证书体系： PFX 文件格式解析

原文同时发布于本人个人博客： https://kutank.com/blog/cert-pfx/

章节目录

PFX 简介
PFX 格式解析
2.1 最外层结构
2.2 AuthenticatedSafe 结构

参考 https://tools.ietf.org/html/rfc7292.

PFX 简介##

以下引用自维基百科

在密码学中，PKCS #12 定义了一种存档文件格式，用于实现存储许多加密对象在一个单独的文件中。通常用它来打包一个私钥及有关的 X.509 证书，或者打包信任链的全部项目。

一个 PKCS #12 文件通常是被加密的，同时单独存在（存档文件格式）。其被称作"安全包裹"的内部存储容器通常同时也被加密及单独存在。一些安全包裹被预先定义用来存储证书，私钥以及证书吊销列表。根据不同实现者的选择，也可以使用一些安全包裹存储其他任意数据。

PKCS #12 是 RSA 实验室发布的公钥密码学标准之中的一员。

PKCS #12 文件扩展名为 ".p12 "或者 “.pfx”。

PFX 格式解析##

个人建议在阅读文章时, 配合一个 PFX 文件会更加直观.
使用openssl 生成一个 PFX:

// 生成 RSA Key pair
openssl genrsa 2048 > private.pem
// 使用 RSA Key pair 生成的私钥创建一个 X509 证书
openssl req -x509 -new -key private.pem -out public.pem
// 将我们上述两步生成的证书和私钥打包近 PFX 文件中
openssl pkcs12 -export -in public.pem -inkey private.pem -out mycert.pfx

如果你尝试使用一个普通的文本编辑器打开该文件, 你会发现它的内容是这样的:

建议在线 ASN.1解析器阅读文件内容: https://lapo.it/asn1js/

PFX 文件的内容实际上是 ASN.1 编码的数据. 更准确的说是 DER 编码方式的 ASN.1. 它的整个文件内容就是一个 ASN.1 数据, 下面我们来看看它这个数据格式如何.

最外层结构

PFX 文件中整个 ASN.1 结构是由一层一层 ASN.1 结果嵌套而成, 我们首先看一下最外层结构,然后一步步深入.

RFC 7292 中给出的定义如下:

PFX ::= SEQUENCE {version INTEGER {v3(3)}(v3,...),authSafe ContentInfo,macData MacData OPTIONAL
}

version: 对于当前版本的 PFX 文件, 该版本号应该为 3(INTEGER). 当然, 随着 PFX 格式的更新, 这个数值会在不同的定义中给出其他可选值.
authSafe: 它的类型为 ContentInfo, 该类型定义在 PKCS#7 规范中, 这里我们先不展开介绍. 在此处, 它的作用是用来存储数据或者带有签名的数据. 在 PFX 中, 该 ContentInfo 中会包含一个 AuthenticatedSafe 类型的数据结构. 我们后边再详细介绍.
macData: 它是一个可选的字段. 该字段只在第二个字段 authSafe 中数据被使用密码方式进行签名的使用才会出现, 用来存储使用密码进行签名的相关数据: MAC值 (Message Authentication Code), macSalt, iterationCount, 用来对 PFX 文件进行完整性检查.

MacData 的 RFC7292 中给出的定义如下:

MacData ::= SEQUENCE {mac DigestInfo,macSalt OCTET STRING,iterations INTEGER DEFAULT 1-- Note: The default is for historical reasons and its-- use is deprecated.
}

下面, 我们再深入的解析一下 authSafe 字段的结构.

AuthenticatedSafe 结构

上文中, 我们说 authSafe 字段的类型是 ContentInfo. 这里, 我们先看一下 ContentInfo 的结构. RFC 2315 中给出的定义如下:

 ContentInfo ::= SEQUENCE {contentType ContentType,content[0] EXPLICIT ANY DEFINED BY contentType OPTIONAL }

contentType: 用来指明 content 字段中数据的类型. 它是一个 Object Identifier. 它的可选值为: data, signedData, envelopedData, signedAndEnvelopedData, digestedData, encryptedData. 在 PFX 中合法的类型只有两个: data, signedData.
content: 用来存储该字段实际保存的数据, 具体数据意义取决于 contentType. 在 PFX 中, 该字段直接或者间接的包含一个 AuthenticatedSafe 结构.

下面我们看一下 AuthenticatedSafe 结构. RFC7292 给出的定义如下:

AuthenticatedSafe ::= SEQUENCE OF ContentInfo-- Data if unencrypted-- EncryptedData if password-encrypted-- EnvelopedData if public key-encrypted

AuthenticatedSafe 字段会包含一系列 ContentInfo 结构. 这些 ContentInfo 的 content 字段又会包含明文或者加密的 SafeContents 结构. 而 SafeContents 结构中由一系列 SafeBag 结构构成. SafeBag 存储了数据信息,如 Key, Certificate, CRL 等. 而具体存储哪种信息, 由 SafeBag 的 bagId 指明.

SafeContents ::= SEQUENCE OF SafeBagSafeBag ::= SEQUENCE {bagId BAG-TYPE.&id ({PKCS12BagSet})bagValue [0] EXPLICIT BAG-TYPE.&Type({PKCS12BagSet}{@bagId}),bagAttributes SET OF PKCS12Attribute OPTIONAL
}PKCS12BagSet BAG-TYPE ::= {keyBag |pkcs8ShroudedKeyBag |certBag |crlBag |secretBag |safeContentsBag,... -- For future extensions
}// 对于可选字段 bagAttributes, 这里不展开介绍, 感兴趣的同学可以参考 RFC.

RFC7292 中规定了六中可选的 SafeBag 类型:

bagtypes OBJECT IDENTIFIER ::= {pkcs-12 10 1}BAG-TYPE ::= TYPE-IDENTIFIERkeyBag BAG-TYPE ::={KeyBag IDENTIFIED BY {bagtypes 1}}
pkcs8ShroudedKeyBag BAG-TYPE ::={PKCS8ShroudedKeyBag IDENTIFIED BY {bagtypes 2}}
certBag BAG-TYPE ::={CertBag IDENTIFIED BY {bagtypes 3}}
crlBag BAG-TYPE ::={CRLBag IDENTIFIED BY {bagtypes 4}}
secretBag BAG-TYPE ::={SecretBag IDENTIFIED BY {bagtypes 5}}
safeContentsBag BAG-TYPE ::={SafeContents IDENTIFIED BY {bagtypes 6}}

下面我们再深入的看一下这六中 SafeBag.

KeyBag: 该类型中包含一个私钥.
KeyBag ::= PrivateKeyInfo
PKCS8ShroudedKeyBag: 该类型中包含一个 PKCS#8 格式的私钥.
PKCS8ShroudedKeyBag ::= EncryptedPrivateKeyInfo

CertBag: 该类型包含一个特定类型的证书.

CertBag ::= SEQUENCE {certId BAG-TYPE.&id ({CertTypes}),certValue [0] EXPLICIT BAG-TYPE.&Type ({CertTypes}{@certId})
}x509Certificate BAG-TYPE ::={OCTET STRING IDENTIFIED BY {certTypes 1}}-- DER-encoded X.509 certificate stored in OCTET STRINGsdsiCertificate BAG-TYPE ::={IA5String IDENTIFIED BY {certTypes 2}}-- Base64-encoded SDSI certificate stored in IA5StringCertTypes BAG-TYPE ::= {x509Certificate |sdsiCertificate,... -- For future extensions
}

CRLBag: 该类型包含了一个特定类型的 CRL(Certificate Revocation List).

CRLBag ::= SEQUENCE {crlId BAG-TYPE.&id ({CRLTypes}),crlValue [0] EXPLICIT BAG-TYPE.&Type ({CRLTypes}{@crlId})
}x509CRL BAG-TYPE ::={OCTET STRING IDENTIFIED BY {crlTypes 1}}-- DER-encoded X.509 CRL stored in OCTET STRINGCRLTypes BAG-TYPE ::= {x509CRL,... -- For future extensions
}

SecretBag: 该类型包含了一个用户个人的密钥(secret), 具体密钥的意义取决于 secretTypeId 字段的值.

SecretBag ::= SEQUENCE {secretTypeId BAG-TYPE.&id ({SecretTypes}),secretValue [0] EXPLICIT BAG-TYPE.&Type ({SecretTypes}{@secretTypeId})
}SecretTypes BAG-TYPE ::= {... -- For future extensions
}

SafeContents: 该类型中可以包含任一上述的五种类型. 由此类型可以递归嵌套 SafeContents.

至此, 一个PFX文件的结构就大体明了了.