【证书】证书相关知识

1.公钥

1.1 本质

就是很大的数，有数字e, n， 看到的如下的一些.pem文件中的密钥，是数经过base64编码得到的字符串，便于文本传输

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----

xxxxx......

-----END RSA PRIVATE KEY-----

1.2 作用

1.2.1 验证签名

验签过程是如下的数学运算：

e, n： 公钥的数 ，可以从base64编码后的字符串中解析出来

s： 签名，由私钥生成

pad(H(M)): 运算结果，是原始数据的哈希值

H: 哈希运算，常用sha256

M: 原始明文数据

pad: 表示填充

1.2.2 加密

也是数学运算：

2. 私钥

2.1 本质

也是很大的数，同公钥一样，但是有很多数，常用的这里有d, n。也是pem文件里面一堆字符串是base64编码所得，解析编码体可以解析出d, n 。这个跟公钥是一样的

2.2 作用

2.2.1 签名

含义同公钥

2.2.2 解密

含义同公钥

3. 密钥总结

上述举例是RSA， 它的加密和签名底层的数学是用同一套 模幂运算，只是指数反过来；

总结：

私钥私有，公钥公开

私钥验名，公钥验签（处理的数据是明文哈希，经过填充）

私钥解密，公钥加密 （处理的是双端会话传输数据）

底层逻辑是数学运算

4. 证书

4.1 证书内容

以X.509为例，证书包含：

服务器公钥、域名、有效期、主体名称等（叫证书明文数据 T）

4.2 签名及验签

签发证书（服务器会将服务器公钥、证书等一起下发给客户端）：

1. CA 计算Hash(T)→ 得到摘要（固定长度，比如 SHA256）

2. CA 用自己的私钥对这个哈希摘要做签名运算 → 得到数字签名 S

3. 把【明文 T + 签名 S】打包在一起 → 就是 X.509 证书

验签证书（客户端）：

客户端拿到证书：明文 T + 签名 S

客户端本身持有CA根证书的公钥（如果是中间证书的公钥，可由服务器下发获取）

1. 客户端对明文 T 重新算一次哈希Hash(T)（证书中已经指定了使用的哈希算法，客户端使用该算法计算哈希）

2. 用CA 公钥验证签名 S，得到 CA 那边算出来的填充哈希，移除填充，得到原始哈希

3. 对比两个哈希：相等 = 验签通过，说明内容没篡改、确实是 CA 签的。

服务器提交信息 → 构造 tbsCertificate(待签名证书明文) ↓ CA计算 hash = SHA256(tbsCertificate) ↓ 对hash做填充 pad() ↓ sig = pad(hash)^d mod n # d,n来自CA的RSA私钥 ↓ 组装：tbsCertificate + 签名算法标识 + sig → 最终X.509证书

4.3 证书吊销

证书是有有效期的，但还没到期就失效，就叫吊销。 场景举例：

• 服务器私钥泄露了，黑客拿到私钥，可以冒充服务器；证书虽然还没过期，但必须立刻作废。
• 域名转让、服务器下线，不再使用这个证书。

证书吊销 = CA 对外宣告：这份证书虽然时间没到，但不再可信，禁止使用

客户端 TLS 握手时，需要确认证书有没有被吊销。两种主流查询机制：

1. CRL（证书吊销列表）：CA 维护一个文件，里面列出所有被吊销证书的序列号；客户端下载整个列表，查证书序列号是否在里面。缺点：列表会越来越大。
2. OCSP（在线证书状态协议）：客户端联网，单独向 OCSP 服务器查询「这个证书序列号是否吊销」，只查单条记录，更常用。

⚠️ 注意： 有些环境会配置 OCSP stapling：服务器提前去 CA 查询自己证书状态，把 OCSP 响应一起发给客户端，客户端不用单独连外网 OCSP 服务器。

一句话：有效期是 “自然过期”；吊销是主动提前作废证书。

5. TLS流程

服务器【持有：服务器私钥 + 服务器证书】 ↓ 1.握手，下发证书 客户端 ←---- 服务器证书(服务器公钥+CA签名+信息) ↓ 2.客户端校验证书 ┌────────────────────────────────┐ │ 客户端本地根CA公钥，校验CA签名 │ │ 检查有效期、域名、吊销状态 │ └───────────┬────────────────────┘ ↓ 验证成功 信任证书内的服务器公钥 ↓ 客户端生成随机密钥，【服务器公钥加密】→发给服务器 ↓ 服务器用【服务器私钥】解密，拿到随机密钥 ↓ 两端生成相同对称会话密钥 ↓ 业务数据：对称加密传输

注意点：

服务器下发给客户端的，除了证书本身的CA签名外，还有明文T数据，哈希算法标记等等，以及服务器的公钥，这个是服务器的，跟CA证书的密钥对不是一回事

CA证书的密钥对（签名验签）： 证明证书可信

服务器的密钥对（加密解密）： 用于证书可信后，服务器与客户端之间业务数据的对称加密传输

6. 证书链

6.1 证书链问题

上述说的例子前提是RSA， X.509，还有就是直接使用CA证书进行签名验签，实际上多数情况是有证书链的。如下：

根CA → 签发中间CA证书 → 中间CA签发网站服务器证书

TLS 握手时，服务器除了下发服务器叶子证书，一并把中间 CA 证书发给客户端。 客户端拿到中间证书，里面带有中间 CA 的公钥，用来验证叶子证书签名； 然后继续往上验签中间证书，直到找到本地内置的根证书完成整条链校验。

6.2 证书链场景TLS流程

1. 客户端收到服务器发来：服务器叶子证书 + 中间 CA 证书

2. 客户端用中间 CA 证书内的公钥，校验服务器证书签名

3. 客户端校验中间 CA 证书的签名，在本地系统证书库寻找根 CA 证书

4. 找到本地根证书，取出根 CA 公钥，校验中间 CA 证书签名

5. 整条链全部验签通过，再检查有效期、吊销状态、域名匹配

6.2 CA公钥来源

客户端的CA公钥怎么来的呢？（一般情况下预先内置在客户端本地系统 / 浏览器里）

获取 CA 公钥：本地预装/ 握手时服务器下发，不访问 CA 服务器

检查证书有没有吊销：联网访问 OCSP/CRL 服务器，查询证书状态

注意上述两种场景，CA公钥获取以及查看证书是否吊销不能混淆