Openssl提供了强大证书功能，生成密钥对、证书，颁发证书、生成crl、验证证书、销毁证书等。本文将j介绍如何利用openssl的命令分析RSA私钥文件格式，同时也将简单介绍几种常见的私钥文件格式。
1 生成私钥文件
openssl有多种方法生成私钥：
- genrsa生成RSA密钥。
- req在生成req证书请求时同时产生密钥。
- genpkey除了可以生成RSA密钥外，还可以生成DSA、DH密钥。
这里我使用genpkey命令生成RSA私钥文件，选择DES-EDE3-CBC算法进行加密，口令是1234：
openssl genpkey -algorithm RSA -out privatekey.pem -pass pass:1234 -des-ede3-cbc
命令执行后输出私钥文件privatekey.pem，默认输出为PEM格式，密钥长度为1024，接下来使用文本工具直接打开该文件，可以看到如下内容：
1. -----BEGINENCRYPTED PRIVATE KEY-----
2. MIICxjBABgkqhkiG9w0BBQ0wMzAbBgkqhkiG9w0BBQwwDgQIhrQ3ApYYe1ACAggA
3. MBQGCCqGSIb3DQMHBAgyM5zYLuXOdQSCAoAFqnCRqkpoHJTY0BpLeekzjsuzdTOq
4. DkgxJMi4WRt1rZNyHqarbhHCZGC9Lug/xbLW5e2ZtjYVJ+ljmFb4lUaAch4nAgoz
5. m0J5YyrbFKppiqlk6vkS5hKfpKbWrx5hkQzMt6OsVEQFj2U+EvOI8SVgI6LkjNmh
6. 7qokYxv9Inx9joM6agEUY9fXdAu53CyfjpneX95vxUHIn7hHmhxH7MYua619N7x+
7. JVA65b3Kj45aH3cnY/kMAQ78EN9aLpqYXzn6j9GRdUd2JMuP0IrYlREw3/z8Qn68
8. CwGXzGtkYnlt0xHdOG/tnmKWqBg1cY9uVx6g6JT1BUabqwxVODaMqaSsFr4o3xJo
9. 3TTh8TswK0V/+3JLkXtasI7V8cRj2dksccGApujmB5eymU3XXTlX3iXs481I4kmz
10. JOZHbqfGOpyzW6WqhMO+LebIkyIGMlCGRiJ3PNSQI9w6bfZ9FoqC6OfFKY1OEmBN
11. 6ALtPc+cYXeO5Msx9mbakIYRbcjlVmelPsLyvAceW/09OG909turflvYaGnM+SKd
12. KzWn2gFr3YwF57WZlX2jifYUUnjHVMZW7s/k6hgOxcEnvBOg4Ug/cKdNPUEB7tJx
13. nvsR+odHypyjgyphLEP8UmEiz3/hnPV8lhLDAPV7fKaK+zDglKqQYF3KBLh55q6h
14. PPe1HqahifK9EKqWOl7m1HhFPIZTex4clLy98rB3gyXnL0qx4+A7WD6uLJbU285j
15. IWMNq3f1c80ZPrpbhT6hd6Z9zUwfYT6gTO9gIIe4d5KVmfjNaFwSls5zaI6x7AJp
16. d/Xl/m1u469+J0rWyeY3D4wtahvZrKMXRrILtJ5OgkWPak2FTyMu/Hs/
17. -----ENDENCRYPTED PRIVATE KEY-----
私钥经过PEM编码后在文件头尾都添加了标签，用以说明当前的文件格式。从标签内容也可以看出私钥是加密的，因为有“ENCRYPTED”。中间的私钥内容是经过BASE64编码的，这样方便私钥的传递，例如在网络上传输，数据复制粘贴。
例子只是PEM文件格式的其中一种，以下是平时可能会碰到的PEM私钥格式：
PKCS#8 私钥加密格式
1. -----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----
2. BASE64私钥内容
3. -----ENDENCRYPTED PRIVATE KEY-----
PKCS#8 私钥非加密格式
1. -----BEGIN PRIVATE KEY-----
2. BASE64私钥内容
3. -----END PRIVATEKEY-----
Openssl ASN格式
1. -----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
2. Proc-Type: 4,ENCRYPTED
3. DEK-Info:DES-EDE3-CBC,4D5D1AF13367D726
4. BASE64私钥内容
5. -----END RSA PRIVATE KEY-----
除了以上几种，还有微软的PVK格式；以及DER编码格式，就是在使用PEM编码前的数据，由于没有密码保护，平时很少直接使用。
Openssl ASN格式在加密私钥数据时只能用MD5算法生成key，而且只迭代计算了1次。
所以从1.0.0开始Openssl把PKCS#8格式作为默认格式，可以为私钥文件提供更好的安全性和扩展性。
我们这里就针对PKCS#8格式的私钥进行讨论。 如果大家想要研究其他格式，可以使用以下命令：
**genrsa **生成ASN格式
**rsa **生成或转换为PVK格式
1. openssl rsa -in privatekey.pem -out privatekey.pvk -outform PVK
2 分析私钥文件
使用asn1parse命令读取私钥ASN.1结构，其中–i表示输出使用缩进格式。
**openssl asn1parse -i -in privatekey.pem **
1. 0:d=0 hl=4 l= 710 cons: SEQUENCE
2. 4:d=1 hl=2 l= 64 cons: SEQUENCE
3. 6:d=2 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :PBES2
4. 17:d=2 hl=2 l= 51 cons: SEQUENCE
5. 19:d=3 hl=2 l= 27 cons: SEQUENCE
6. 21:d=4 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :PBKDF2
7. 32:d=4 hl=2 l= 14 cons: SEQUENCE
8. 34:d=5 hl=2 l= 8 prim: OCTET STRING [HEX DUMP]:7A61B055165A89CA
9. 44:d=5 hl=2 l= 2 prim: INTEGER :0800
10. 48:d=3 hl=2 l= 20 cons: SEQUENCE
11. 50:d=4 hl=2 l= 8 prim: OBJECT :des-ede3-cbc
12. 60:d=4 hl=2 l= 8 prim: OCTET STRING [HEX DUMP]:110E8A184EFEAB9C
13. 70:d=1 hl=4 l= 640 prim: OCTET STRING [HEX DUMP]:
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
ASN.1结构输出格式说明：
1. 0:d=0 hl=4 l= 710 cons: SEQUENCE
**0 **表示节点在整个文件中的偏移长度
**d=0 **表示节点深度
**hl=4 **表示节点头字节长度
**l=710 **表示节点数据字节长度
**cons **表示该节点为结构节点，表示包含子节点或者子结构数据
**prim **表示该节点为原始节点，包含数据
**SEQUENCE**、**OCTETSTRING**等都是ASN.1中定义的数据类型，具体可以参考ASN.1格式说明。
最后一个节点OCTET STRING [HEX DUMP]，就是加密后的私钥数据。
为了方便理解，下面给出相关的PKCS定义。
PCKS#8文件格式定义：
1. PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
2. version Version,
3. privateKeyAlgorithm PrivateKeyAlgorithmIdentifier,
4. privateKey PrivateKey,
5. attributes [0] IMPLICIT Attributes OPTIONAL }
privateKey，加密后私钥数据，最后一个OCTET STRING数据块。
privateKeyAlgorithm，使用的私钥算法，详细格式在PKCS#5 2.0中的定义：
1. PBES2-params ::= SEQUENCE {
2. keyDerivationFunc AlgorithmIdentifier {{PBES2-KDFs}},
3. encryptionScheme AlgorithmIdentifier {{PBES2-Encs}}
4. }
keyDerivationFunc
加密密钥生成函数，现在默认使用的是sha1，还包含了salt，迭代次数iterationCount：
1. PBKDF2-params ::= SEQUENCE {
2. salt CHOICE {
3. specified OCTET STRING,
4. otherSource AlgorithmIdentifier {{PBKDF2-SaltSources}}
5. },
6. iterationCount INTEGER (1..MAX),
7. keyLength INTEGER (1..MAX) OPTIONAL,
8. prf AlgorithmIdentifier {{PBKDF2-PRFs}} DEFAULT
9. algid-hmacWithSHA1
10. }
1. 对应数据：
2. 19:d=3 hl=2 l= 27 cons: SEQUENCE
3. 21:d=4 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :PBKDF2
4. 32:d=4 hl=2 l= 14 cons: SEQUENCE
5. 34:d=5 hl=2 l= 8 prim: OCTET STRING [HEX DUMP]:7A61B055165A89CA
6. 44:d=5 hl=2 l= 2 prim: INTEGER :0800
encryptionScheme
加密算法，例子中使用的是des-ede3-cbc，该结构中还包含初始化向量iv。
1. 对应数据：
2. 48:d=3 hl=2 l= 20 cons: SEQUENCE
3. 50:d=4 hl=2 l= 8 prim: OBJECT :des-ede3-cbc
4. 60:d=4 hl=2 l= 8 prim: OCTET STRING [HEX DUMP]:110E8A184EFEAB9C
解密流程：
1 按PKCS#8和PCKS#5定义从文件中解析出相关参数：
加密密钥生成函数（KDF）PBKDF2；
加密时使用的salt：7A61B055165A89CA，以及迭代次数iter：0x0800（2048次）；
加密算法des-ede3-cbc，以及加密初始向量iv：110E8A184EFEAB9C
2 解析出加密的私钥数据data，也就是最后一个OCTET STRING；
3 生成加密密钥：key = KDF（pass（1234），salt，iter）
4 解密 des-ede3-cbc（key， iv， data）
这一解密过程可以使用openssl的pkey命令完成，执行完成后得到privatekey.der文件，这个是没有加密的私钥文件，数据是ASN.1格式，并使用DER编码。
Openssl pkey -in privatekey.pem -out privatekey.der-passin pass:1234
然后再次分析密钥数据，由于输入是der格式，需要使用inform参数说明：
openssl asn1parse -in privatekey.der -inform DER
1. 0:d=0 hl=4 l= 604 cons: SEQUENCE
2. 4:d=1 hl=2 l= 1 prim: INTEGER :00
3. 7:d=1 hl=3 l= 129 prim:INTEGER :
4. A11E66B0F965215AB4AD771581700477F62D9EDF2CFEBDF2E20C02DE4E95881F58CA898B6FC389CC83AE39DE95C0252BCF9FB98A6A21A20B751222DF2A4CBE1E08F8BDC8D443A59D4944723C33CED5601E1CF4A324E88B951626326783014CFF3BB7CF7278BF443AB003D1E1608B97CFC7783C6FD42B9A7C8F84C5633FB72DFB
5. 139:d=1 hl=2 l= 3 prim: INTEGER :010001
6. 144:d=1 hl=3 l= 129 prim:INTEGER :
7. 9B2C9B7CD105AC851EC47E8FB0D541088489D59C5E4A8E88F15ADE1C5B953ABFEE154B39870FCD94B23247BBEF805A8C826FF413B239E8469E9F3404B949A643E1E2CCF9753822FD28345B7898148164DA2D858F672B52C7B3041F0A9F6FFFB97759D3C04AE3ED2E372E4ADD3A44202CE004D189566A81F19239649779F30DE9
8. 276:d=1 hl=2 l= 65 prim: INTEGER :
9. CE25257FDE50AFDAF926BDBEFE5A236C130F2714C5FC0C36A07B5AA5618E8F5039E313387C933A86EBDC2DEF8640069CB98B1D04C3E74B46C75F292A768083D5
10. 343:d=1 hl=2 l= 65 prim: INTEGER :
11. C8159573F6C413EAC0BB721B859A4B7920FF9DE151546CA28FDA3F43A0999C835DB9078AF5054CE503C4BC174ECB1F0C4DE033E116A296FD67B4158F869E628F
12. 410:d=1 hl=2 l= 64 prim: INTEGER :
13. 7329855D7DD10DAD02EB85AD216331CEBA87088A2E60B462001D697262A1C5A647F07758631FCCDE7AFD321C519F8B121B05805C9D24A58510F4348728547B51
14. 476:d=1 hl=2 l= 64 prim: INTEGER :
15. 53735D203EBDCD28CE35E003C69771FF155A47B92038BC0E993D07C1E70BEA9187D79263CC89E7666549FAC125E5E60F35B3DB2F78475BFE58F06D45AD7A05D5
16. 542:d=1 hl=2 l= 64 prim: INTEGER :
17. 4F454C491EAE6CD85ED812D8A26AFD5FD0F6D7DD12AD6D20EDA8C2D257943928B2AE66FDE336F40370D9CC30B85EB2F20D3B4FDAB61D168FE7936CB6AB5E8FE2
得到的数据与上次导出的格式是相同的，虽然看起来数据多，但是层次结构起始要简单，数据就是一个结构体（cons）SEQUENCE，包含9个整型的原始数据（prim）INTERGER，这个就是私钥结构，该 ASN.1结构在PKCS#1中定义如下：
1. RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
2. versionVersion,
3. modulusINTEGER, -- n
4. publicExponentINTEGER, -- e
5. privateExponentINTEGER, -- d
6. prime1INTEGER, -- p
7. prime2INTEGER, -- q
8. exponent1INTEGER, -- d mod (p-1)
9. exponent2INTEGER, -- d mod (q-1)
10. coefficientINTEGER, -- (inverse of q) mod p
11. otherPrimeInfosOtherPrimeInfos OPTIONAL
12. }
最后一个otherPrimeInfos是可选项，例子中没有该数据。
结构中包含了RSA密钥算法中用到的所有信息，每一项的具体定义可以参考PKCS#1。
3 分析公钥
为了方便获取公钥，在私钥文件数据中起始包含了公钥信息：
1. modulus INTEGER, -- n
2. publicExponent INTEGER, -- e
公钥的ASN.1结构也在PKCS#1中定义：
1. RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
2. modulus INTEGER, -- n
3. publicExponentINTEGER -- e
4. }
可以使用openssl命令导出公钥文件pubkey.pem，使用文本工具打开公钥文件，pem头尾格式和私钥类似的标签：
openssl pkey -in privatekey.der -inform DER -out pubkey.pem-pubout
1. -----BEGIN PUBLIC KEY-----
2. MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQChHmaw+WUhWrStdxWBcAR39i2e
3. 3yz+vfLiDALeTpWIH1jKiYtvw4nMg6453pXAJSvPn7mKaiGiC3USIt8qTL4eCPi9
4. yNRDpZ1JRHI8M87VYB4c9KMk6IuVFiYyZ4MBTP87t89yeL9EOrAD0eFgi5fPx3g8
5. b9QrmnyPhMVjP7ct+wIDAQAB
6. -----END PUBLIC KEY-----
继续分析公钥文件的ASN.1格式：
openssl asn1parse -in pubkey.pem -i
1. 0:d=0 hl=3 l= 159 cons: SEQUENCE
2. 3:d=1 hl=2 l= 13 cons: SEQUENCE
3. 5:d=2 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :rsaEncryption
4. 16:d=2 hl=2 l= 0 prim: NULL
5. 18:d=1 hl=3 l= 141 prim: BIT STRING
但是这里显示格式和上边给出的PKCS#1格式不一致，其实这是x.509中的定义的格式，在X.509证书文件中就是使用这个格式封装公钥数据，其中BIT STRING的内容就是PKCS#1格式的公钥数据，并说明了使用的公钥算法rsaEncryption。
1. SubjectPublicKeyInfo ::=SEQUENCE {
2. algorithmAlgorithmIdentifier{{SupportedAlgorithms}},
3. subjectPublicKeyBIT STRING
4. }
我们可以进一步使用asn1parse工具解析出BIT STRING内容，首先确定该数据块偏移是18，然后使用参数-strparse指定位置,可以看到输出的数据和私钥文件中的是一样的。
openssl asn1parse -in pubkey.pem -strparse 18
输出公钥ASN.1格式：
1. 0:d=0 hl=3 l= 137 cons: SEQUENCE
2. 3:d=1 hl=3 l= 129 prim: INTEGER :
3. A11E66B0F965215AB4AD771581700477F62D9EDF2CFEBDF2E20C02DE4E95881F58CA898B6FC389CC83AE39DE95C0252BCF9FB98A6A21A20B751222DF2A4CBE1E08F8BDC8D443A59D4944723C33CED5601E1CF4A324E88B951626326783014CFF3BB7CF7278BF443AB003D1E1608B97CFC7783C6FD42B9A7C8F84C5633FB72DFB
4. 135:d=1 hl=2 l=3 prim: INTEGER :010001
4 公私钥操作
分析完私钥和公钥格式，以及之间的关系。接下来我们将继续使用openssl的rsautl测试它们之间的加解密、签名、验证等操作。
测试文件test，内容“1234567890”。
4.1加解密
1）公钥加密
openssl rsautl -encrypt -in test -out test.enc -inkey asn1pub.pem -pubin
2）私钥解密
openssl rsautl -decrypt -in test.enc -out test.dec -inkey asn1enc.pem
比较test和test.dec两个文件结果相同。
4.2签名验证
1）私钥签名
openssl rsautl -sign -in test -out test.sig-inkey asn1enc.pem
2）公钥验证
openssl rsautl -verify -in test.sig -out test.vfy -inkey asn1pub.pem -pubin
比较test和test.vfy连个文件应该相同。
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