OpenSSLによる証明書検証環境構築(802.1x,CRL,OCSP)

hiryokoy · ‎2017-10-12

[はじめに]

- 目的

当社製品に限らず電子証明書を使ったAAA処理の検証では製品で自己署名証明書を作成したり
製品でCSRを作成しそれをPrivate CAで署名、公的な証明書発行機関で署名の必要がありますが、
OpenSSLを使用することでWindows/MAC/Linuxのような通常の端末だけで証明書の発行まで可能です。
本ドキュメントでは証明書の作成、当社製品への適用例を挙げ検証の敷居が低くなればと思います。

- 準備

OpenSSLは多くのMAC/Linuxで最初から使えると思いますので、terminalでwhich opensslで確認ください。
WindowsではOpenSSLインストーラのバイナリやCygwin(https://cygwin.com/)でOpenSSLの導入が可能です。
本ドキュメントではCygwinでinstallしたOpenSSLを使用します。

openssl関連ドキュメントでは多くの場合サーバ上で1つCAをたてる目的でOpenSSLに付属のCA.shを使用して
いますが、本ドキュメントでは複数の検証のための複数の証明書chainや容易に作成容易にやり直しが可能な
例を示します。

以降太字は実際の入力になります。

- 検証directory作成

適当に専用のdirectoryを作成し、opensslにpathが通っていることを確認

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab$ mkdir lab10

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab$ cd lab10

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ which openssl

/usr/bin/openssl

このdirectoryに以下の方法で各ファイルをそれぞれ作成

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ echo "01" > serial

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ echo "00" > crlnumber

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ touch index.txt

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl.cfg
openssl.cfgには以下(オリジナルのopenssl.cnfから不要な箇所を削除・編集してます)をコピー

openssl.cfg

HOME			= .
RANDFILE		= $ENV::HOME/.rnd

[ ca ]
default_ca	= CA_default		# The default ca section
[ CA_default ]
dir		= .
database	= $dir/index.txt
new_certs_dir	= $dir
serial		= $dir/serial
crlnumber	= $dir/crlnumber
RANDFILE	= $dir/.rand	# private random number file
x509_extensions	= usr_cert		# The extentions to add to the cert
name_opt 	= ca_default		# Subject Name options
cert_opt 	= ca_default		# Certificate field options
crl_extensions	= crl_ext
default_days	= 365
default_crl_days= 30
default_md	= default		# use public key default MD
preserve	= no			# keep passed DN ordering
policy		= policy_match
[ policy_match ]
countryName		= match
stateOrProvinceName	= match
organizationName	= match
organizationalUnitName	= optional
commonName		= supplied
emailAddress		= optional

[ req ]
default_bits		= 2048
distinguished_name	= req_distinguished_name
x509_extensions	= rca
string_mask = utf8only
[ req_distinguished_name ]

[ usr_cert ]

[ crl_ext ]
authorityKeyIdentifier=keyid:always

[ rca ]
subjectKeyIdentifier=hash
authorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer
basicConstraints = CA:true
keyUsage = digitalSignature, cRLSign, keyCertSign

[ ica ]
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid:always, issuer
basicConstraints = CA:TRUE, pathlen:0
keyUsage = digitalSignature, cRLSign, keyCertSign

[ svr ]
extendedKeyUsage = serverAuth
nsComment			= "OpenSSL Generated Certificate"
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, keyEncipherment
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid, issuer
crlDistributionPoints = URI:http://www.hogesystems.com/revoke.crl
authorityInfoAccess = OCSP;URI:http://ocsp.hogesystems.com
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
DNS.1 = srv1.hogesystems.com
DNS.2 = srv1.hogesystems.co.jp

[ usr ]
extendedKeyUsage = clientAuth, emailProtection
nsComment			= "OpenSSL Generated Certificate"
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, keyEncipherment
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid, issuer
crlDistributionPoints = URI:http://www.hogesystems.com/revoke.crl
authorityInfoAccess = OCSP;URI:http://ocsp.hogesystems.com

[ ocsp ]
basicConstraints = CA:FALSE
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid,issuer
keyUsage = critical, digitalSignature, keyEncipherment, nonRepudiation
extendedKeyUsage = critical, OCSPSigning

この例では架空のHoge Systems社(東京港区六本木)の証明書chainを作成します。
以降ファイル名で使用しているkeyは秘密鍵、crtは証明書、csrは署名要求の意味です。
Subject/passphrase等は適宜変更ください。

検証が終了したらこのdirectoryを削除、別パラメータでchainを作る場合は別direcotryで上記を準備ください。

OpenSSLのコマンドには非常に多くのオプションがありますが、優良なdocumentがInternet上に多くあるので不明なものは
確認ください。

[CA証明書の作成]

- Root CA

自分で自分の署名をするので、

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl req -new -x509 -config openssl.cfg -extensions rca -newkey rsa:2048 -keyout rcakey.pem -subj "/C=JP/ST=Tokyo/L=Roppongi/O=HogeSystems/OU=RCA/CN=rca.hogesystems.com/emailAddress=rca-admin@hogesystems.com" -days 3650 > rcacrt.pem
Generating a 2048 bit RSA private key
.......................................................................................+++
...............+++
writing new private key to 'rcakey.pem'
Enter PEM pass phrase: cisco123
Verifying - Enter PEM pass phrase: cisco123

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

"rca"はopenssl.cfg内で使用しているSection名です(Root CA)。
"cisco123"はroot CAの秘密鍵で署名する際のpassphraseです。
入力しても実際には表示されません。

- 中間CA

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl req -new -config openssl.cfg -sha256 -newkey rsa:2048 -keyout icakey.pem -subj "/C=JP/ST=Tokyo/L=Roppongi/O=HogeSystems/OU=ICA/CN=ica.hogesystems.com/emailAddress=ica-admin@hogesystems.com" > icacsr.pem
Generating a 2048 bit RSA private key
.........................................................+++
......................................................................................+++
writing new private key to 'icakey.pem'
Enter PEM pass phrase: cisco1234
Verifying - Enter PEM pass phrase: cisco1234

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ca -config openssl.cfg -notext -extensions ica -md sha256 -keyfile rcakey.pem -cert rcacrt.pem -days 1825 -in icacsr.pem > icacrt.pem
Using configuration from openssl.cfg
Enter pass phrase for rcakey.pem: cisco123
Check that the request matches the signature
Signature ok

Certificate Details:
        Serial Number: 1 (0x1)
        Validity
            Not Before: Oct 11 05:41:16 2017 GMT
            Not After : Oct 10 05:41:16 2022 GMT
        Subject:
            countryName               = JP
            stateOrProvinceName       = Tokyo
            organizationName          = HogeSystems
            organizationalUnitName    = ICA
            commonName                = ica.hogesystems.com
            emailAddress              = ica-admin@hogesystems.com
        X509v3 extensions:
            X509v3 Subject Key Identifier:
                9F:34:27:66:FF:92:0B:68:A1:BF:60:51:57:49:B0:C5:28:A7:CC:49
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:0E:23:BA:E3:35:2B:DF:85:9D:56:4B:4D:08:06:2A:BB:54:C9:BB:01

            X509v3 Basic Constraints:
                CA:TRUE, pathlen:0
            X509v3 Key Usage:
                Digital Signature, Certificate Sign, CRL Sign

Certificate is to be certified until Oct 10 05:41:16 2022 GMT (1825 days)
Sign the certificate? [y/n]:y

1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

"ica"はopenssl.cfg内で使用している名前です(Intermediate CA)
"cisco1234"は中間CAの秘密鍵で署名する再のpassphraseです。

ここまでで
hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ ls

01.pem      icacsr.pem  index.txt.attr  rcacrt.pem  serial.old
crlnumber   icakey.pem  index.txt.old   rcakey.pem
icacrt.pem  index.txt   openssl.cfg     serial

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

のようなファイルが作成されています。

[非CA証明書(サーバ用/クライアント用)の作成]

- サーバ用証明書

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl req -new -config openssl.cfg -sha256 -newkey rsa:2048 -keyout svr1key.pem -subj "/C=JP/ST=Tokyo/L=Roppongi/O=HogeSystems/OU=JTAC/CN=svr01.hogesystems.com/emailAddress=svr01-admin@hogesystems.com" -out svr1csr.pem
Generating a 2048 bit RSA private key
...............+++
.........................................................................+++
writing new private key to 'svr1key.pem'
Enter PEM pass phrase: cisco
Verifying - Enter PEM pass phrase: cisco

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ca -config openssl.cfg -notext -extensions svr -md sha256 -keyfile icakey.pem -cert icacrt.pem -in svr1csr.pem -out svr1crt.pem -days 365
Using configuration from openssl.cfg
Enter pass phrase for icakey.pem: cisco1234
Check that the request matches the signature
Signature ok

Certificate Details:
        Serial Number: 2 (0x2)
        Validity
            Not Before: Oct 11 05:49:23 2017 GMT
            Not After : Oct 11 05:49:23 2018 GMT
        Subject:
            countryName               = JP
            stateOrProvinceName       = Tokyo
            organizationName          = HogeSystems
            organizationalUnitName    = JTAC
            commonName                = svr01.hogesystems.com
            emailAddress              = svr01-admin@hogesystems.com
        X509v3 extensions:
            X509v3 Extended Key Usage:
                TLS Web Server Authentication
            Netscape Comment:
                OpenSSL Generated Certificate
            X509v3 Basic Constraints:
                CA:FALSE
            X509v3 Key Usage:
                Digital Signature, Key Encipherment
            X509v3 Subject Key Identifier:
                B3:CD:2F:FE:00:3E:00:F5:9B:05:86:D0:F7:A0:05:D2:FF:2F:12:AE
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:9F:34:27:66:FF:92:0B:68:A1:BF:60:51:57:49:B0:C5:28:A7:CC:49

            X509v3 CRL Distribution Points:

                Full Name:
                  URI:http://www.hogesystems.com/revoke.crl

            Authority Information Access:
                OCSP - URI:http://ocsp.hogesystems.com

            X509v3 Subject Alternative Name:
                DNS:srv1.hogesystems.com, DNS:srv1.hogesystems.co.jp

Certificate is to be certified until Oct 11 05:49:23 2018 GMT (365 days)
Sign the certificate? [y/n]:y

1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

当社製品ではISE, ACS, ASA等にimportすることを想定したServer証明書になります。
X509v3 Extended Key UsageをTLS Web Server Authenticationとしています。
"svr"はopenssl.cfg内で使用している名前です。
"cisco"はこの証明書の秘密鍵のpassphraseです。

- クライアント用証明書

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl req -new -config openssl.cfg -sha256 -newkey rsa:2048 -keyout pc1key.pem -subj "/C=JP/ST=Tokyo/L=Roppongi/O=HogeSystems/OU=JTAC/CN=pc01.hogesystems.com/emailAddress=emp01@hogesystems.com" -out pc1csr.pem
Generating a 2048 bit RSA private key
......................................+++
..........................+++
writing new private key to 'pc1key.pem'
Enter PEM pass phrase: cisco
Verifying - Enter PEM pass phrase: cisco

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ca -config openssl.cfg -notext -extensions usr -md sha256 -keyfile icakey.pem -cert icacrt.pem -in pc1csr.pem -out pc1crt.pem -days 365
Using configuration from openssl.cfg
Enter pass phrase for icakey.pem: cisco1234
Check that the request matches the signature
Signature ok

Certificate Details:
        Serial Number: 3 (0x3)
        Validity
            Not Before: Oct 11 06:03:30 2017 GMT
            Not After : Oct 11 06:03:30 2018 GMT
        Subject:
            countryName               = JP
            stateOrProvinceName       = Tokyo
            organizationName          = HogeSystems
            organizationalUnitName    = JTAC
            commonName                = pc01.hogesystems.com
            emailAddress              = emp01@hogesystems.com
        X509v3 extensions:
            X509v3 Extended Key Usage:
                TLS Web Client Authentication, E-mail Protection
            Netscape Comment:
                OpenSSL Generated Certificate
            X509v3 Basic Constraints:
                CA:FALSE
            X509v3 Key Usage:
                Digital Signature, Key Encipherment
            X509v3 Subject Key Identifier:
                74:AC:2F:CB:E3:DC:E3:1B:02:B8:F7:FC:2A:F4:40:6C:BB:7F:8C:F3
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:9F:34:27:66:FF:92:0B:68:A1:BF:60:51:57:49:B0:C5:28:A7:CC:49

            X509v3 CRL Distribution Points:

                Full Name:
                  URI:http://www.hogesystems.com/revoke.crl

            Authority Information Access:
                OCSP - URI:http://ocsp.hogesystems.com

Certificate is to be certified until Oct 11 06:03:30 2018 GMT (365 days)
Sign the certificate? [y/n]:y

1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

802.1xのsupplicantや当社のAnyConnectにimportすることを想定したClient証明書になります。
X509v3 Extended Key UsageをTLS Web Client Authenticationとしています。
"usr"はopenssl.cfg内で使用している名前です。
"cisco"はこの証明書の秘密鍵のpassphraseです。

もう一つpc2/emp02のクライアント証明書を作成しておきます。

[CRLの作成]

ここまでで

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ ls

01.pem      icacsr.pem          openssl.cfg  pc2key.pem   svr1csr.pem
02.pem      icakey.pem          pc1crt.pem   rcacrt.pem   svr1key.pem
03.pem      index.txt           pc1csr.pem   rcakey.pem
04.pem      index.txt.attr      pc1key.pem   serial
crlnumber   index.txt.attr.old  pc2crt.pem   serial.old
icacrt.pem  index.txt.old       pc2csr.pem   svr1crt.pem

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

のようなファイルが作成されています。
pc1のクライアント証明書だけrevokeしておきます。

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ca -config openssl.cfg -cert rcacrt.pem -keyfile rcakey.pem -revoke pc1crt.pem
Using configuration from openssl.cfg
Enter pass phrase for rcakey.pem: cisco123
Revoking Certificate 03.
Data Base Updated

ここまで触れていなかったindex.txtをみてみると

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ cat index.txt

V       221010054116Z           01      unknown /C=JP/ST=Tokyo/O=HogeSystems/OU=ICA/CN=ica.hogesystems.com/emailAddress=ica-admin@hogesystems.com
V       181011054923Z           02      unknown /C=JP/ST=Tokyo/O=HogeSystems/OU=JTAC/CN=svr01.hogesystems.com/emailAddress=svr01-admin@hogesystems.com
R       181011060330Z   171011062912Z   03      unknown /C=JP/ST=Tokyo/O=HogeSystems/OU=JTAC/CN=pc01.hogesystems.com/emailAddress=emp01@hogesystems.com
V       181011061448Z           04      unknown /C=JP/ST=Tokyo/O=HogeSystems/OU=JTAC/CN=pc02.hogesystems.com/emailAddress=emp02@hogesystems.com

pc01のみRとなっておりこれがrevokeを意味します。
先のコマンドではindex.txtを編集しただけなのでCRLを作成します。

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ca -gencrl -config openssl.cfg -cert icacrt.pem -keyfile icakey.pem > icacrl.pem
Using configuration from openssl.cfg
Enter pass phrase for rcakey.pem: cisco123

これでicacrl.pemというCRLが作成されます。

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ ls

01.pem         icacrt.pem          index.txt.old  pc2csr.pem  serial.old
02.pem         icacsr.pem          openssl.cfg    pc2key.pem  svr1crt.pem
03.pem         icakey.pem          pc1crt.pem     icacrl.pem  svr1csr.pem
04.pem         index.txt           pc1csr.pem     rcacrt.pem  svr1key.pem
crlnumber      index.txt.attr      pc1key.pem     rcakey.pem
crlnumber.old  index.txt.attr.old  pc2crt.pem     serial

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$

- CRLの使用

HTTP serverをこのdirectoryで起動しておくと、ISE/ACS/ASA等からCRLのdownloadができます。
ソフトウェアは何でも構いませんが、ここではpythonを使用しています。
pythonもopenssl同様cygwinでのinstallが可能でMAC/Linuxでは初めから使用可能です。

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ python -m SimpleHTTPServer 8080

Serving HTTP on 0.0.0.0 port 8080 ...
10.6.8.100 - - [10/Oct/2017 20:14:32] "GET /icacrl.pem HTTP/1.1" 200 -
10.6.8.100 - - [10/Oct/2017 20:14:32] "GET /icacrl.pem HTTP/1.1" 200 -
(snip)

上記は10.6.8.100のAAA serverからのCRLのdownloadが成功していることを意味してます。

- OCSPの使用

OpenSSLはocspのserver(responder)にもなります。

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ocsp -ignore_err -index index.txt -CA rcacrt.pem -rsigner rcacrt.pem -rkey rcakey.pem -port 80

Enter pass phrase for rcakey.pem:
Waiting for OCSP client connections...

で待ち受けるので別terminalやAAA serverからQueryを送信すれば

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ocsp -issuer rcacrt.pem -nonce -CAfile rcacrt.pem -url http://localhost -serial 3

Response verify OK
3: revoked
        This Update: Oct 11 07:20:29 2017 GMT
        Revocation Time: Oct 11 06:29:12 2017 GMT

hiyoko@hiyoko-PC ~/certlab/lab10$ openssl ocsp -issuer rcacrt.pem -nonce -CAfile rcacrt.pem -url http://localhost -serial 4

Response verify OK
4: good
        This Update: Oct 11 07:20:32 2017 GMT

のようにCRL通りのresponseを返します(先にRevokeをした証明書のSerialNoは3です)。

[証明書の適用]

作成した証明書の適用例を簡単に記載します(例はACS5.8です)。

rcacrt.pem/icacrt.pemは

Users and Identity Stores > Certificate Authorities でAddします。
CRLのURLも設定されています。

svr1crt.pemは

System Administration > Configuration > Local Server Certificates > Local Certificates
でAddします。

OCSP設定は

Network Resources > OCSP Services でCreateします。
CRLの設定の代わりにOCSPのCheckを有効にすることで動作します。

クライアントへは(ここではWindows)

MMCから証明書のsnap-inを開きクライアント証明書(pkcs12)、(中間)CA証明書をインポートします。

[よく使いそうなコマンド]

証明書と秘密鍵からpkcs12形式の証明書を作成
Windowsでクライアント証明書をimportする際等に使用します。
openssl pkcs12 -export -inkey pc1key.pem -in pc1crt.pem -out pc1.p12
PEM <-> DER変換
PEM(-----BEGIN CERTIFICATE-----等で始まるtext形式)を扱えずDER(Binary形式)が必要な製品がありえます。
openssl x509 -inform pem -outform der -in pc1crt.pem -out pc1crt.der
証明書の閲覧
openssl x509 -text -noout < pc1crt.pem
証明書の検証
rcacrt.pem->icacrt.pem->pc1crt.pemのチェーンが成立しているか確認する。
openssl verify -CAfile <(cat rcacrt.pem icacrt.pem) pc1crt.pem