TLS/SSL 憑證檔內容深度解析

2025-03-07 11:31 PM

1,480

之前示範過用 openssl s_client -connect www.google.com:443 -showcerts 指令取回網站的 TLS 憑證：(下圖 BEGIN CERTIFICATE 及 END CERTIFICATE 包夾的 Base64 編碼內容)

將這段文字複製出來存成 .cer 或 .crt，在 Windows 點兩下檔案可開啟憑證檢視器查看。

如果你也對如何從這段神祕編碼解析憑證資訊感到好奇，表示你是本篇文章的 TA，歡迎繼續讀下去。否則請關上網頁，把生命花在其他美好事物上。

先了解幾個名詞：

Privacy-Enhanced Mail，PEM 格式儲存、傳輸金鑰、公開金鑰憑證和其他資料的檔案格式的業界標準，即用 -----BEGIN XXX---- 包夾 -----END XXX----- 的文字表示格式。
PKCS#* 標準
Public Key Cryptography Standards, PKCS 是 RSA 實驗室定義的一系列公開公鑰相關標準。
- PKCS#1 - RSA 密碼編譯標準，可用於表示 RSA 公私鑰(-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----、-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----、-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----)
- PKCS#13 - 橢圓曲線密碼學標準，可用於表示 EC 私鑰(-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----)
- PKCS#8 - 私鑰訊息表示標準，通用私鑰標準，一般會先用 PKCS#5 PDBKDF2 加密再轉成 PEM (-----BEGIN PRIVATE KEY-----、-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----)
- PKCS#7 - 密碼訊息語法標準，可交換簽章/密文，常用於郵件加密(S/MIME)，Windows 附檔名 .p7b。(-----BEGIN PKCS7-----)
- PKCS#12 - 個人訊息交換標準，包含私鑰與公鑰憑證(私鑰採密碼保護)，副檔名為 .p12 或 .pfx。可視為 .PKCS#7 擴充，額外儲存憑證、私鑰及 CRL。常用於 HTTPS/TLS。(-----BEGIN PKCS12-----)
X.509 證書
公鑰憑證的格式標準，包含公鑰、身分資訊(如網路主機名，組織名稱或個體名稱)和簽章資訊(憑證簽發機構 CA 的簽章或自簽章，常以 PEM 形式表示 (-----BEGIN CERTIFICATE-----)
ASN.1
ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) 是一套語法標準，可靈活表示結構化資料。ASN.1 本身只定義訊息的抽象語法，具體編碼細節另有 BER、CER、DER、PER、XER 等編碼規則定義，電子憑證與簽章最常用的編碼規則是 DER Distinguished Encoding Rules。

以文章開始提到的憑證 PEM 為例，Base64 編碼的內容是 ASN.1 語法表示的 X.509 憑證資料。

要解析 ASN.1 內容，最方便的工具是 ASN.1 JavaScript decoder，將 PEM 內容貼到網頁上，憑證內容會被詳細拆解，滑鼠移到特定欄位值還會對映顯示二進位資料的所在位置，解析結果還能透過連結分享，大家可以實際操作看看。

ASN.1 是一種巢狀結構，以層層 Tag 識別、長度、資料形式層層套疊，還包含一些複雜位元組合規則以節省位元數。在解讀憑證資料時，主角是 2.5.29.15 這些 OID (Object Identifier)，可以想像成類似 Domain Name 的全球唯一標識。以 2.5.29.15 為例：

2：ISO 分配的根節點
5：ISO 國家分配
29：X.509 證書擴展(Extension)
15：特定擴展（在此為 keyUsage）

Global OID reference database 可以查到全世界所有 OID，要研究 X.509 憑證可查詢 2.5.29 所屬 OID 列表。

以下是憑證欄位層級結構及值：(使用 openssl asn1parse -in google.cer 也可取得欄位資訊，但較難對映 ASN.1 結構)

tbsCertificate
version 版本號
- Value: 2
serialNumber 序號
- Value: (127 bit) 159065829549671771046114131679853313918 **[1]**
signature
    algorithm 簽章演算法
    - Value: 1.2.840.113549.1.1.11 (sha256WithRSAEncryption, PKCS #1)
      - SHA-256 與 RSA 加密（PKCS #1）- 用於數位簽名
issuer
    RelativeDistinguishedName (1)
        type
        - Value: 2.5.4.6 (countryName, X.520 DN component)
          - 國家名稱（X.520 識別名稱組件）- 證書中國家的名稱
        value
        - Value: US
          - 美國
    RelativeDistinguishedName (2)
        type
        - Value: 2.5.4.10 (organizationName, X.520 DN component)
          - 組織名稱（X.520 識別名稱組件）- 證書中組織的名稱
        value
        - Value: Google Trust Services
    RelativeDistinguishedName (3)
        type
        - Value: 2.5.4.3 (commonName, X.520 DN component)
          - 公共名稱（X.520 識別名稱組件）- 證書中實體的公共名稱
        value
        - Value: WR2
          - WR2
validity
    notBefore
    - Value: 2025-01-06 08:37:56 UTC
      - 有效期自
    notAfter
    - Value: 2025-03-31 08:37:55 UTC
      - 有效期到
subject
    type
    - Value: 2.5.4.3 (commonName, X.520 DN component)
      - 公共名稱（X.520 識別名稱組件）- 證書中實體的公共名稱
    value
    - Value: www.google.com
subjectPublicKeyInfo
    algorithm
        algorithm 
        - Value: 1.2.840.10045.2.1 (ecPublicKey, ANSI X9.62 public key type)
          - ecPublicKey（ANSI X9.62 公鑰類型）- 用於橢圓曲線加密的公鑰類型
        parameters 公開金鑰參數 ECDSA_P256
        - Value: 1.2.840.10045.3.1.7 (prime256v1, ANSI X9.62 named elliptic curve)
          - prime256v1（ANSI X9.62 命名橢圓曲線）- prime256v1 橢圓曲線參數
    subjectPublicKey 公開金鑰
    - Value: (520 bit) 0000010010011110...
      - 主體公鑰
extensions
    Extension (1) - keyUsage
        extnID
        - Value: 2.5.29.15 (keyUsage, X.509 extension)
          - 金鑰使用方法（X.509 擴充）- 定義證書金鑰的用途
        critical
        - Value: true
        extnValue
        - Value: 03020780
          - Encapsulated: BIT STRING (1 bit) 1 = 80
    Extension (2) - extKeyUsage
        extnID
        - Value: 2.5.29.37 (extKeyUsage, X.509 extension)
          - 增強金鑰用途（X.509 擴充）- 定義證書金鑰的額外用途
        extnValue
        - Value: 300A06082B06010505070301
          - Encapsulated: SEQUENCE (1 element)
            - Value: 1.3.6.1.5.5.7.3.1 (serverAuth, PKIX key purpose)
            - 伺服器驗證（PKIX 金鑰用途）- 用於伺服器身份驗證
    Extension (3) - basicConstraints
        extnID
        - Value: 2.5.29.19 (basicConstraints, X.509 extension)
          - 基本限制（X.509 擴充）- 定義證書是否為 CA 並限制其層級
        critical
        - Value: true
        extnValue
        - Value: 3000
          - Encapsulated: SEQUENCE (0 elements)
    Extension (4) - subjectKeyIdentifier
        extnID
        - Value: 2.5.29.14 (subjectKeyIdentifier, X.509 extension)
          - 主體金鑰識別碼（X.509 擴充）- 識別證書主體的金鑰
        extnValue
        - Value: 0414F3102801C586873FC0473A7A4D6BA5C9011C9DF4
          - Encapsulated: OCTET STRING (20 byte) F3102801C586873FC0473A7A4D6BA5C9011C9DF4 **[2]**
    Extension (5) - authorityKeyIdentifier
        extnID
        - Value: 2.5.29.35 (authorityKeyIdentifier, X.509 extension)
          - 授權單位金鑰識別元（X.509 擴充）- 識別簽發證書的權威金鑰
        extnValue
        - Value: 30168014DE1B1EED7915D43E3724C321BBEC34396D42B230
          - Encapsulated: SEQUENCE (1 element)
            - Value: DE1B1EED7915D43E3724C321BBEC34396D42B230 **[3]**
    Extension (6) - authorityInfoAccess
        extnID
        - Value: 1.3.6.1.5.5.7.1.1 (authorityInfoAccess, PKIX private extension)
          - 授權單位存取（PKIX 私有擴充）- 提供存取簽發證書權威資訊的方法
        extnValue
        - Value: 304A302106082B060105050730018615687474703A2F2F6F2E706B692E676F6F672F777232...
          - Encapsulated: SEQUENCE (2 elements)
            - Element 1: SEQUENCE (2 elements)
              - Value: 1.3.6.1.5.5.7.48.1 (ocsp, PKIX OCSP)
                - OCSP（PKIX 線上證書狀態協議）- 用於證書撤銷狀態查詢
              - Value: http://o.pki.goog/wr2
                - http://o.pki.goog/wr2
            - Element 2: SEQUENCE (2 elements)
              - Value: 1.3.6.1.5.5.7.48.2 (caIssuers, PKIX subject/authority info access descriptor)
                - CA 發行者（PKIX 主體/權威資訊存取描述符）- 提供 CA 的發行者資訊
              - Value: http://i.pki.goog/wr2.crt
                - http://i.pki.goog/wr2.crt
    Extension (7) - subjectAltName
        extnID
        - Value: 2.5.29.17 (subjectAltName, X.509 extension)
          - 主體別名（X.509 擴充）- 定義證書主體的額外名稱
        extnValue
        - Value: 3010820E7777772E676F6F676C652E636F6D
          - Encapsulated: SEQUENCE (1 element)
            - Value: www.google.com
    Extension (8) - certificatePolicies
        extnID
        - Value: 2.5.29.32 (certificatePolicies, X.509 extension)
          - 憑證原則（X.509 擴充）
        extnValue
        - Value: 300A3008060667810C010201
          - Encapsulated: SEQUENCE (1 element)
            - Value: 2.23.140.1.2.1 (domainValidated, CAB Certificate Policies)
              - 網域驗證（CAB 證書政策）- 用於網域驗證證書的政策識別符
    Extension (9) - cRLDistributionPoints
        extnID
        - Value: 2.5.29.31 (cRLDistributionPoints, X.509 extension)
          - CRL 發佈點（X.509 擴充）- 定義證書撤銷列表（CRL）的分發點
        extnValue
        - Value: 302D302BA029A0278625687474703A2F2F632E706B692E676F6F672F7772322F373572...
          - Encapsulated: SEQUENCE (1 element)
            - Value: http://c.pki.goog/wr2/75r4ZyA3vA0.crl
    Extension (10) - googleSignedCertificateTimestamp
        extnID
        - Value: 1.3.6.1.4.1.11129.2.4.2 (googleSignedCertificateTimestamp, Google Certificate Transparency)
          - Google Signed Certificate Timestamp（Google 證書透明度）- 用於證書透明度的時間戳，SCT 清單 
        extnValue 
        - Value: 0481F100EF007500 CCFB0F6A85710965FE959B53CEE9B27C22E9855C0D978DB6A97E5... **[4]**
signatureAlgorithm
algorithm 
- Value: 1.2.840.113549.1.1.11 (sha256WithRSAEncryption, PKCS #1)
  - SHA-256 與 RSA 加密（PKCS #1）- 用於數位簽名
parameters
signature
Value: (2048 bit) 001001101000001010100111100101000110101001101011101111101111010000110…
  - 簽名

以上內容可跟 Winows 憑證檢視的各欄位一一對映上：(見 **[N]** 標註位置)

[1] 序號 159065829549671771046114131679853313918 轉 16 進位 77aaf6e49cd0fc60094126dfd21e7f7e

const decimalValue = '159065829549671771046114131679853313918';
const bigIntValue = BigInt(decimalValue);
const hexValue = bigIntValue.toString(16); // 將結果轉成大寫
console.log(hexValue); // 輸出：77AAF6E49CD0FC60094126DFD21E7F7E

[2] 主體金鑰識別碼 f3102801c586873fc0473a7a4d6ba5c9011c9df4
[3] 授權單位金鑰識別元 de1b1eed7915d43e3724c321bbec34396d42b230
[4] SCT 清單 ccfb0f6a85710965fe959b53cee9b27c22e9855c0d978db6a97e5...

至於憑證指紋是將整個 DER byte[] 做 SHA1：

用 PowerShell 計算：

或用 openssl x509 -in google.pem -fingerprint -sha1：

拼上最後一塊拼圖，完美! 收工。

【擴充閱讀】

cryptography证书私钥公钥PEM格式解析 by 临渊

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