X.509公钥证书
X.509最初由ITU-T用于X500目录服务中，对X.500实体的身份进行验证，所以X.509使用了一些X500中的元素。
后来IETF PKIX工作组对X.509进行了扩展和补充，使更好的用于互联网环境中。目前X.509已经是独立的标准，最新版本为X.509 V3，而且X.509是TLS中唯一受支持的证书标准。关于X.509 V3的定义可参考rfc5280。
- X.509证书的语法格式和序列化
X.509证书的格式格式定义和序列化都使用了ASN.1标准。X.509的语义描述使用ASN.1代码，而ASN.1的序列化编码有BER,DER,PEM。BER和DER都是二进制编码，BER编码有些地方存在歧义或者对编码结果没有严格约束，而DER则是BER的strict版本，确保一个ASN.1代码序列化后的二进制是唯一的，而不会出现不同实现结果不一样的情况。X.509证书的序列化就是用的DER格式，而PEM编码则是到DER进一步进行Base64处理。
理解ASN.1后再看RFC5280标准文档就容易多了。
- 密码算法
X.509证书涉及到了非对称加密，Hash，对称加密等加密算法，学习X.509证书需要有这方面的知识储备。
-
X.509的ASN.1定义
Certificate ::= SEQUENCE {
tbsCertificate TBSCertificate,
signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,
signature BIT STRING }
TBSCertificate ::= SEQUENCE {
version [0] Version DEFAULT v1,
serialNumber CertificateSerialNumber,
signature AlgorithmIdentifier,
issuer Name,
validity Validity,
subject Name,
subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
issuerUniqueID [1] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
-- If present, version MUST be v2 or v3
subjectUniqueID [2] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
-- If present, version MUST be v2 or v3
extensions [3] Extensions OPTIONAL
-- If present, version MUST be v3 -- }
Version ::= INTEGER { v1(0), v2(1), v3(2) }
CertificateSerialNumber ::= INTEGER
Validity ::= SEQUENCE {
notBefore Time,
notAfter Time }
Time ::= CHOICE {
utcTime UTCTime,
generalTime GeneralizedTime }
UniqueIdentifier ::= BIT STRING
SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
algorithm AlgorithmIdentifier,
subjectPublicKey BIT STRING }
Extensions ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF Extension
Extension ::= SEQUENCE {
extnID OBJECT IDENTIFIER,
critical BOOLEAN DEFAULT FALSE,
extnValue OCTET STRING
-- contains the DER encoding of an ASN.1 value
-- corresponding to the extension type identified
-- by extnID
}
这个ASN.1代码是RFC5280定义的，描述了X.509证书的基本字段(省略了扩展字段)
下面是CRL的定义
CertificateList ::= SEQUENCE {
tbsCertList TBSCertList,
signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,
signature BIT STRING }
TBSCertList ::= SEQUENCE {
version Version OPTIONAL,
-- if present, MUST be v2
signature AlgorithmIdentifier,
issuer Name,
thisUpdate Time,
nextUpdate Time OPTIONAL,
revokedCertificates SEQUENCE OF SEQUENCE {
userCertificate CertificateSerialNumber,
revocationDate Time,
crlEntryExtensions Extensions OPTIONAL
-- if present, version MUST be v2
} OPTIONAL,
crlExtensions [0] Extensions OPTIONAL }
-- if present, version MUST be v2
-- Version, Time, CertificateSerialNumber, and Extensions were
-- defined earlier for use in the certificate structure
AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
algorithm OBJECT IDENTIFIER,
parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL }
-- contains a value of the type
-- registered for use with the
-- algorithm object identifier value
只要理解上面各个字段的函义，证书的定义就完全掌握了。
其中tbsCertList包含了证书主体，除了签名以外的内容全在这里面。
- 字段详解
4.1. version字段
0表示Version1,1表示Version2,2表示Version3
4.2. serialNumber字段
签发证书时的序列号，每次递增，用正整数表示。同一个CA签发的证书不能重复。
4.3. signature
这个定义的是签名算法。
4.4. issuer
证书发行方的DN，自签名证书这一项与subject相同
4.5. validity
证书书的有效期，ASN.1类型定义是UTC Time
4.6. subject
证书主题的DN，主题代表证书所代表的实体，也就是这个证书的持有人。
4.7. subjectPublicKeyInfo
主题的公钥信息，包含算法类型和公钥的Bit流数据
4.8. issuerUniqueID和subjectUniqueID
这是X.509 V2中增加的字段，issuer和subject的值是用唯一标识符表示的，RFC5280中并没有说UniqueID的长度和生成规则，而且这两个字段已很少使用。
4.9. extensions
这个就是在TLS X.509证书中常说的V3扩展，是在X.509V3中新增的字段，也是最复杂的一个字段。在RFC5280中的4.2节专门禅述了这个字段。
ASN.1定义
Extension ::= SEQUENCE {
extnID OBJECT IDENTIFIER,
critical BOOLEAN DEFAULT FALSE,
extnValue OCTET STRING
-- contains the DER encoding of an ASN.1 value
-- corresponding to the extension type identified
-- by extnID
}
extnID 是一个oid,标识扩展的类型
critical 标识该扩展是否是关键的
extnValue 扩展的值，按照ASN.1格式定义
这里只说在X.509中定义的标准扩展。
4.9.1. Authority Key Identifier
签发当前证书所用公钥的指纹,一个issuer可能有多个公钥。指纹是用160-bit SHA-1计算的。在ASN.1中用属性名authorityKeyIdentifier表示。
自签名证书这一项可忽略
4.9.2. Subject Key Identifier
主题公钥标识符，就是证书自己的公钥指纹了
4.9.3 Key Usage
Key Usage是一个bit开关字段，指定证书的用途。CA证书中KeyUsage是必选的。
ASN.1定义如下：
id-ce-keyUsage OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 15 }
KeyUsage ::= BIT STRING {
digitalSignature (0),
nonRepudiation (1), -- recent editions of X.509 have
-- renamed this bit to contentCommitment
keyEncipherment (2),
dataEncipherment (3),
keyAgreement (4),
keyCertSign (5),
cRLSign (6),
encipherOnly (7),
decipherOnly (8) }
digitalSignature 数据签名和验证(不包括证书和CRL)
nonRepudiation 不可否认性，签名和验证数据(不包括证书和CRL)时提供不可否认性(具有法律效力)
keyEncipherment 密钥加密
dataEncipherment 使用RSA公钥进行数据加密，很少使用
keyAgreement 密钥协商，如DH协议
keyCertSign 证书签名和验证，CA证书这一位必须为1
cRLSign CRL(证书吊销列表)签名和验证
encipherOnly 密钥协商时加密数据，需要与keyAgreement一起使用
decipherOnly 密钥协商时解密数据，需要与keyAgreement一起使用
4.9.4. Certificate Policies
证书策略指示证书的使用规范
ASN.1定义
id-ce-certificatePolicies OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 32 }
anyPolicy OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce-certificatePolicies 0 }
certificatePolicies ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF PolicyInformation
PolicyInformation ::= SEQUENCE {
policyIdentifier CertPolicyId,
policyQualifiers SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF
PolicyQualifierInfo OPTIONAL }
CertPolicyId ::= OBJECT IDENTIFIER
PolicyQualifierInfo ::= SEQUENCE {
policyQualifierId PolicyQualifierId,
qualifier ANY DEFINED BY policyQualifierId }
-- policyQualifierIds for Internet policy qualifiers
id-qt OBJECT IDENTIFIER ::= { id-pkix 2 }
id-qt-cps OBJECT IDENTIFIER ::= { id-qt 1 }
id-qt-unotice OBJECT IDENTIFIER ::= { id-qt 2 }
PolicyQualifierId ::= OBJECT IDENTIFIER ( id-qt-cps | id-qt-unotice )
Qualifier ::= CHOICE {
cPSuri CPSuri,
userNotice UserNotice }
CPSuri ::= IA5String
UserNotice ::= SEQUENCE {
noticeRef NoticeReference OPTIONAL,
explicitText DisplayText OPTIONAL }
NoticeReference ::= SEQUENCE {
organization DisplayText,
noticeNumbers SEQUENCE OF INTEGER }
DisplayText ::= CHOICE {
ia5String IA5String (SIZE (1..200)),
visibleString VisibleString (SIZE (1..200)),
bmpString BMPString (SIZE (1..200)),
utf8String UTF8String (SIZE (1..200)) }
由以上ASN.1代码可看出CertPolicyId都是由OID表示的。
定义很长，但实际上关键的就两个cPSuri和userNotice。cPSuri是一个URL，指向证书的使用规范，可以是html或pdf。userNotice是通知文本，相当于证书的使用公告或通知。X.509定义的证书策略就这两个，但是CA/Browser Forum还定义了以下TLS证书策略。
| 策略OID | 描述 |
|---|---|
| 2.23.140.1.1 | Extended Validation Certificate Policy |
| 2.23.140.1.2.1 | Domain Validation Certificates Policy |
| 2.23.140.1.2.2 | Organization Validation Certificates Policy |
这三项分别是EV，DV，OV证书策略,在TLS证书中至少要有一个。
完整的策略可以参考这里：
https://cabforum.org/resources/object-registry/
https://www.globalsign.com/en/repository/GlobalSign-CP-v7.4-final.pdf
4.9.5. Policy Mappings
当不同组织的CA交叉认证的时候，因为两个组织有不同的CP(Certificate Policies)定义,但是有些CP又是类似的，这时候就可以使用Policy Mappings把一个组织中的CP映射到另一个组织。
ASN.1定义
id-ce-policyMappings OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 33 }
id-ce-policyMappings OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 33 }
PolicyMappings ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF SEQUENCE {
issuerDomainPolicy CertPolicyId,
subjectDomainPolicy CertPolicyId }
issuerDomainPolicy 外部组织的CP
subjectDomainPolicy 本组织的CP
其中CertPolicyId就是策略的OID值。
4.9.6. Subject Alternative Name
Subject Alternative Name,顾名思义就是用来替代subject的DN的，如果存在Subject Alternative Name时subject的DN允许为空，但是Subject Alternative Name要标记critical。
ASN.1定义
id-ce-subjectAltName OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 17 }
SubjectAltName ::= GeneralNames
GeneralNames ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF GeneralName
GeneralName ::= CHOICE {
otherName [0] OtherName,
rfc822Name [1] IA5String,
dNSName [2] IA5String,
x400Address [3] ORAddress,
directoryName [4] Name,
ediPartyName [5] EDIPartyName,
uniformResourceIdentifier [6] IA5String,
iPAddress [7] OCTET STRING,
registeredID [8] OBJECT IDENTIFIER }
OtherName ::= SEQUENCE {
type-id OBJECT IDENTIFIER,
value [0] EXPLICIT ANY DEFINED BY type-id }
EDIPartyName ::= SEQUENCE {
nameAssigner [0] DirectoryString OPTIONAL,
partyName [1] DirectoryString }
由ASN.1代码可见SubjectAltName所允许的值非常宽泛，可以是域名，ip地址，DN，邮件地址或者其它的任何名字，甚至还可以是通配符”*”。在TLS证书中通常是域名或IP地址。
4.9.7. Subject Directory Attributes
Subject的一个或多个Directory属性，属于非关键字段，这个应该主要用于LDAP/X500了。
ASN.1定义
“`ASN.1
id-ce-subjectDirectoryAttributes OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 9 }
id-ce-subjectDirectoryAttributes OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 9 }
SubjectDirectoryAttributes ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF Attribute
<pre><code class="line-numbers">4.9.8. Basic Constraints
标识当前证书是否为CA以及自当前证书开始允许的证书链长度(pathLenConstraint)，只为证书为CA时证书链长度约束才有效。
ASN.1定义
“`ASN1
BasicConstraints ::= SEQUENCE {
cA BOOLEAN DEFAULT FALSE,
pathLenConstraint INTEGER (0..MAX) OPTIONAL }
cA 指示是否为CA
pathLenConstraint 自当前证书开始，允许的证书链长度
4.9.9. Name Constraints
用于限制CA签发证书时subject和Subject Alternative Name属性的值，这样就能限制CA只能为指定的域名签发证书。
只有CA才有NameConstraints字段，而且自签名CA没有这个字段。
“`ASN.1
id-ce-nameConstraints OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 30 }
<pre><code> NameConstraints ::= SEQUENCE {
permittedSubtrees [0] GeneralSubtrees OPTIONAL,
excludedSubtrees [1] GeneralSubtrees OPTIONAL }
GeneralSubtrees ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF GeneralSubtree
GeneralSubtree ::= SEQUENCE {
base GeneralName,
minimum [0] BaseDistance DEFAULT 0,
maximum [1] BaseDistance OPTIONAL }
BaseDistance ::= INTEGER (0..MAX)
</code></pre>
<pre><code class="line-numbers">4.9.10. Policy Constraints
在证书链中限制证书策略和策略映射，用于CA证书。
ASN.1定义
“`ASN1
id-ce-policyConstraints OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 36 }
PolicyConstraints ::= SEQUENCE {
requireExplicitPolicy [0] SkipCerts OPTIONAL,
inhibitPolicyMapping [1] SkipCerts OPTIONAL }
SkipCerts ::= INTEGER (0..MAX)
requireExplicitPolicy 指示证书链中多少个证书以后必须声明政书策略
inhibitPolicyMapping 指示证书链中多少个证书以后不能指定策略映射
4.9.11. Extended Key Usage
这个字段是对Key Usage的扩展，增加了更多Key Usage定义。
不同于Key Usage用状态字来定义，Extended Key Usage是用OID来定义的。
id-ce-extKeyUsage OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 37 }
ExtKeyUsageSyntax ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF KeyPurposeId
KeyPurposeId ::= OBJECT IDENTIFIER
anyExtendedKeyUsage OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce-extKeyUsage 0 }
id-kp OBJECT IDENTIFIER ::= { id-pkix 3 }
id-kp-serverAuth OBJECT IDENTIFIER ::= { id-kp 1 }
-- TLS WWW server authentication
-- Key usage bits that may be consistent: digitalSignature,
-- keyEncipherment or keyAgreement
id-kp-clientAuth OBJECT IDENTIFIER ::= { id-kp 2 }
-- TLS WWW client authentication
-- Key usage bits that may be consistent: digitalSignature
-- and/or keyAgreement
id-kp-codeSigning OBJECT IDENTIFIER ::= { id-kp 3 }
-- Signing of downloadable executable code
-- Key usage bits that may be consistent: digitalSignature
id-kp-emailProtection OBJECT IDENTIFIER ::= { id-kp 4 }
-- Email protection
-- Key usage bits that may be consistent: digitalSignature,
-- nonRepudiation, and/or (keyEncipherment or keyAgreement)
id-kp-timeStamping OBJECT IDENTIFIER ::= { id-kp 8 }
-- Binding the hash of an object to a time
-- Key usage bits that may be consistent: digitalSignature
-- and/or nonRepudiation
id-kp-OCSPSigning OBJECT IDENTIFIER ::= { id-kp 9 }
-- Signing OCSP responses
-- Key usage bits that may be consistent: digitalSignature
-- and/or nonRepudiation
对于TLS服务器证书必须包含id-kp-serverAuth
4.9.12. CRL Distribution Points
指定CRL文件的位置，这是个非关键字段。
id-ce-cRLDistributionPoints OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 31 }
CRLDistributionPoints ::= SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF DistributionPoint
DistributionPoint ::= SEQUENCE {
distributionPoint [0] DistributionPointName OPTIONAL,
reasons [1] ReasonFlags OPTIONAL,
cRLIssuer [2] GeneralNames OPTIONAL }
DistributionPointName ::= CHOICE {
fullName [0] GeneralNames,
nameRelativeToCRLIssuer [1] RelativeDistinguishedName }
ReasonFlags ::= BIT STRING {
unused (0),
keyCompromise (1),
cACompromise (2),
affiliationChanged (3),
superseded (4),
cessationOfOperation (5),
certificateHold (6),
privilegeWithdrawn (7),
aACompromise (8) }
distributionPoint http或ldap url,用于下载crl文件，可以有多个
reasons 证书吊销的原因
cRLIssuer CRL文件的签发者的DN，CRL和证书签发人不一样时才需要
4.9.13. Inhibit anyPolicy
限制anyPolicy的生效，也算一种策略约束
Conforming CAs MUST mark this extension as critical.
id-ce-inhibitAnyPolicy OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 54 }
InhibitAnyPolicy ::= SkipCerts
SkipCerts ::= INTEGER (0..MAX)
SkipCerts 指定证书链中多少个证书以后anyPolicy策略不再生效
4.9.14. Freshest CRL (a.k.a. Delta CRL Distribution Point)
增量CRL分发点，语法跟CRL Distribution Points一样
id-ce-freshestCRL OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ce 46 }
FreshestCRL ::= CRLDistributionPoints
4.9.15. Authority Information Access
授权信息访问，就是签发人(CA)的可访问的在线信息
id-pe-authorityInfoAccess OBJECT IDENTIFIER ::= { id-pe 1 }
AuthorityInfoAccessSyntax ::=
SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF AccessDescription
AccessDescription ::= SEQUENCE {
accessMethod OBJECT IDENTIFIER,
accessLocation GeneralName }
id-ad OBJECT IDENTIFIER ::= { id-pkix 48 }
id-ad-caIssuers OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ad 2 }
id-ad-ocsp OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ad 1 }
id-ad-caIssuers 指示证书链中各个上级CA的链接，用于对证书链进行验证。这个字段可以多次出现。
id-ad-ocsp CA的ocsp(Online Certificate Status Protocol)链接,维护证书的吊销状态
4.9.16. Subject Information Access
主题信息访问，就是证书持有人的可访问的在线信息，当subject是CA时这个扩展才存在
id-ad OBJECT IDENTIFIER ::= { id-pkix 48 }
id-ad-caRepository OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ad 5 }
id-ad-timeStamping OBJECT IDENTIFIER ::= { id-ad 3 }
id-ad-caRepository 证书仓库，就是CA签发证书后会放在这个仓库中，可以从这里下载证书
id-ad-timeStamping TSP(Time-Stamp Protocol)协议服务地址,TSP用于对时间进行签名，时间的签名信息是从TSP在线获取的。
- 签名
5.1. signatureAlgorithm
签名算法，与TBSCertificate.signature的值相同
5.2. signature
证书的具体签名信息
- 名词解释
6.1. DN
一个DN(distinguished name)是由多个RDN(relative distinguished name)组成的,DN中的一个字段就是一个RDN。在X500/LDAP中广泛使用。
这是LDAP/X.500用到的基本RDN字段
String X.500 AttributeType
—— ——————————————–
CN commonName (2.5.4.3)
L localityName (2.5.4.7)
ST stateOrProvinceName (2.5.4.8)
O organizationName (2.5.4.10)
OU organizationalUnitName (2.5.4.11)
C countryName (2.5.4.6)
STREET streetAddress (2.5.4.9)
DC domainComponent (0.9.2342.19200300.100.1.25)
UID userId (0.9.2342.19200300.100.1.1)
这些字段是在X500中定义的，参考RFC4514和RFC4519。
DN验证的时候忽略大小写和多余的空白符，DN必须支持UTF8。
这是X.509中用到的基本RDN字段，就是说这些字段是必须实现的。
* country,
* organization,
* organizational unit,
* distinguished name qualifier,
* state or province name,
* common name (e.g., “Susan Housley”), and
* serial number.
必须实现的附加字段
* locality,
* title,
* surname,
* given name,
* initials,
* pseudonym, and
* generation qualifier (e.g., "Jr.", "3rd", or "IV").
X.509中还必须实现domainComponent字段，domainComponent是LDAP中的DC(域给件)，不是DNS中的域名，详细介绍可以看LDAP/X.500。
因为有些系统使用DN名作为认证方法，所以DN的比较也是很重要的。
RFC5280中分为了三种情况，
– DN1和DN2的RDN数量相同，则DN1中的每个字段都能在DN2中找到相同的字段则认为DN1与DN2相同
– DN1和DN2的RDN数量相同，顺序也相同，并且则DN1中的每个字段都能在DN2中找到相同的字段则认为DN1与DN2相同
– DN1和DN2的RDN数量不同，则把较长的DN1从尾部把多余的RDN去掉，然后按前面的方法进行比较。DN的定义是大的单位在前面，小的单位在后面，所以这样等于DN1是否属于DN2的下属单位。
对于两个不同的实体DN不能相同，但是一个实体可以有多个DN。
在LDAP中DN是用于对目录名(DirectoryName)进行标识的。
6.2. Subject
代表持有证书的实体，可以是最实体，也可以是CA。
6.3. Issuer
代表签发证书的实体，一定是CA
参考：