一、CA证书服务器简介

1 什么是CA证书服务器？

CA（Certificate Authority），即证书颁发机构，是一种负责签发、管理和吊销数字证书的可信任第三方机构，其主要功能是验证申请者的身份信息，并在验证通过后，为申请者颁发数字证书，这些证书用于加密通信和身份验证，确保网络传输的安全性。

2 CA证书的重要性

在现代互联网环境中，确保信息传输的安全性和完整性至关重要，CA证书通过以下方式提供安全保障：

1、身份验证：确保通信双方的身份真实可信。

2、数据加密：通过对传输数据的加密，保护信息的机密性。

3、数据完整性：防止数据在传输过程中被篡改。

4、不可否认性：提供法律和技术手段，确保发送方无法否认已发送的信息。

CA证书在电子商务、网上银行、电子邮件以及其他需要高安全性的应用中扮演着关键角色。

二、CA证书服务器的类型

1 根证书服务器

根证书服务器是最顶层的证书颁发机构，是整个信任链的起点，所有其他级别的证书颁发机构（如中级证书服务器）的证书都由根证书服务器签发，浏览器和操作系统通常会内置一些知名根证书机构的根证书，以建立最初的信任链。

2 中级证书服务器

中级证书服务器位于根证书服务器之下，负责从根证书服务器接收权限并签发最终实体证书，这种分层结构增强了系统的灵活性和安全性，如果某个中级证书服务器被泄露或滥用，其上级的根证书服务器可以吊销该中级证书服务器的证书，从而限制潜在的损害。

3 从属证书服务器

从属证书服务器通常用于大型企业环境，它们不直接向最终用户颁发证书，而是从上级证书服务器获取授权并签发内部使用的证书，这种架构可以帮助企业更好地控制和管理内部的安全策略。

三、CA证书服务器的工作原理

1 PKI体系概述

PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）是一种通过公钥密码学实现安全通信的技术框架，它包括以下几个主要组件：

1、CA（Certificate Authority）：证书颁发机构，负责签发和管理数字证书。

2、RA（Registration Authority）：注册机构，负责接收证书申请并进行初步审核。

3、证书库：集中存储颁发的证书和吊销列表（CRL）。

4、密钥管理系统：管理密钥对的生成、存储和备份。

2 数字证书的功能与结构

数字证书是一种电子文档，用于绑定公钥与实体身份信息，其内容主要包括：

1、版本信息：证书遵循的X.509标准版本。

2、序列号：唯一标识一张证书的整数值。

3、签名算法：用于生成证书签名的算法。

4、颁发者信息：颁发该证书的CA的信息。

5、有效期：证书的有效时间范围。

6、主体信息：证书持有者的信息。

7、公钥信息：证书持有者的公钥。

8、扩展字段：可选的扩展信息，如增强型密钥用法、主题备用名等。

3 证书颁发与验证流程

3.3.1 证书申请流程

申请数字证书的流程通常包括以下步骤：

1、生成密钥对：申请人使用密钥生成工具（如OpenSSL）生成一对非对称密钥。

2、提交申请：申请人填写证书申请表（CSR），并将CSR连同私钥一起提交给CA。

3、资料审核：CA审核申请人的身份信息和公钥。

4、颁发证书：CA在验证通过后，使用其私钥对申请人的公钥和身份信息进行签名，生成数字证书。

3.3.2 证书验证流程

当用户需要验证某个数字证书时，过程如下：

1、获取CA根证书：用户从浏览器或操作系统中获取CA的根证书。

2、验证数字签名：用户使用CA的公钥验证证书的数字签名是否有效。

3、检查证书链：用户检查证书链中的每个证书，确保每个证书都是由上一级证书颁发机构签发的。

4、确认有效期：用户确认证书在其有效期内。

5、检查吊销状态：用户可以查询CA的证书吊销列表（CRL）或使用在线服务（如OCSP）来确认证书未被吊销。

四、搭建CA证书服务器的步骤

1 环境准备与软件安装

4.1.1 选择操作系统与必要软件

搭建CA证书服务器前，需要选择合适的操作系统和必要的软件，常用的操作系统包括Windows Server和Linux发行版（如Ubuntu、CentOS等），还需要安装以下软件：

1、OpenSSL：用于生成密钥对、签发和管理证书。

2、CA相关软件包：如Microsoft AD CS（Active Directory Certificate Services）或开源替代品（如OpenCA）。

3、Web服务器：如Apache或Nginx，用于提供CA服务的Web界面。

4.1.2 安装OpenSSL及相关工具

在Ubuntu系统上安装OpenSSL及相关工具的命令如下：

sudo apt-get update
sudo apt-get install openssl
sudo apt-get install apache2

在Windows Server上，可以通过“服务器管理器”添加角色和功能，然后选择“Active Directory证书服务”。

2 配置根证书服务器

4.2.1 生成根证书和密钥对

使用OpenSSL生成根证书的私钥和证书签名请求（CSR）：

openssl genpkey -algorithm RSA -out rootCA.key
openssl req -new -x509 -key rootCA.key -out rootCA.crt -days 3650

上述命令将生成一个RSA私钥和一个自签名的根证书，有效期为3650天。

4.2.2 配置OpenSSL以支持CA功能

创建索引文件和数据库目录，并初始化：

mkdir -p /root/CA/{newcerts,database}
touch /root/CA/index.txt
echo 1000 > /root/CA/serial

编辑/root/CA/openssl.cnf配置文件，添加以下内容：

[ ca ]
default_ca = CA_default
[ CA_default ]
dir = ./demoCA
database = $dir/index.txt
new_certs_dir = $dir/newcerts
certificate = $dir/cacert.pem
private_key = $dir/private/cacert.key
serialfile = $dir/serial
RANDFILE = $dir/private/.rand
default_days = 3650
default_crl_days = 30
default_md = sha256
policy = policy_strict
[ policy_strict ]
countryName = match
stateOrProvinceName = match
organizationName = match
organizationalUnitName = optional
commonName = supplied
emailAddress = optional

启动CA服务：

openssl ca -config /root/CA/openssl.cnf

按照提示完成操作，即可生成根证书。

3 配置从属证书服务器（可选）

4.3.1 生成从属证书和密钥对

从属证书服务器的配置类似于根证书服务器，但需要从根证书服务器获取中间证书并将其添加到自己的配置中：

openssl genpkey -algorithm RSA -out subordinateCA.key
openssl req -new -key subordinateCA.key -out subordinateCA.csr
openssl ca -config /root/SubordinateCA/openssl.cnf -extensions v3_ca -days 3650 -notext -md sha512 -in subordinateCA.csr

4.3.2 配置从属CA以支持特定类型的证书颁发

编辑从属CA的配置文件，指定允许颁发的证书类型和扩展：

[ v3_ca ]
basicConstraints = critical, CA:TRUE, pathlen:0
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid:always,issuer:always
keyUsage = cRLSign, keyCertSign

完成配置后，重新启动从属CA服务：

openssl ca -config /root/SubordinateCA/openssl.cnf

4 设置HTTPS与证书应用实例

4.4.1 配置Web服务器使用自定义CA证书

在Apache服务器上配置HTTPS虚拟主机，使用自定义CA证书：