRING
  360:d=1  hl=2 l=   0 cons:  cont [ 0 ]

后跟签名的 AlgId（也称为“外部”AlgId），从 0x16E 到 0x17D：

$ dd if=SO39842014.req bs=1 skip=$((0x16E)) count=$((0xF)) 2>/dev/null \
  | openssl asn1parse -inform d -i
    0:d=0  hl=2 l=  13 cons: SEQUENCE
    2:d=1  hl=2 l=   9 prim:  OBJECT            :sha1WithRSAEncryption
   13:d=1  hl=2 l=   0 prim:  NULL

后跟一个 BIT STRING，其中包含从 0x182 到 0x282 的签名值。这可以验证为 TBS 的签名：

$ dd if=SO39842014.req bs=1 skip=$((0x282)) of=SO39842014.sig 2>/dev/null 
$ dd if=SO39842014.req bs=1 skip=4 count=$((0x16E-4)) 2>/dev/null \
  | openssl dgst -sha1 -verify SO39842014.pub -signature SO39842014.sig
Verified OK

或者由于 PKCS1-v1_5 签名是确定性的，我们可以重新创建相同的签名：

$ dd if=SO39842014.req bs=1 skip=4 count=$((0x16E-4)) 2>/dev/null \
 | openssl dgst -sha1 -sign SO39842014.key | xxd
0000000: 6a7e 8afc d5b1 f55c a824 3516 44f2 ec60  j~.....\.$5.D..`
0000010: d081 2334 eaae 6d8d 8f79 7e18 bbea c932  ..#4..m..y~....2
0000020: bd07 1dc0 67ad 636b b552 619e 9d7f 5291  ....g.ck.Ra...R.
0000030: 3829 0649 e64a 07b6 d659 e181 127e a56f  8).I.J...Y...~.o
0000040: 3ab9 7dad 9f53 adf9 7c86 3035 ae1c 9b20  :.}..S..|.05...
0000050: 7509 3618 c71e 8f47 98da 4f03 c377 52a7  u.6....G..O..wR.
0000060: c56e 0a58 265b be81 d263 a9f3 e2c8 d465  .n.X&[...c.....e
0000070: fab6 46a2 269a d649 be08 5857 4a40 4cd0  ..F.&..I..XWJ@L.
0000080: 0ddf 17a3 a605 c2a3 a2ae 1c1f c22a 4aa5  .............*J.
0000090: 1e1b 6b8a dfd4 708c 55f1 05c5 8309 fd62  ..k...p.U......b
00000a0: 78d4 e650 367c bf91 2c18 3ccb f6f4 c52f  x..P6|..,.<..../
00000b0: 0770 3a44 9558 709f ebba 8878 3fce 4588  .p:D.Xp....x?.E.
00000c0: a7bb d605 8c46 c80c 3b11 8420 c8bd 623c  .....F..;.. ..b<
00000d0: 8205 7d25 1588 017f 2e1b bf09 881f a56b  ..}%...........k
00000e0: 5d0f 617a 9914 611d 2336 8335 2f74 42f9  ].az..a.#6.5/tB.
00000f0: 7188 4b67 7c65 5d83 bc51 52af 124a d426  q.Kg|e]..QR..J.&

最后，由于这个（像大多数）RSA 签名允许“恢复”（有时被误导地称为“用公钥解密”），我们可以查看实际输入到 modexp-d 的值：

$ openssl rsautl -in SO39842014.sig -verify -inkey SO39842014.pub -pubin -raw |xxd
0000000: 0001 ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000010: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000020: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000030: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000040: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000050: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000060: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000070: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000080: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
0000090: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
00000a0: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
00000b0: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
00000c0: ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff ffff  ................
00000d0: ffff ffff ffff ffff ffff ffff 0030 2130  .............0!0
00000e0: 0906 052b 0e03 021a 0500 0414 e577 fca2  ...+.........w..
00000f0: 2372 a03a a4fe a0d1 485d 7f71 1321 37c4  #r.:....H].q.!7.

并看到这包括 ASN.1 SEQUENCE 的类型 01 填充，其中包含 SHA1 的 AlgId 以及包含实际哈希的 OCTET STRING：

$ if=SO39842014.req bs=1 skip=4 count=$((0x16E-4)) 2>/dev/null \
  | openssl dgst -sha1
(stdin)= e577fca22372a03aa4fea0d1485d7f71132137c4

openssl - CSR 签名是如何构建的？

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