PKI の基本と SSL証明書と OpenSSL コマンド

目的

自分の備忘録
しらべごとのまとめ

対象

SSL証明書、なんとなく使ってるけど実はよく分かってない
ググった先のコマンドコピペで自己証明書作ったりはできる、けど
手順が書いてあればファイルを配置してコンフィグ編集してSSL化はできる、けど

内容

1. PKI とはなにか?
1. SSL証明書を準備しよう
- 自己証明書
- Route53 + Let's Encrypt
1. テストしてみよう
- openssl コマンドを使ってみよう(s_server, s_client)
- SSL ハンドシェイク
- TLS バージョンと Cipher(サイファー)強度と脆弱性

References

IPA: https://www.ipa.go.jp/security/pki/index.html
SSLハンドシェイク: http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20071012/284445/

1. PKI とはなにか?

PKI とは公開鍵認証基盤 (Public Key Infrastructure) のこと

まず、以下のドキュメントを読もう。(ありがとう新野さん)

5分で絶対に分かるPKI
- http://www.atmarkit.co.jp/ait/articles/0102/17/news003.html

話のキーになるのは4ページ目

つまり、

情報の送信元(サーバー)は証明書(Cert File) と公開鍵(Public Key) を相手(クライアント)に渡す

クライアントは、受け取った証明書(Cert File) を見て信頼できると確認できたら、もらった公開鍵(Public Key) で暗号化して送信元へ情報を渡す
送信元は受け取ったデータと、もともと持っていた秘密鍵(Private Key) を使って暗号化を解いて情報を参照する

(共通鍵とSSLハンドシェイクについては後述する)

自己証明書を作ったことがある人はわかると思うが、いろいろと中間ファイル含めて作成するが大事なのは、

サーバの持ち物: 秘密鍵 (Private Key)
クライアントの持ち物: 証明書 (Cert File), 公開鍵 (Public Key)

だ。そこで、

「"公開"とは書いてあるが"鍵"をそんな簡単にクライアントに渡していいの?」
「秘密鍵はサーバー側で完全に管理しなければならないのに、公開鍵はいいの?」

という疑問を抱くかもしれないが、なんの問題もない。

公開鍵を使って暗号化した情報は、秘密鍵のみで復号化できるからだ。

2. SSL証明書を準備しよう

自己証明書
正規のSSL証明書(無料)

2-1. 自己証明書の作成

ref. http://qiita.com/akito1986/items/8eb41f5a43bb9421ae79

自己証明書の利用には注意
可能なら無料もあるので正規の証明書を使いたいところ

-subj オプションを使うことで非対話にすることが可能です。

client_side

openssl genrsa -out ca-privatekey.pem 2048

openssl req -new -key ca-privatekey.pem -out ca-csr.pem \
-subj "/C=JP/ST=Tokyo/O=Test Company/OU=IT Department/CN=ssl.example.com"

openssl req -x509 -key ca-privatekey.pem -in ca-csr.pem -out ca-crt.pem -days 3560

server_side

openssl genrsa -out server-privatekey.pem

openssl req -new -key server-privatekey.pem -out server-csr.pem \
-subj "/C=JP/ST=Tokyo/O=Test Company/OU=IT Department/CN=ssl.example.com"

openssl x509 -req -CA ca-crt.pem -CAkey ca-privatekey.pem -CAcreateserial -in server-csr.pem -out server-crt.pem -days 3650

Serverに置くファイル
- server-crt.pem
- server-privatekey.pem
クライアントに置くファイル
- ca-crt.pem

2-2. 正規のSSL証明書(無料)

2017 現在、無料でSSL証明書を取得できます。有名なのな以下の2つでしょうか。

AWS の ACM(AWS Certificate Manager)
- http://docs.aws.amazon.com/ja_jp/acm/latest/userguide/acm-overview.html
Let's Encrypt
- https://letsencrypt.org/

今回は AWS 以外での利用も可能なように Let's Encrypt を利用します

1) まずはドメイン名を取得します。.net などであれば年額1000円程度(US$11.0)で取得可能です。

2) 恒久的なグローバルIPをもったサーバーもしくは仮想マシンを準備します。

今回は GCP 上に CentOS7 VM を用意しました。
- Static な External IP アドレスを取得しVMにアサインします。
  - https://console.cloud.google.com/networking/addresses/list
ホスト名は FQDN で www.test-domain.net とします。

3) Let's Encrypt で証明書を作成します。

sudo yum update -y

sudo yum install epel-release
sudo yum install certbot git

sudo git clone https://github.com/letsencrypt/letsencrypt /opt/letsencrypt

cd /opt/letsencrypt
sudo -H ./letsencrypt-auto certonly --standalone -d www.test-domain.net

sudo ls -al /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net/fullchain.pem

output

IMPORTANT NOTES:
 - Congratulations! Your certificate and chain have been saved at
   /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net/fullchain.pem. Your cert
   will expire on 2017-04-07. To obtain a new or tweaked version of
   this certificate in the future, simply run letsencrypt-auto again.
   To non-interactively renew *all* of your certificates, run
   "letsencrypt-auto renew"
 - If you lose your account credentials, you can recover through
   e-mails sent to *****@gmail.com.
 - Your account credentials have been saved in your Certbot
   configuration directory at /etc/letsencrypt. You should make a
   secure backup of this folder now. This configuration directory will
   also contain certificates and private keys obtained by Certbot so
   making regular backups of this folder is ideal.
 - If you like Certbot, please consider supporting our work by:
   Donating to ISRG / Let's Encrypt:   https://letsencrypt.org/donate
   Donating to EFF:                    https://eff.org/donate-le

sudo ls /etc/letsencrypt/live
www.test-domain.net

sudo ls /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net
cert.pem  chain.pem  fullchain.pem  privkey.pem

3. 証明書をテストする

3-1. openssl コマンドを使ってみよう(s_server, s_client)

ref.
- man s_client
- man s_server

server_session

sudo openssl s_server -key \
> /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net/privkey.pem \
> -cert /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net/cert.pem \
> -accept 443 -www -state -debug

client_session

echo "Q" | openssl s_client -connect localhost:443 -state -debug

ブラウザからアクセスしてみましょう。
- URL https://www.test-domain.net/
以下のように緑の鍵アイコンが表示されていれば有効な証明書でHTTPS通信できています。
テストが終わったら openssl コマンドで実行している s_server セッションを Ctrl + c で終了させておきます。

3-2. SSL ハンドシェイク

IPA: https://www.ipa.go.jp/security/pki/index.html
SSLハンドシェイク: http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20071012/284445/
https://tools.ietf.org/html/rfc5246#page-33

クライアント側の動きは上で実行した openssl s_client コマンドから確認できます。

実行例

$ sudo echo "Q" | openssl s_client -connect localhost:443 -state 2>&1 | grep SSL_
SSL_connect:before/connect initialization
SSL_connect:SSLv2/v3 write client hello A
SSL_connect:SSLv3 read server hello A
SSL_connect:SSLv3 read server certificate A
SSL_connect:SSLv3 read server key exchange A
SSL_connect:SSLv3 read server done A
SSL_connect:SSLv3 write client key exchange A
SSL_connect:SSLv3 write change cipher spec A
SSL_connect:SSLv3 write finished A
SSL_connect:SSLv3 flush data
SSL_connect:SSLv3 read server session ticket A
SSL_connect:SSLv3 read finished A

サーバ側も同様

$ sudo openssl s_server -key \
> /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net/privkey.pem \
> -cert /etc/letsencrypt/live/www.test-domain.net/cert.pem \
> -accept 443 -www -state 2>&1 | grep SSL_

SSL_accept:before/accept initialization
SSL_accept:SSLv3 read client hello A
SSL_accept:SSLv3 write server hello A
SSL_accept:SSLv3 write certificate A
SSL_accept:SSLv3 write key exchange A
SSL_accept:SSLv3 write server done A
SSL_accept:SSLv3 flush data
SSL_accept:SSLv3 read client key exchange A
SSL_accept:SSLv3 read finished A
SSL_accept:SSLv3 write session ticket A
SSL_accept:SSLv3 write change cipher spec A
SSL_accept:SSLv3 write finished A
SSL_accept:SSLv3 flush data

3-3. TLS バージョンと Cipher(サイファー)強度と脆弱性

TL;DR 端的に言うと、そのときに利用可能な最新の openssl バージョンを利用することで強度の高い Cipher Suite(暗号アルゴリズムの組み合わせ)を利用することができ、すくなくとも利用開始時点でより安全な SSL/TLS 環境を構築することができる、ということ。
openssl のバージョン確認
リリース
- https://www.openssl.org/news/newslog.html
サーバ上

$ openssl version
OpenSSL 1.0.1e-fips 11 Feb 2013

$ rpm -q openssl
openssl-1.0.1e-60.el7.x86_64

利用可能な Cipher Suite

ref. man ciphers

実行例

$ openssl ciphers -v ECDH+aRSA+HIGH
ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384 TLSv1.2 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=AESGCM(256) Mac=AEAD
ECDHE-RSA-AES256-SHA384 TLSv1.2 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=AES(256)  Mac=SHA384
ECDHE-RSA-AES256-SHA    SSLv3 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=AES(256)  Mac=SHA1
ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256 TLSv1.2 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=AESGCM(128) Mac=AEAD
ECDHE-RSA-AES128-SHA256 TLSv1.2 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=AES(128)  Mac=SHA256
ECDHE-RSA-AES128-SHA    SSLv3 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=AES(128)  Mac=SHA1
ECDHE-RSA-DES-CBC3-SHA  SSLv3 Kx=ECDH     Au=RSA  Enc=3DES(168) Mac=SHA1

どの Cipher Suite を使うべきかは IPA のガイドラインを参照して参考にしても良いと思います。
例えばクライアント側の環境が古いなどでサーバ側の暗号化強度を高い方で制限しにくい場合などもあり、弱めから強いのまで幅広く対応せざるを得ないこともあります。
- ref. https://www.ipa.go.jp/security/vuln/ssl_crypt_config.html

おまけ

RFC 5077
- Transport Layer Security (TLS) Session Resumption without Server-Side State
- https://tools.ietf.org/html/rfc5077
https://techblog.yahoo.co.jp/infrastructure/ssl-session-resumption/

所感: 端的に言うとサーバーサイドのキャッシュ保持が不要になるため、分散環境などで有効かもしれません。あと、キャッシュサイズの増加の心配もなくなりそうなので適切な利用が進むと良いのではないかと思います。