自签名证书工具cfssl详解

自签名证书工具cfssl详解

概述

GitHub地址：https://github.com/cloudflare/cfssl
官方地址：https://pkg.cfssl.org

CFSSL（CloudFlare's PKI and TLS toolkit）由 CloudFlare 用go语言开发的一个开源工具，用于证书签名、验证和管理。

生成自签证书的方式有多种，CFSSL支持签发三种类型的证书：‌client证书、‌server证书以及集群成员之间的peer证书。推荐使用cfssl工具或者openssl工具来生成，openssl也是开源的证书生成工具。

生成证书基本概念

CA（证书颁发机构）

CA（Certificate Authority）是 PKI（公钥基础设施）体系的核心信任锚点，负责：

• 证书签名：验证申请者身份后，使用自己的私钥为其颁发数字证书。

• 信任分发：通过公开的根证书（Root CA），让客户端信任其签署的所有证书。

• 证书管理：包括证书颁发、更新、撤销和状态查询（OCSP/CRL）。

CA证书类型类型分为三类，分别是：

• 根 CA（Root CA）：
自签名证书，位于信任链顶端。
通常离线存储，极少直接签署终端用户证书。

• 中间 CA（Intermediate CA）：
由根 CA 签署，用于分担证书签署工作。
即使私钥泄露，影响范围也仅限于其签署的证书。

• 终端 CA：
直接签署服务器 / 客户端证书的 CA。

安全规范实践：

• 分层设计：使用根 CA → 中间 CA → 终端证书的三级结构。

• 私钥保护：根 CA 私钥必须离线存储（如 HSM 硬件安全模块）。

• 定期轮换：中间 CA 证书有效期通常为 3-5 年，需定期更新。

CSR（证书签名请求）

CSR（Certificate Signing Request）是客户端向 CA 提交的申请文件，创建证书前需要先生成 CSR。

CSR文件通常包含以下信息：

• 公钥：申请者生成的公钥。

• 身份信息：如域名、组织名称、国家代码等。

• 扩展字段：如 SAN（Subject Alternative Name）、密钥用途等。

生产CSR的注意事项：

• 私钥绝对保密：CSR 生成过程中产生的私钥需严格保密，不可泄露。

• 信息准确性：CSR 中的域名（CN/SAN）必须与服务器实际域名一致，否则 TLS 握手会失败。

证书配置文件

主要用来定义证书的使用场景、有效期等参数，CFSSL使用 JSON 格式（如 ca-config.json）的证书配置文件

三者工作流程： image

Linux安装cfssl工具

cfssl依赖三个工具包，分别是：cfssl、cfssljson、cfss-certinfo

• cfssl：cfssl 是工具集的核心，提供了证书生命周期管理的所有功能：

• 证书生成：创建自签名证书、CA 证书和用户证书。

• 证书签名：处理证书签名请求（CSR）并颁发证书。

• 配置管理：使用 JSON 配置文件定义证书策略和使用场景。

• CA 管理：创建和管理证书颁发机构（CA）层次结构。

• OCSP/CRL：生成在线证书状态协议（OCSP）响应和证书撤销列表（CRL）。

• cfssljson：专门用于处理 cfssl 输出的 JSON 数据，主要功能包括：

• 解析 JSON 输出：将 cfssl 生成的 JSON 格式证书、密钥和 CSR 转换为单独的文件。

• 文件保存：自动创建并保存证书（.pem）、私钥（.key）和 CSR（.csr）文件。

• cfssl-certinfo：用于查看和验证证书的详细信息，功能包括：

• 证书解析：显示证书的元数据（如有效期、颁发者、主题、公钥等）。

• 证书链验证：检查证书的签名链是否有效。

• 格式转换：将证书以人类可读的格式输出。

下载工具

curl -L -o /usr/local/bin/cfssl https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 |
curl -L -o /usr/local/bin/cfssljson https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 |
curl -L -o /usr/local/bin/cfssl-certinfo https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 |

授予执行权限

chmod+x /usr/local/bin/cfssl* |

cfssl gencert命令详解

cfssl gencert 是 CloudFlare PKI 工具集中用于生成证书签名请求（CSR）和证书的核心命令。

核心参数：

• -ca [path]：指定用于签名的 CA 证书文件路径（PEM 格式）。

示例：-ca=ca.pem |

• -ca-key [path]：指定 CA 的私钥文件路径（PEM 格式）。

示例：-ca-key=ca-key.pem |

• -config [path]：指定证书签名配置文件（JSON 格式），定义证书的有效期、用途等策略。

示例：-config=ca-config.json|
  |

• -profile [name]：指定使用配置文件中的哪个签名策略。对应CA配置文件中的profiles字段，其值可以为server、client、peer、ca、kubernets等

示例：-profile=server |

• -hostname [list]：指定证书的 Subject Alternative Name (SAN) 字段，包含域名和 IP 地址，多个值用逗号分隔

示例：-hostname=example.com,www.example.com,192.168.1.1 |

• -cn [name]：指定证书的 Common Name (CN)

示例：-cn="My Server"|

• -key-algo [algo]：指定密钥算法，支持 rsa、ecdsa 等，默认rsa

示例：-key-algo=rsa |

• -key-size [bits]：指定密钥长度（RSA 建议 2048+，ECDSA 建议 256+）

示例：-key-size=2048|

• -initca：生成自签名的根 CA 证书。

示例：cfssl gencert -initca ca-csr.json|
  |

• -self-signed：生成自签名证书（非 CA 证书）

示例：cfssl gencert -self-signedserver.json |

实战：生成证书

创建根CA文件

# 根ca文件，需要将注释去掉 |
[root@master ~/cfssl]#catca-config.json |
{  |
"signing": { |
"default": { |
# 配置默认证书有效期为10年，通常用于根CA证书 |
"expiry":"87600h"|
}, |
"profiles": { |
# 定义server端的证书 |
"server": { |
# 1年有效期 |
"expiry":"8760h", |
"usages": ["signing","key encipherment","server auth"] |
}, |
# 定义client端的证书，有效期为一年 |
"client": { |
"expiry":"8760h", |
"usages": ["signing","key encipherment","client auth"] |
}, |
# 定义peer端的证书，有效期为一年 |
"peer": { |
"expiry":"8760h", |
"usages": ["signing","key encipherment","server auth","client auth"] |
}, |
# 定义kubernetes的证书，有效期为一年 |
"kubernetes": { |
"expiry":"8760h", |
"usages": ["signing","key encipherment","server auth","client auth"] |
}, |
# 定义ca的证书，有效期为五年 |
"ca": { |
"expiry":"43800h", |
"usages": ["signing","key encipherment","server auth","client auth"] |
}  |
}  |
}  |
}  |

配置文件字段说明：
usages：指定的证书用途

• signing：允许证书用于数字签名。数字签名可以确保数据在传输过程中不被篡改，并且可以验证数据的来源。

• key encipherment：允许证书用于加密密钥。在 TLS 握手过程中，客户端和服务器会交换会话密钥，这个过程通常使用证书进行加密。

• server auth：专门用于服务器身份验证。当客户端连接到服务器时，服务器会出示自己的证书，客户端会验证这个证书是否由信任的 CA 颁发，以及证书中的域名是否与自己要访问的域名一致。

• client auth：专门用于客户端身份验证。在双向 TLS 中，服务器也会要求客户端提供证书，以验证客户端的身份。

各端证书使用场景：

• server：HTTPS 网站、SMTP、IMAP、POP3 等邮件服务器、VPN 服务器、任何需要向客户端证明自己身份的服务

• client：企业内部应用，要求员工使用客户端证书登录、API 访问，使用客户端证书进行身份验证、安全邮件客户端，使用证书进行身份验证

• peer：区块链网络中的节点通信、分布式系统中节点间的安全通信、金融机构之间的安全数据交换

• kubernetes：Kubernetes 组件证书（如 API Server、etcd）。

• ca：中间 CA 证书（需配合 -ca 参数使用）。

创建根 CA CSR 配置文件

# 定义CSR文件，需要将json文件中的注释去掉 |
[root@master ~/cfssl]#catca-csr.json |
{  |
# 根 CA 的通用名称，对于服务器证书，CN 通常是域名（如www.example.com）； |
# 对于 CA 证书，CN 是 CA 的标识名称。 |
"CN":"My Root CA", |
"key": { |
# 加密算法 |
"algo":"rsa", |
# 密钥长度 |
"size": 4096 |
}, |
"names": [ |
{  |
# 国家代码，CN代表是中国 |
"C":"CN", |
# 省份 |
"ST":"Beijing", |
# 城市或地区 |
"L":"Beijing", |
# 组织名称（Organization），可以理解成公司名称 |
"O":"rootca", |
# 组织单位（Organizational Unit），可以理解成公司部门 |
"OU":"ca"|
}  |
], |
# 根 CA 证书的配置，指定有效期为10年 |
"ca": { |
"expiry":"87600h"|
}  |
}  |

生成根 CA 证书和私钥

[root@master ~/cfssl]#cfsslgencert-initcaca-csr.json|cfssljson-bareca/ca|
2025/05/1511:23:34[INFO]generatinganewCAkeyandcertificatefromCSR|
2025/05/1511:23:34[INFO]generatereceivedrequest|
2025/05/1511:23:34[INFO]receivedCSR|
2025/05/1511:23:34[INFO]generatingkey:rsa-4096|
2025/05/1511:23:34[INFO]encodedCSR|
2025/05/1511:23:34[INFO]signedcertificatewithserialnumber492661591325776778969123330542788728689689366584|

命令解释：

cfssl gencert：cfssl 工具的子命令，用于生成证书|
-initca：指定生成自签名的根 CA 证书 |
ca-csr.json：证书签名请求（CSR）的配置文件路径，对应上面创建的ca-csr.json|
  |
cfssljson：处理 cfssl 生成的JSON输出并转换为文件|
-bare ca：指定输出文件名前缀为 ca，会生成以下三个文件： |
ca.pem：根 CA 证书（自签名）|
ca-key.pem：根 CA 的私钥（必须严格保密！） |
ca.csr：证书签名请求（通常自签名 CA 不需要保留此文件）|

查看当前的目录：

[root@master ~/cfssl]# tree |
.  |
├── ca |
│  ├── ca.csr |
│  ├── ca-key.pem# 根 CA 私钥（严格保密！） |
│  └── ca.pem#根 CA 证书（公钥，需分发给客户端） |
├── ca-config.json |
├── ca-csr.json |

生成中间CA证书和私钥

中间CA证书文件

[root@master ~/cfssl]#catintermediate-csr.json |
{  |
"CN":"My Intermediate CA", |
"key": { |
"algo":"rsa", |
"size": 4096 |
}, |
"names": [ |
{  |
"C":"CN", |
"ST":"Beijing", |
"L":"Beijing", |
"O":"baidu", |
"OU":"Intermediate CA"|
}  |
]  |
}  |

生成中间 CA 证书和私钥

[root@master ~/cfssl]# cfssl gencert  |
-ca=ca/ca.pem |
-ca-key=ca/ca-key.pem |
-config=ca-config.json |
-profile=ca  |
intermediate-csr.json| cfssljson -bare intermediate/intermediate |
2025/05/1511:29:49[INFO]generatereceived request |
2025/05/1511:29:49[INFO] received CSR |
2025/05/1511:29:49[INFO] generating key: rsa-4096|
2025/05/1511:29:49[INFO] encoded CSR |
2025/05/1511:29:49[INFO]signedcertificatewithserial number722124812765078011706922545691404003361157472292|
2025/05/1511:29:49[WARNING] This certificate lacks a"hosts"field. This makes it unsuitablefor|
websites. For more information see the Baseline Requirementsforthe IssuanceandManagement |
of Publicly-Trusted Certificates, v.1.1.6, from the CA/Browser Forum (https://cabforum.org); |
specifically, section10.2.3("Information Requirements"). |

查看文件

[root@master ~/cfssl]# tree |
.  |
├── ca |
│  ├── ca.csr |
│  ├── ca-key.pem# 根 CA 私钥（严格保密！） |
│  └── ca.pem#根 CA 证书（公钥，需分发给客户端） |
├── ca-config.json |
├── ca-csr.json |
├── intermediate |
│  ├── intermediate.csr |
│  ├── intermediate-key.pem# 中间 CA 私钥（需保密） |
│  └── intermediate.pem#中间 CA 证书 |
└── intermediate-csr.json |

生成服务器证书

配置服务器证书文件

[root@master ~/cfssl]#catserver-csr.json |
{  |
"CN":"*.huangsir-devops.cn", |
"key": { |
"algo":"rsa", |
"size": 2048 |
}, |
"hosts": [ |
"*.huangsir-devops.cn", |
"www.huangsir-devops.cn", |
"api.huangsir-devops.cn", |
"localhost", |
"127.0.0.1", |
"10.37.97.56"|
]  |
}  |

使用中间CA签署服务器证书

[root@master ~/cfssl]# cfssl gencert  |
-ca=intermediate/intermediate.pem |
-ca-key=intermediate/intermediate-key.pem |
-config=ca-config.json |
-profile=server  |
server-csr.json| cfssljson -bare server/server |
2025/05/1511:37:29[INFO]generatereceived request |
2025/05/1511:37:29[INFO] received CSR |
2025/05/1511:37:29[INFO] generating key: rsa-2048|
2025/05/1511:37:30[INFO] encoded CSR |
2025/05/1511:37:30[INFO]signedcertificatewithserial number666935063085228543415452828659279667302813819643|

查看生成的文件

[root@master ~/cfssl]# tree |
.  |
├── ca |
│  ├── ca.csr |
│  ├── ca-key.pem |
│  └── ca.pem |
├── ca-config.json |
├── ca-csr.json |
├── intermediate |
│  ├── intermediate.csr |
│  ├── intermediate-key.pem |
│  └── intermediate.pem |
├── intermediate-csr.json |
├── server |
│  ├── server.csr |
│  ├── server-key.pem#服务端私钥 |
│  └── server.pem#服务端公钥 |
└── server-csr.json |

nginx测试配置

[root@master /data/nginx]#cat/etc/nginx/conf.d/test1.conf |
server{ |
listen 443 ssl; |
server_name www.huangsir-devops.cn; |
# 配置公钥证书 |
ssl_certificate /etc/ssl/server/server.pem; |
# 配置私钥证书 |
ssl_certificate_key /etc/ssl/server/server-key.pem; |
  |
# 推荐的 SSL 协议和加密算法（安全配置） |
ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3; |
ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256; |
ssl_prefer_server_ciphers off; |
  |
root /data/nginx/; |
location / { |
index index.html; |
}  |
}  |
  |
# http跳转到https |
server { |
listen 80; |
server_name www.huangsir-devops.cn; |
return301 https://www.huangsir-devops.cn$request_uri; |
}  |

生成客户端证书

配置客户端证书文件

[root@master ~/cfssl]#catclient-csr.json |
{  |
"CN":"client", |
"key": { |
"algo":"rsa", |
"size": 2048 |
}  |
}  |

使用中间CA签署客户端证书

[root@master ~/cfssl]# cfssl gencert  |
-ca=intermediate/intermediate.pem  |
-ca-key=intermediate/intermediate-key.pem  |
-config=ca-config.json  |
-profile=client  |
client-csr.json | cfssljson -bare client/client |
  |
# 查看证书 |
[root@master ~/cfssl]# tree |
.  |
├── ca |
│  ├── ca-key.pem |
│  ├── ca.csr |
│  └── ca.pem |
├── ca-config.json |
├── ca-csr.json |
├── client |
│  ├── client-key.pem# 公钥 |
│  ├── client.csr |
│  └── client.pem# 私钥证书 |
├── client-csr.json |
├── intermediate |
│  ├── intermediate-key.pem |
│  ├── intermediate.csr |
│  └── intermediate.pem |
├── intermediate-csr.json |
├── server |
│  ├── server-key.pem |
│  ├── server.csr |
│  └── server.pem |
└── server-csr.json |
  |
4 directories, 17 files |

生成K8s证书

K8s证书有很多类型，

生成API Server证书

配置客户端证书文件

[root@master ~/cfssl]#catk8s-apiserver-csr.json |
{  |
"CN":"kubernetes-apiserver", |
"key": { |
"algo":"rsa", |
"size": 2048 |
}, |
"hosts": [ |
# Kubernetes服务IP (Service Cluster IP Range) |
"10.0.0.30", |
"10.0.0.31", |
"10.0.0.32"|
# API Server IP |
"192.168.1.10", |
"kubernetes", |
"kubernetes.default", |
"kubernetes.default.svc", |
"kubernetes.default.svc.cluster", |
"kubernetes.default.svc.cluster.local", |
"localhost", |
"127.0.0.1"|
]  |
}  |

使用中间CA签署客户端证书

[root@master ~/cfssl]# cfssl gencert  |
-ca=intermediate/intermediate.pem  |
-ca-key=intermediate/intermediate-key.pem  |
-config=ca-config.json  |
-profile=kubernetes  |
k8s-apiserver-csr.json | cfssljson -bare api-server/api-server |

链接：https://www.cnblogs.com/huangSir-devops/p/18876361