第三节：HTTPS数字证书和数字证书链

为了保证信息在传输中的安全和双方的身份不被冒充，HTTPS在建立安全链接阶段使用了公钥、私钥两把“钥匙”——非对称加密。非对称意思是：公钥加密的内容，只有私钥才能解密。私钥加密的内容，只有公钥才能解密。公钥是公开的，私钥保存在服务器端。

由上图可看出只有拥有了“私钥”的服务器才能解密出“公钥”加密的对话内容。如果客户端获取到的公钥确实是由真正服务器生成的，那么就能确保了服务器的身份不是伪造的。现在问题来了，因为公私钥的生成算法是开源的，每个服务器都能提供并生成自己的一对公私钥，客户端如何确认拿到的公钥不是伪造的。

这里引出了另外一个安全机制，就是数字证书链。证书链的核心是证书中心(certificate authority，简称CA)，合法CA的公钥是预存在操作系统和浏览器里的，只有通过了CA认证的服务器公钥才被浏览器客户端认为是可信的公钥。认证的原理很简单，依然是公私钥原理。CA拿自己的私钥去给需要认证的服务器公钥签名，生成一个“数字证书”。数字证书是包含了CA的签名，服务器自身公钥等等信息的集合体。浏览器拿着CA的公钥去验证该签名。只有被CA公钥验证通过的证书才是可信任的证书。有了这个逻辑，整个安全证书链信任系统就构成了。

客户端验证服务器证书
第三节：HTTPS数字证书和数字证书链 - 图1

回到最初的思路分析：建立一个可以同时与客户端和服务端进行通信的网络服务。

现在需要解决的是如何得到客户端的信任，才能建立与客户端的通信。经过上面的分析，突破口就是CA证书。只要自定义的CA证书得到了客户端的信任，我就能用CA证书签发各种“伪造”的服务器证书。简单说就是让客户端系统安装上我们自定义的CA证书。

由于生成证书的方法是开源的，这里用到的是一个Node.js的库。但需要注意的是，使用什么样的方式生成CA根证书并不影响我们最终实现一个HTTPS中间人代理，如果你对openssl生成证书的方式比较熟悉，用openssl完成这一步也是可行的。

生成CA证书代码核心部分：

完整源码：../code/chapter3/createRootCA.js

npm script运行方式

⚠️注意：

第一步：

首先双击打开证书文件rootCA/rootCA.crt

第二步：

第三步：

第三节：HTTPS数字证书和数字证书链 - 图2

第四步：

检查证书安装

命令行输入certmgr.msc，如下图可以看到新安装的证书

第三节：HTTPS数字证书和数字证书链 - 图3

Mac

项目根路径下执行下面命令

输入用户密码后即可安装成功。

检查证书安装

输入命令open /Library/Keychains/System.keychain 可查看安装情况如下图

生成一个伪造的github的证书

  1. const forge = require('node-forge');
  2. const pki = forge.pki;
  3. const fs = require('fs');
  4. const path = require('path');
  5. const mkdirp = require('mkdirp');
  7. // CNanme
  8. var domain = 'github.com';
  10. var caCertPem = fs.readFileSync(path.join(__dirname, '../../rootCA/rootCA.crt'));
  11. var caKeyPem = fs.readFileSync(path.join(__dirname, '../../rootCA/rootCA.key.pem'));
  12. var caCert = forge.pki.certificateFromPem(caCertPem);
  13. var caKey = forge.pki.privateKeyFromPem(caKeyPem);
  15. var keys = pki.rsa.generateKeyPair(1024);
  16. var cert = pki.createCertificate();
  17. cert.publicKey = keys.publicKey;
  18. cert.serialNumber = (new Date()).getTime() + '';
  19. cert.validity.notBefore = new Date();
  20. cert.validity.notBefore.setFullYear(cert.validity.notBefore.getFullYear() - 1);
  21. cert.validity.notAfter = new Date();
  22. cert.validity.notAfter.setFullYear(cert.validity.notAfter.getFullYear() + 1);
  25.     name: 'commonName',
  26.     value: domain
  27. }, {
  28.     name: 'countryName',
  29.     value: 'CN'
  30. }, {
  31.     shortName: 'ST',
  32.     value: 'GuangDong'
  33. }, {
  34.     name: 'localityName',
  35.     value: 'ShengZhen'
  36. }, {
  37.     name: 'organizationName',
  38.     value: 'https-mitm-proxy-handbook'
  39. }, {
  40.     shortName: 'OU',
  41.     value: 'https://github.com/wuchangming/https-mitm-proxy-handbook'
  42. }];
  44. cert.setIssuer(caCert.subject.attributes);
  45. cert.setSubject(attrs);
  47. cert.setExtensions([{
  48.     name: 'basicConstraints',
  49.     critical: true,
  50. }, {
  51.     name: 'keyUsage',
  52.     critical: true,
  53.     digitalSignature: true,
  55.     keyEncipherment: true,
  56.     dataEncipherment: true,
  57.     keyAgreement: true,
  58.     keyCertSign: true,
  59.     cRLSign: true,
  60.     encipherOnly: true,
  61.     decipherOnly: true
  62. }, {
  63.     name: 'subjectKeyIdentifier'
  64. }, {
  65.     name: 'extKeyUsage',
  66.     serverAuth: true,
  67.     clientAuth: true,
  68.     codeSigning: true,
  69.     emailProtection: true,
  70.     timeStamping: true
  71. }, {
  72.     name: 'authorityKeyIdentifier'
  73. }]);
  74. cert.sign(caKey, forge.md.sha256.create());
  76. var certPem = pki.certificateToPem(cert);
  77. var keyPem = pki.privateKeyToPem(keys.privateKey);
  78. console.log(certPem);
  79. console.log(keyPem);

npm script运行方式

执行完npm run createCertByRootCA后，CA根证书的公私钥会生成到项目根路径的cert文件夹下：

通过证书链的原理可以了解，获取CA认证的方法就是用CA证书的私钥给需要认证的子证书签名。上面的代码即是根据这个原理伪造了一个github.com域名的子证书。

证书中的Common Name字段表明了该证书对应的域名
第三节：HTTPS数字证书和数字证书链 - 图4

如果需要代表多个域名时需要用到扩展字段Subject Alternative Name

另外和CA根证书最大的不同是，该子证书是用CA根证书的私钥签名，而CA根证书是用自己的私钥自签名。这也从代码的角度认识到了证书链的原理 

  1. // 用CA根证书私钥签名