SSL 证书入门：概念、签发与本地 HTTPS

SSL（现代行业标准通常称为 TLS）是一套安全协议，SSL 证书就是基于该协议的数字证书，核心作用：加密互联网传输流量、校验服务器真实身份。

SSL 全称为安全套接字层，能够在 Web 浏览器与 Web 服务器之间建立加密通信链路。部署 SSL 证书之后网站就可以使用 HTTPS 协议。SSL 证书是存放在网站源服务器上的数据文件。

什么是 HTTPS？

超文本传输协议安全（HTTPS）是 HTTP 的安全版本，HTTP 是浏览器与网站之间传输数据的基础协议，HTTPS 在其基础上增加加密能力保障传输安全。

在传输登录账号、密码、个人隐私、医疗保险等敏感业务数据场景下，HTTPS 的加密能力尤为重要。现代 Web 最佳实践建议所有网站都启用 HTTPS，需要登录鉴权的网站更是必须使用。

现代浏览器会对 HTTP、HTTPS 做差异化标记：连接安全时，地址栏会给出安全连接提示（旧版常见为挂锁图标）。Chrome 等主流浏览器会将未启用 HTTPS 的网站标记为不安全。

SSL 证书是如何工作的？

一份 SSL 证书数据文件内包含以下信息：

针对其颁发证书的域名
证书颁发给哪一个人、组织或设备
证书由哪一证书颁发机构颁发
证书颁发机构的数字签名
关联的子域
证书的颁发日期
证书的到期日期
公钥（私钥为保密状态）

密码学说明：SSL 使用非对称加密机制，使用公钥加密的数据只能使用配套私钥解密。公钥放置在证书内对外公开，私钥必须严格保密，不能对外泄露。

证书部署在网站源服务器，浏览器访问网站的时候服务器会将证书下发给访问设备。

大部分浏览器支持查看证书详情：Chrome 浏览器点击地址栏左侧挂锁图标，即可查看完整证书信息。

如何获取 SSL 证书？

想要证书被浏览器、操作系统信任，域名证书必须由 CA（证书颁发机构）签发。 CA 是受广泛信任的第三方机构，负责生成、颁发 SSL 证书；CA 使用自身私钥对证书进行数字签名，客户端设备通过校验签名确认证书合法性。部分 CA 机构证书服务收费，也存在免费 CA 机构（例如 Let’s Encrypt）。

证书签发完成后，需要上传并且在源站 Web 服务器完成安装激活。很多云托管平台可以代为完成证书部署。服务器证书激活成功后，网站就可以通过 HTTPS 访问，网站往返流量全部被加密保护。

什么是自签名 SSL 证书？

任何人都可以生成公私钥对，自行组装全部证书信息，制作证书，该类证书称为自签名证书。

自签名证书使用网站自身私钥完成签名，没有外部 CA 权威机构校验服务器身份。

重要特性：浏览器默认不信任自签名证书；即使地址栏协议是 https，浏览器依旧标记站点不安全，极端场景浏览器直接断开网络连接，网站无法加载。

备注：为了解决浏览器信任问题，可将根证书添加到系统或浏览器的受信任根证书颁发机构。

使用范围限制：仅用于内网、本地开发测试，禁止公网生产环境直接使用自签名证书。

不同类型证书的区别

区分证书不是依靠文件后缀，依靠文件实际内容与编码格式；同一份证书可以导出为多种后缀格式。

.pem、.key： .pem 证书文件一般是文本格式，可以存放证书或私钥，或者两者都包含。 .pem 文件如果只包含私钥，一般用 .key 文件代替。
.csr： 数字证书签名请求文件（Certificate Signing Request），将其提交给证书颁发机构（CA）对证书签名。
.der、.cer：证书的公钥格式（证书颁发机构签名后的证书或者自签名证书，包含证书持有人的信息、持有人的公钥以及签署者的签名等信息）。文件是二进制格式，只含有证书信息，不包含私钥。
.crt： 证书的公钥格式。证书文件是二进制格式或文本格式，一般为文本格式，功能与 .der 及 .cer 证书文件相同（cer 是 crt 证书的微软形式）。
.jks： keytool 证书工具支持的证书私钥格式。
.pfx、.p12：微软支持的私钥格式（.p12 是 .pfx 的新格式）。证书文件是二进制格式，同时包含证书和私钥，且一般有密码保护；
.keystore、.truststore：两者本质都是 keystore，都是储存密钥的容器。keystore 用来存储自己的公钥和私钥，而 truststore 用来存储自己信任对象的公钥。.truststore 是必须的，如果没有显式的指定，那么 Java 会默认指定为 $JAVA_HOME/lib/security/cacerts 文件。

不同语言需要的证书格式并不一致，比如：Java 采用 jks、.NET 采用 pfx 和 cer、PHP 则采用 pem 和 cer。

OpenSSL

openssl 是一个功能丰富且自包含的开源安全工具箱。

它提供的主要功能有：SSL、TLS 协议实现（早期版本还包括已废弃的 SSLv2、SSLv3）、大量软算法（对称、非对称、摘要）、大数运算、非对称算法密钥生成、ASN.1 编解码库、证书请求（PKCS10）编解码、数字证书编解码、CRL 编解码、OCSP 协议、数字证书验证、PKCS7 标准实现和 PKCS12 个人数字证书格式实现等功能。

openssl 采用 C 语言作为开发语言，这使得它具有优秀的跨平台性能。openssl 支持 Linux、UNIX、Windows、macOS 等平台。

版本提示：OpenSSL 3.x 仍可生成 PKCS#12（.p12）。若旧系统（部分 Java、Windows）无法导入，生成时需加 -legacy，以兼容较旧的加密算法。

生成根证书

根证书（root.key）

openssl genrsa -out root.key 2048

genrsa：产生 rsa 密钥命令。
-out：输出路径。
2048：密钥的长度位数（本命令已显式指定；旧版 genrsa 未指定时默认曾为 512 位）。

可查看详细解析，包含两个大素数和两个指数和一个系数：

openssl rsa -in root.key -text

Private-Key: (2048 bit, 2 primes)
modulus:
publicExponent: 65537 (0x10001)
privateExponent:
prime1:
prime2:
exponent1:
exponent2:
coefficient:
writing RSA key
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
-----END PRIVATE KEY-----

也可通过命令提取公钥：

openssl rsa -pubout -in root.key

writing RSA key
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
-----END PUBLIC KEY-----

根证书请求文件（root.csr）

openssl req -new -out root.csr -key root.key -keyform PEM

Country Name (2 letter code) [AU]:cn
State or Province Name (full name) [Some-State]:zj
Locality Name (eg, city) []:hz
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:lizhao
Organizational Unit Name (eg, section) []:lizhao
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []:app.xxx.com
Email Address []:1927344728@qq.com
Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:123456
An optional company name []:lizhao

CSR：Certificate Signing Request 英文缩写，即证书请求文件。
req：产生证书签发申请命令。
-new：新请求。
-out：输出路径。
-key：密钥是 root.key 文件。
-keyform PEM：证书有 pem 和 der 格式之分。pem 为文本编码，常见于 Nginx、Apache、Node；der 为二进制编码。

签发根证书（root.cer）

openssl x509 -req -in root.csr -out root.cer -signkey root.key -CAcreateserial -days 3650

Warning: ignoring -CAcreateserial option since -CA option is not given
Certificate request self-signature ok
subject=C=cn, ST=zj, L=hz, O=lizhao, OU=lizhao, CN=lizhao, emailAddress=1927344728@qq.com

x509：签发 X.509 格式证书命令
-req：表示证书输入
-in：表示输入文件。
-out：表示输出文件。
-signkey：表示自签名。
-CAcreateserial：创建证书序列号，使用此选项，当 CA 序列号文件不存在时将被创建。它将包含序号“02”，正在签名的证书将具有 1 作为其序列号。通常如果指定了 -CA 选项并且序列号文件不存在，则会出现错误。
-days：表示有效时间。部分校验场景对过长有效期更严格，自签根证书用 3650 天一般仍可用。

生成 p12 格式证书

openssl pkcs12 -export -out root.p12 -inkey root.key -in root.cer

生成服务端证书

# 服务器私钥（server.key）
openssl genrsa -out server.key 2048

# 服务端请求文件（server.csr）
openssl req -new -out server.csr -key server.key -keyform PEM

# 注意：Windows 下，'/' 会被解析为路径
openssl req -new -out server.csr -key server.key -keyform PEM -subj /C=cn/ST=zj/L=hz/O=lizhao/OU=lizhao/CN=lizhao/emailAddress=1927344728@qq.com

# 使用根证书签发服务器证书（server.cer）
openssl x509 -req -in server.csr -out server.cer -CA root.cer -CAkey root.key -CAcreateserial -days 365

生成客户端证书

# 客户端私钥（client.key）
openssl genrsa -out client.key 2048

# 客户端请求文件（client.csr）
openssl req -new -out client.csr -key client.key -keyform PEM

# 使用根证书签发客户端证书（client.cer）
openssl x509 -req -in client.csr -out client.cer -CA root.cer -CAkey root.key -CAcreateserial -days 365

# 生成客户端 p12 格式证书
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.cer -inkey client.key -out client.p12

证书格式转换

# 转 P12（下文 `.crt` 与上文 `.cer` 为同类证书公钥文件，按实际文件名替换即可）
openssl pkcs12 -export -in client.crt -inkey client.key -out client.p12 -name "client" 

# crt 转 pem
openssl x509 -in client.crt -out client.pem -outform PEM

# crt 转 cer
openssl x509 -in server.crt -out server.cer -outform der
openssl x509 -in client.crt -out client.cer -outform der

# 转 der
openssl x509 -in client.crt -outform der -out client.der

# 测试证书命令
curl --cacert root.crt --cert client.crt --key client.key --tlsv1.2 --insecure https://aaa.xxx.cn/api/bbb

keytool

Keytool 是一个 Java 数据证书的管理工具，Keytool 将密钥（key）和证书（certificates）存在一个称为 keystore 的文件中。在 JDK 1.4 以后的版本自带 keytool，位于：%JAVA_HOME%\bin\keytool.exe。

# 生成签名证书
keytool -genkey -alias client -keyalg RSA -keysize 2048 -validity 36500 -keystore client.keystore

# 查看证书
keytool -list -v -keystore client.keystore

# .keystore 转 .p12
keytool -importkeystore -srckeystore client.keystore -srcstoretype JKS -deststoretype PKCS12 -destkeystore client.p12

# .p12 转 .jks
keytool -v -importkeystore -srckeystore client.p12 -srcstoretype PKCS12 -destkeystore client.jks -deststoretype JKS

# .jks 转 .pem
keytool -export -rfc -keystore client.jks -alias client -file client.pem

keytool -genkey -alias server -keyalg RSA -keysize 2048 -validity 36500 -keystore server.keystore

keytool -importkeystore -srckeystore server.keystore -srcstoretype JKS -deststoretype PKCS12 -destkeystore server.p12

keytool -v -importkeystore -srckeystore server.p12 -srcstoretype PKCS12 -destkeystore server.jks -deststoretype JKS

keytool -export -rfc -keystore server.jks -alias server -file server.pem

mkcert

mkcert 是一个使用 Go 语言编写的生成本地自签证书的小程序，具有跨平台、使用简单、支持多域名、自动信任 CA 等一系列方便的特性，仅供本地开发环境快速搭建 HTTPS，禁止公网生产环境使用。

安全警告：mkcert 生成的 rootCA-key.pem 拥有劫持本机全部 HTTPS 请求的能力，切勿分享、外泄该私钥文件。

安装

不同操作系统安装方式，参考官方仓库，下面为常用方式。

macOS

brew install mkcert
brew install nss # 适配 Firefox 浏览器

Linux（Debian、Ubuntu）

sudo apt install libnss3-tools
# 二进制包安装
curl -JLO "https://dl.filippo.io/mkcert/latest?for=linux/amd64"
chmod +x mkcert-v*-linux-amd64
sudo cp mkcert-v*-linux-amd64 /usr/local/bin/mkcert

Windows（Chocolatey）

choco install mkcert

使用命令

mkcert 规避了繁杂的 openssl 命令，几个简单的参数就可以生成一个本地可信的 HTTPS 证书了。

# 将 mkcert 使用的根证书加入了本地可信 CA
mkcert -install

# 生成自签证书
mkcert localhost 127.0.0.1 ::1

Node 不会读取系统根信任库，使用 mkcert 证书的 Node 项目，需要设置环境变量指定 CA 文件：
export NODE_EXTRA_CA_CERTS="$(mkcert -CAROOT)/rootCA.pem"
移动端设备使用：需要拿到 mkcert -CAROOT 输出路径下的 rootCA.pem，在手机手动安装根证书，移动端访问本地 HTTPS 服务才会信任证书。

高级参数示例：

# 指定输出证书、私钥文件名
mkcert -key-file key.pem -cert-file cert.pem localhost 127.0.0.1

# 使用 ecdsa 椭圆曲线密钥生成证书
mkcert -ecdsa localhost

# 输出 pkcs12 格式
mkcert -pkcs12 localhost

# 根据已有 csr 请求文件生成证书
mkcert -csr xxx.csr

查看 CA 根证书存放路径

mkcert -CAROOT

环境变量 CAROOT 可以自定义 mkcert 存放 CA 证书目录；TRUST_STORES 环境变量可以限定需要写入的信任存储。

如何使用证书？

Node.js 中使用

const fs = require("fs")
const express = require("express")
const https = require("https")
const app = express()
const server = https.createServer({
    key: fs.readFileSync('./clientKey.pem'),
    cert: fs.readFileSync('./clientCert.pem')
}, app).listen(9601, () => {
    console.log('本地安全链接：https://localhost:9601')
})

webpack 中使用

通常启动本地服务是通过 http://localhost 来访问的，这在目前普遍使用 HTTPS 协议的情况下，可能会遇到一些问题。比如：无法访问 HTTPS 保护服务器，或者可访问，但限制了 Cookie 发送（iOS）。

module.exports = {
    devServer: {
        https: true,
        key: fs.readFileSync('./clientKey.pem'),
        cert: fs.readFileSync('./clientCert.pem')
    }
}

实测： 可以用 https://localhost:9601 访问，但无法用 https://0.0.0.0:9601 或者本地 IP 访问，Chrome 中报错：net::ERR_CERT_INVALID。

备注：webpack-dev-server 4+ 将 https: true 调整为 server: { type: 'https', options: { key, cert } }，配置时按所用版本选择。

uni-app 中使用

uni.configMTLS({
    certificates: [{
        'host': 'www.test.com',
        'client': '/static/client.p12',
        'clientPassword': '123456789',
        'server': ['/static/server.cer'],
    }],
    success ({code}) {
        console.log(code)
    }
});

参考资料

OpenSSL 中文手册

mkcert 官方仓库

什么是 SSL 证书？

SSL证书入门：概念、签发与本地HTTPS