创建 Intermediate CA

本文继续讲解三级证书体系中的中间权威机构证书的制作，先看一个证书层级目录树：

可以看到，证书层级分为 Root CA, Intermediate CA 和 User Certs。我这里把它们分别放在了各自独立的目录中进行管理。

Root CA 和 Intermediate CA 都叫做 CA 证书，可以签发下级证书。而 User Certs 不是 CA 证书，它只能作为实体证书用作认证，不能签发下级证书。

接下来是详细的操作要点：

首先，在创建 Intermediate CA 之前，先确保 Root CA 已经准备好：

关于 Root CA 的详细内容，可以参考前面的系列文章。

同理，Intermediate CA 的证书是由 Root CA 所签发的，需要创建 CSR 请求文件。同时，Intermediate CA 也是 User Certs 的签发机构，需要有证书管理文件（serial, index.txt 和 crlnubmer) 因此，下列文件也准备好：

步骤大致如下：

进入 int_ca 目录(1) 按照上面图式中的目录层级结构，为 int_ca 创建好目录和文件。

cd int_ca
mkdir -pv CA/private

解释：

下面是我们创建中间证书的大致步骤：

(2) 创建私钥

可以依据我们的需要选择不同的私钥算法：RSA，ECDSA 或 Ed25519。

RSA

openssl genpkey -algorithm RSA -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096 -out rsa.key
openssl pkcs8 -topk8 -v2 aes256 -iter 100000 -passout file:CA/private/password.txt \
    -in rsa.key -out rsa_encrypted.key

ECDSA

openssl ecparam -genkey -name secp384r1 -out secp384r1.key
openssl pkcs8 -topk8 -v2 aes256 -iter 100000 -passout file:CA/private/password.txt \
    -in secp384r1.key -out secp384r1_encrypted.key

Ed25519

openssl genpkey -algorithm ed25519 -out ed25519.key
openssl pkcs8 -topk8 -v2 aes256 -iter 100000 -passout file:CA/private/password.txt \
    -in ed25519.key -out ed25519_encrypted.key

检查私钥

openssl asn1parse -in rsa_encrypted.key

放到指定位置

shred -u rsa.key
mv rsa_encrypted.key  CA/private/rsa_encrypted.key

(3) 创建 CSR

有了私钥，接下来，我们需要创建 CSR，以请求 root_ca 能为 int_ca 签发中间证书。

i) 配置信息：f

[ req ]
default_bits       = 4096
default_keyfile    = rsa_key_encrypted.pem
distinguished_name = req_distinguished_name
x509_extensions    = v3_intermediate_ca
prompt             = no
[ req_distinguished_name ]
C  = US
ST = California
L  = San Francisco
O  = RSA Intermediate CA
OU = Intermediate CA Unit
CN = RSA Intermediate CA
[ v3_intermediate_ca ]
# Basic Constraints (required for intermediate CA)
basicConstraints = critical, CA:TRUE, pathlen:0
keyUsage = critical, keyCertSign, cRLSign, digitalSignature
extendedKeyUsage = serverAuth, clientAuth
subjectKeyIdentifier = hash
# authorityKeyIdentifier = keyid:always,issuer:always

解释：

pathlen 定义了当前证书可以签发多少层下级证书。

ii) 创建 CSR

openssl req -new \
    -passin file:CA/private/password.txt \
    -config req_ext_csr_ica.cnf \
    -reqexts v3_intermediate_ca \
    -key CA/private/rsa_encrypted.key \
    -out rsa_ica.csr

注意：

openssl req  -newkey rsa:4096 -nodes\
    -subj="/C=US/O=Security Lab/CN=RSA Intermediate CA"  \
    -reqexts ica_ext \
    -config ica.cnf \
    -keyout rsa_ica.key \
    -out rsa_ica.csr \

iii) 检查 CSR

openssl req -in rsa_ica.csr -text -noout

现在有了 .csr 文件，root_ca 就可以对其签发证书了。

切换到 root_ca/ 目录进行操作(1) 在 root_ca 中创建必要文件和目录

cd ../root_ca
mkdir -pv newcerts
touch index.txt
echo -ne "00" > serial
echo -ne "00" > crlnumber

(2) 准备配置信息

使用 root_ca 的私钥为 int_ca 签发证书之前，我们需要再检查一下 root_ca 的各项配置参数是否符合我们的要求：

f

[ ca ]
default_ca              = CA_default
[ CA_default ]
dir                     = .
certs                   = $dir/certs
crl_dir                 = $dir/crl
database                = $dir/index.txt
new_certs_dir           = $dir/newcerts
private_key             = $dir/CA/private/ca.key.pem
certificate             = $dir/certs/ca.cert.pem
serial                  = $dir/serial
crlnumber               = $dir/crlnumber
default_md              = sha256
default_days            = 3650
default_crl_days        = 30
policy                  = policy_strict
copy_extensions         = copy
[ policy_strict ]
countryName             = match
stateOrProvinceName     = match
organizationName        = match
organizationalUnitName  = optional
commonName              = supplied

由于生成 CSR 时，已写入了 v3_intermediate_ca 字段中的信息。因此，我们在使用 root_ca 给其签发证书的时候，可以直接设置 copy_extensions = copy，它表示 root_ca 签署时会直接拷贝 CSR 中的扩展信息，不做任何改变。

关于 copy_extension 解释：

Possible Values for copy_extensions:

2) copy_extensions = copyall (only in OpenSSL 1.1.1 and newer):

3) copy_extensions = none:

不过，如果我们需要为即将要签发的证书定制 v3 extension，我们可以把信息保存在文件中，然后用 -extension 选项来指定。

比如：f

[ v3_intermediate_ca ]
basicConstraints = critical, CA:TRUE, pathlen:0
keyUsage = critical, keyCertSign, cRLSign
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid:always,issuer:always

总结：

推荐使用 copy 的方式，这样会好管理很多。否则，root_ca 改变了 v3 extension 的话，事后可能不好管理。

(3) 签发证书

openssl ca 和 openssl x509 都可以用来签发证书，区别在于前面的 ca 命令有数据库对所签发的证书进行记录（比如 serial, crlnumber 等），而后面的 x509 命令则适用于 ad-hoc 证书的签发，不管理数据库，不记录签发了哪些证书，所以只适合需要一次性证书（比如自签名证书）并且不负责下级证书管理的场景。

由于我们这里专注于证书链系统的构建，所以我们一律使用 openssl ca 命令来签发和管理证书。

(4) 签发证书

注意：签发证书是在 root_ca 目录中操作！

执行命令：

openssl ca -days 3600 \
    -config ca.cnf \
    -cert CA/rsa_ca.crt \
    -keyfile CA/private/rsa_encrypted.key \
    -passin file:CA/private/password.txt \
    -in ../int_ca/rsa_ica.csr \
    -out rsa_int_ca.crt

可惜，这里命令失败了。

原因是： CA 应用的 policy 是 strict，它要求 Issuer 和 Subject 的 StateorProvinceName 必须一样，否则命令会失败。

这里 policy 具体的要求是:

因此，我们回到 int_ca 目录，按照 policy 要求去修改 CSR 的配置信息就可以了：

cd ../int_ca
openssl req -new -passin file:CA/private/password.txt \
    -config req_ext_csr_ica.cnf \
    -reqexts v3_intermediate_ca \
    -subj="/C=US/ST=TX/O=Security Lab/OU=Web3/CN=Web3 Intermediata CA " \
    -key CA/private/rsa_encrypted.key \
    -out rsa_ica.csr

检查 rsa_ica.csr 文件

openssl req -text -noout -in rsa_ica.csr

再次回到 root_ca 目录

cd ../root_ca

再次执行：

openssl ca -days 3600 \
    -config ca.cnf \
    -cert CA/rsa_ca.crt \
    -keyfile CA/private/rsa_encrypted.key \
    -passin file:CA/private/password.txt \
    -in ../int_ca/rsa_ica.csr \
    -out rsa_int_ca.crt

OK,这次就成功了！

补充：

如果想由 root_ca 指定 v3 extension 而不是 copy，那么命令为：

openssl ca -days 3600 \
  -config <(cat rsa_ca.cnf csr_ext.cnf) \
  -extensions v3_intermediate_ca \
  -cert CA/rsa_ca.crt \
  -keyfile CA/private/rsa_encrypted.key \
  -passin file:CA/private/password.txt \
  -in ../int_ca/rsa_ica.csr \
  -out rsa_ica.crt

新证书会生成在 newcerts/ 目录中，默认名字是 serial 编号。比如初始的 serial 是 00，那么签发的第一个证书就是 newcerts/00.pem，serial 文件中会变成 01。

index.txt 中也会增加一条记录，如下：

V    340907220747Z        00    unknown    /C=US/ST=TX/O=Security Lab/OU=Web3/CN=Web3 Intermediata CA

注意 crlnumber 文件中的值依然是 00，这是因为我们没有撤销过证书，

接下来，我们要检查证书

openssl x509 -text -noout -in newcerts/00.pem

没问题的话，证书就成功制作好了。

签发之后，我们需要把证书拷贝一份到 int_ca 的目录中去

cp newcerts/00.pem ../int_ca/CA/private/rsa_ica.crt

把 int_ca 证书导入系统

最后，我们需要把该 CA 证书导入到操作系统的根证书目录中去。不过，如果你到现在为止仅是试验目的，可以暂时忽略下面的步骤。

导入证书的步骤如下：

Linux

把根证书复制到系统证书目录（Trusted Directory）

sudo cp newcerts/00.pem /usr/local/share/ca-certificates/rsa_ica.crt

更新系统记录

sudo update-ca-certificates

这个命令会把扫描 /usr/local/share/ca-certificates/ 目录，并把其中所有根证书都安装到 /etc/ssl/certs/ 目录中。

MacOS

把根证书导入 Keychain 中，路径是 /Library/Keychains/System.keychain 我们既可以通过 GUI 导入，也可以命令行导入

(i) GUI 导入

打开 Keychain 应用：File → Import Items. 选择 System，然后添加我们上面生成的 Root CA 证书（比如 .crt 添加完成后，我们需要信任该证书。right-click → Get Info → Alway Trust

(ii) 命令行导入

使用 security 命令

sudo security add-trusted-cert -d -r trustRoot -k \
    /Library/Keychains/System.keychain rsa_ica.crt

解释：

Intermediate CA 应该成为我们最常使用的根证书，所有的用户证书都由它签发。

全文完！

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