如何手动计算和验证证书签名请求的签名

Question

• 我已经创建了一个密钥对

openssl genrsa -out test1 2048

• 然后使用该密钥创建证书签名请求

openssl req -new -key test1 -subj "/CN=foo" -out foo.csr

• 使用验证该证书openssl req -in foo.csr -text

  • 它包含我生成的密钥对的公钥

          Public Key Algorithm: rsaEncryption
          Public-Key: (2048 bit)
          Modulus:
              00:ca:c5:29:98:08:05:30:30:03:08:eb:23:c2:af:
              3e:2e:2d:dc:11:96:cb:2f:d1:1f:7f:41:a4:00:13:
              8a:ee:4b:36:5b:f2:c1:d1:0f:8b:27:11:34:08:bd:
              4d:df:7e:6d:7a:d7:f9:dd:ea:62:ad:fa:8f:8c:eb:
              47:5f:55:82:2c:13:c2:11:41:12:b9:87:0b:3d:08:
              86:1b:ad:71:16:89:1c:fa:07:4a:86:8f:80:a9:99:
              37:f7:e2:d4:d3:d8:b2:5f:7f:c9:05:51:73:f0:c8:
              59:ec:c3:09:a2:03:a5:6e:ec:8b:d9:9c:11:de:d3:
              df:55:a5:3f:0c:36:d6:93:8a:70:a0:b9:61:cd:c9:
              4a:09:ad:f7:3e:fd:ce:6f:5c:bb:00:69:e9:3b:3d:
              85:3b:01:1d:8f:6a:a7:d4:61:f9:b5:07:1e:90:ed:
              ab:3b:41:cc:db:e8:a0:e7:88:b7:77:35:66:30:b7:
              a6:cd:ea:d6:12:f5:ef:82:63:e9:46:29:2e:7c:10:
              0e:32:fd:04:2d:cd:62:0e:4b:74:46:f7:fd:f6:4a:
              8d:fb:82:9d:37:11:50:ea:9f:f0:d6:64:2b:50:a4:
              f0:18:6e:81:28:11:04:db:2a:0a:f7:b1:70:c5:78:
              fe:ed:e3:55:2c:64:f4:a5:a0:96:f5:11:3a:27:2c:
              5a:51
          Exponent: 65537 (0x10001)
    

  • 我在创建 CSR 时提供的主题属性

            Subject: CN=foo
    

  • 数字签名信息

    签名算法：sha256WithRSAEncryption 92:b0:82:a5:aa:98:4a:62:5a:84:8a:15:5c:6f:48:dc:e3:ec:7f:d5:04:e8:c1: 47:55:3c:b3:57:84:16:ff:5a:0d:29:2c:16:f2:cc:0c:18:c3:1f:d5:e1:57:3a:dd:8b: b1:c6:92:c3:fe:cb:2b:9d:7d:79:d5:64:eb:31:00:8b:5e:77:48:ce:66:6f:dd:7b:71: 41：f9：aa：6e：ea：ea：59：e0：cd：f8：db：a9：13：18：d2：2a：fc：12：25：b3：01：44：0c：b1：02： f7:1a:0f:d0:07:04:1d:9f:6f:a1:58:91:87:25:4a:d6:47:a6:b5:4e:3c:a1:fd:b6:6c: c3:96:16: c1:ab:00:d2:4c:95:ee:2c:01:2d:cf:0e:d0:62:1b:4f:0e:34: e3:e8:85:50: 63:74:eb:1f:ac:95:30:d4:df:43:7f:58:11:90:35:29:9d:85:94:dc:c8:c2:29:81:46: 71:20:62:9c:9c:f8:ef:ed:bc:8b:e3:d5:41:b3:14:f7:43:c6:b2:74:c2:22:06:a2:af: 88:68:2e:67:c4:de:ed:61:37:41:d6:df:8a:76:7d:42:5d:98:d3:c9:19:8b:1d:26:73: 92:95:0f:ba:c1:78:3a:55:87:e0:3e:16:13:34:6e:21:13:b9:da:b8:66:f3:0a:ec:79: ae:1a:95:6c:04:cf:b8:b5

以下是我的疑问：

1. 它考虑了哪些数据字段来计算签名？
2. 我们可以手动创建签名并使用 CSR 中提到的签名进行验证吗？

Answer 1

计算签名所依据的数据几乎是 CSR 中除签名算法和签名之外的所有内容。certificationRequestInfo这在RFC 2986中称为。

第二个问题：我们如何验证签名？

简短的回答：我们已经openssl为您做到了。

到目前为止，最简单的方法是要求openssl自己验证：

$ openssl genrsa -out test.key 2048
$ openssl req -new -key test.key -subj "/CN=foo" -out foo.csr
$ openssl req -in foo.csr -verify -noout
verify OK

完毕！

冗长（且乏味）的答案：手动执行

好的，所以您确实想手动执行此操作。让我们试一试吧。

鉴于上述情况，我们首先需要从 CSR 中提取所需的信息。转储 ASN.1 结构，我们得到：

$ openssl asn1parse -i -in foo.csr 
    0:d=0  hl=4 l= 595 cons: SEQUENCE          
    4:d=1  hl=4 l= 315 cons:  SEQUENCE          
    8:d=2  hl=2 l=   1 prim:   INTEGER           :00
   11:d=2  hl=2 l=  14 cons:   SEQUENCE          
   13:d=3  hl=2 l=  12 cons:    SET               
   15:d=4  hl=2 l=  10 cons:     SEQUENCE          
   17:d=5  hl=2 l=   3 prim:      OBJECT            :commonName
   22:d=5  hl=2 l=   3 prim:      UTF8STRING        :foo
   27:d=2  hl=4 l= 290 cons:   SEQUENCE          
   31:d=3  hl=2 l=  13 cons:    SEQUENCE          
   33:d=4  hl=2 l=   9 prim:     OBJECT            :rsaEncryption
   44:d=4  hl=2 l=   0 prim:     NULL              
   46:d=3  hl=4 l= 271 prim:    BIT STRING        
  321:d=2  hl=2 l=   0 cons:   cont [ 0 ]        
  323:d=1  hl=2 l=  13 cons:  SEQUENCE          
  325:d=2  hl=2 l=   9 prim:   OBJECT            :sha256WithRSAEncryption
  336:d=2  hl=2 l=   0 prim:   NULL              
  338:d=1  hl=4 l= 257 prim:  BIT STRING        

这是一个结构化的 CertificationRequest，由RFC 2986定义为：

CertificationRequest ::= SEQUENCE {
    certificationRequestInfo CertificationRequestInfo,
    signatureAlgorithm       AlgorithmIdentifier{{ SignatureAlgorithms }},
    signature                BIT STRING
}

DER 编码的 ASN.1格式certificationRequestInfo的（请参阅 RFC 了解结构详细信息）使用 中描述的算法signatureAlgorithm和私钥进行签名以生成signature。

让我们从 CSR 中提取我们需要的所有部分。该strparse值是您要导出的偏移量，这是上面输出中每行的第一个数字。

# Extract the certificationRequestInfo (data to be signed)
$ openssl asn1parse -in foo.csr -strparse 4 -out info.der

# Extract the public key.
$ openssl req -pubkey -in foo.csr -noout -out pub.pem

# Alternatively, you can use:
$ openssl asn1parse -in foo.csr -strparse 27 -out tmp.der
$ openssl rsa -pubin -inform DER -in tmp.der -out pub.pem

# Extract the raw signature bytes:
$ openssl asn1parse -in foo.csr -strparse 338 -out sig.raw
    0:d=0  hl=2 l=  70 cons: cont [ 3 ]        
Error in encoding
139935063934272:error:0D07209B:asn1 encoding routines:ASN1_get_object:too long:../crypto/asn1/asn1_lib.c:91:

忽略最后一个错误，这是因为提取的数据是原始签名字节，它不是 ASN.1 编码的。openssl还是很高兴的把它写到了文件里。

我们现在有以下文件：

• info.der：已签名的 DER 编码数据
• pub.pem：CSR请求者的公钥
• sig.raw：CSR 中包含的签名

让我们使用公钥验证 RSA 签名（因为签名算法就是这么说的）并提取原始哈希：

$ openssl rsautl -verify -pubin -inkey pub.pem -in sig.raw -out hash.der
$ openssl asn1parse -i -in hash.der -inform DER
    0:d=0  hl=2 l=  49 cons: SEQUENCE          
    2:d=1  hl=2 l=  13 cons:  SEQUENCE          
    4:d=2  hl=2 l=   9 prim:   OBJECT            :sha256
   15:d=2  hl=2 l=   0 prim:   NULL              
   17:d=1  hl=2 l=  32 prim:  OCTET STRING      [HEX DUMP]:192E0909DABC7454006628AA3F7FB009AFA62A17A44908CAE5E166E528DCDD11

它没有失败，所以我们已经知道公钥与用于签署数据的私钥相匹配。

最后一部分，longOCTET STRING是由 CSR 请求者计算的消息的原始哈希值：

192e0909dabc7454006628aa3f7fb009afa62a17a44908cae5e166e528dcdd11

让我们计算sha256以下的哈希值（再次：因为签名算法告诉我们这样做）certificationRequestInfo：

$ sha256sum info.der 
192e0909dabc7454006628aa3f7fb009afa62a17a44908cae5e166e528dcdd11  info.der

耶！哈希值等于从签名中提取的哈希值。

哈希值匹配，并且签名是由与 CSR 中列出的公钥相对应的私钥签名的。这是有效的 CSR。

完毕！看，我说过这会很乏味。