数字证书X509格式标准简介

证书的标准规范，其中使用最广泛的是由ITU（International TelecommumcationUnion，国际电信联盟）和ISO（IntemationalOrganizationforStandardization,国际标准化组织）两个组织制定的X.509规范。

X.509是一种非常通用的证书格式。所有的证书都符合ITU-TX.509国际标准，因此(理论上)为一种应用创建的证书可以用于任何其他符合X.509标准的应用。X.509证书的结构是用ASN1(Abstract Syntax Notation One)进行描述数据结构，并使用ASN.1语法进行编码。

在一份证书中，必须证明公钥及其所有者的姓名是一致的。对X.509证书来说，认证者总是CA或由CA指定的人，一份X.509证书是一些标准字段的集合，这些字段包含有关用户或设备及其相应公钥的信息。X.509标准定义了证书中应该包含哪些信息，并描述了这些信息是如何编码的(即数据格式)。

标准原文：

RFC 5280: Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate and Certificate Revocation List (CRL) Profile (rfc-editor.org)

或

RFC5280 中文翻译中文RFC RFC文档 RFC翻译 RFC中文版 (rfc2cn.com)

本文重点介绍证书内容的格式，详见1.2。

1 介绍

X.509证书中主要含有公钥、身份信息、签名信息和有效性信息等信息。这些信息用于构建一个验证公钥的体系，用来保证客户端得到的公钥正是它期望的公钥。

公钥 : 非对称密码中的公钥。公钥证书的目的就是为了在互联网上分发公钥。
身份信息 : 公钥对应的私钥持有者的信息，域名以及用途等。
签名信息 : 对公钥进行签名的信息，提供公钥的验证链。可以是CA的签名或者是自签名，不同之处在于CA证书的根证书大都内置于操作系统或者浏览器中，而自签名证书的公钥验证链则需要自己维护（手动导入到操作系统中或者再验证流程中单独提供自签名的根证书）。
有效性信息：证书的有效时间区间，以及CRL等相关信息。

1.1 证书格式

DER（Distinguished Encoding Rules）

格式 : 二进制格式，是X.690标准中的一种二进制编码格式。

PEM（Privacy Enhanced Mail）

格式 : ASCII文本格式，BASE64编码。在DER格式或者其他二进制数据的基础上，使用BASE64编码为ASCII文本，以便于在仅支持ASCII的环境中使用二进制的DER编码的数据。

PEM在RFC 7468: Textual Encodings of PKIX, PKCS, and CMS Structures (rfc-editor.org)中被正式标准化。具体格式如下:

-----BEGIN label 1-----
base64 string...
-----END label 1-----
-----BEGIN label 2-----
base64 string...
-----END label 2-----

其中label 1和label 2可以有1~N个。常用的label有(RFC 7468: Textual Encodings of PKIX, PKCS, and CMS Structures (rfc-editor.org)):

Sec. Label                  ASN.1 Type              Reference Module
----+----------------------+-----------------------+---------+----------5  CERTIFICATE            Certificate             [RFC5280] id-pkix1-e  // 公钥证书文件6  X509 CRL               CertificateList         [RFC5280] id-pkix1-e // X509证书吊销列表文件7  CERTIFICATE REQUEST    CertificationRequest    [RFC2986] id-pkcs10        // CSR请求证书文件8  PKCS7                  ContentInfo             [RFC2315] id-pkcs7*       // PKCS7文件9  CMS                    ContentInfo             [RFC5652] id-cms2004    // CMS文件10  PRIVATE KEY            PrivateKeyInfo ::=      [RFC5208] id-pkcs8      // 私钥文件OneAsymmetricKey        [RFC5958] id-aKPV111  ENCRYPTED PRIVATE KEY  EncryptedPrivateKeyInfo [RFC5958] id-aKPV1      // 加密私钥文件12  ATTRIBUTE CERTIFICATE  AttributeCertificate    [RFC5755] id-acv2       // 证书属性文件13  PUBLIC KEY             SubjectPublicKeyInfo    [RFC5280] id-pkix1-e    // 公钥文件

1.2 证书结构

一个具体的X.509 v3数字证书结构如下 :

标准原文
Certificate  ::=  SEQUENCE  {tbsCertificate       TBSCertificate,signatureAlgorithm   AlgorithmIdentifier,signatureValue       BIT STRING  }
// 一个证书必须包含以上三个字段// 1.TBS证书
// 该字段包含主题和颁发者的名称、与主题相关联的公钥、有效期和其他相关信息。第4.1.2节详细描述了这些字段；TBSC证书通常包括扩展，如第4.2节所述。// 2.签名算法
// signatureAlgorithm字段包含CA用于签署此证书的加密算法的标识符。
// [RFC3279]、[RFC4055]和[RFC4491]列出了支持的签名算法，但也可能支持其他签名算法。该字段必须包含与序列tbsCertificate（第4.1.2.3节）中签名字段相同的算法标识符。// 3.签名内容
// signatureValue字段包含根据ASN.1 DER编码的tbsCertificate计算的数字签名。ASN.1 DER编码的tbsCertificate用作签名函数的输入。此签名值编码为位字符串，并包含在签名字段中。此过程的详细信息针对[RFC3279]、[RFC4055]和[RFC4491]中列出的每种算法进行了说明。
// 通过生成此签名，CA将证明tbsCertificate字段中信息的有效性。特别是，CA认证公钥材料与证书主题之间的绑定。// 下面对三个字段结构进行详解// 1.TBS证书结构详解 tbsCertificateTBSCertificate  ::=  SEQUENCE  {version         [0]  EXPLICIT Version DEFAULT v1,    // 版本号serialNumber         CertificateSerialNumber,     // 序列号signature            AlgorithmIdentifier,         // 公钥算法issuer               Name,                           // 颁发者名称validity             Validity,                      // 有效期subject              Name,                            // 被签名者名称subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,             // 被签名者公钥信息issuerUniqueID  [1]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL, -- If present, version MUST be v2 or v3 // 颁发者唯一ID-可选subjectUniqueID [2]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL, -- If present, version MUST be v2 or v3 // 被签者唯一ID-可选extensions      [3]  EXPLICIT Extensions OPTIONAL        -- If present, version MUST be v3 // 扩展信息-可选}// 以下对成员结构定义解释// versionVersion  ::=  INTEGER  {  v1(0), v2(1), v3(2)  }// serialNumberCertificateSerialNumber  ::=  INTEGER// signatureAlgorithmIdentifier  ::=  SEQUENCE  {algorithm               OBJECT IDENTIFIER,parameters              ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL  }// issuer name// 颁发者字段标识已签署和颁发证书的实体。颁发者字段必须包含非空的可分辨名称（DN）。该字段定义为X.501类型名称[X.501]。名称由以下ASN.1结构定义：Name ::= CHOICE { -- only one possibility for now --rdnSequence  RDNSequence }RDNSequence ::= SEQUENCE OF RelativeDistinguishedNameRelativeDistinguishedName ::=SET SIZE (1..MAX) OF AttributeTypeAndValueAttributeTypeAndValue ::= SEQUENCE {type     AttributeType,value    AttributeValue }AttributeType ::= OBJECT IDENTIFIERAttributeValue ::= ANY -- DEFINED BY AttributeTypeDirectoryString ::= CHOICE {teletexString           TeletexString (SIZE (1..MAX)),printableString         PrintableString (SIZE (1..MAX)),universalString         UniversalString (SIZE (1..MAX)),utf8String              UTF8String (SIZE (1..MAX)),bmpString               BMPString (SIZE (1..MAX)) }// validityValidity ::= SEQUENCE {notBefore      Time,notAfter       Time }Time ::= CHOICE {utcTime        UTCTime,generalTime    GeneralizedTime }// subject name// 一般和issuer name规定一致// subjectPublicKeyInfoSubjectPublicKeyInfo  ::=  SEQUENCE  {algorithm            AlgorithmIdentifier,subjectPublicKey     BIT STRING  }// issuerUniqueIDUniqueIdentifier  ::=  BIT STRING// subjectUniqueID// 和issuerUniqueID一样// extensionsExtensions  ::=  SEQUENCE SIZE (1..MAX) OF ExtensionExtension  ::=  SEQUENCE  {extnID      OBJECT IDENTIFIER,critical    BOOLEAN DEFAULT FALSE,extnValue   OCTET STRING-- contains the DER encoding of an ASN.1 value-- corresponding to the extension type identified-- by extnID  }// 2.证书签名算法 signatureAlgorithmAlgorithmIdentifier  ::=  SEQUENCE  {algorithm               OBJECT IDENTIFIER,parameters              ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL  }// 3.数字签名内容，实际签名数据
...

2 文件扩展名

X.509有很多种常用的扩展名。不过这些扩展名有时候也是其他类型文件的扩展名，也就是说具有这个扩展名的文件并不一定是X.509证书。也可能只是保存了私钥的文件。

.pem : (隐私增强型电子邮件)DER编码的证书再进行BASE64编码的数据存放在"-----BEGIN CERTIFICATE-----“和”-----END CERTIFICATE-----"之中。
.key : PEM格式的私钥文件。
.pub : PEM格式的公钥文件。
.crt : PEM或DER格式的公钥证书文件。
.cer : PEM或DER格式的公钥证书文件。
.csr : PEM或DER格式的证书请求CSR文件。
.der：DER格式的公钥证书文件。
.p7b,.p7c–PKCS#7SignedData structure without data, just certificate(s) orCRL(s)
.p12–PKCS#12格式，包含证书的同时可能还有带密码保护的私钥
.pfx– PFX，PKCS#12之前的格式（通常用PKCS#12格式，比如那些由IIS产生的PFX文件）

PKCS#7是签名或加密数据的格式标准，官方称之为容器。由于证书是可验真的签名数据，所以可以用SignedData结构表述。.P7C文件是退化的SignedData结构，没有包括签名的数据。

PKCS#12由PFX进化而来的用于交换公共的和私有的对象的标准格式。

3 例子

PEM格式采用文本方式进行存储。一般包括首尾标记和内容块，内容块采用Base64进行编码。

例如，一个PEM格式（base64编码）的示例证书文件内容如下所示：

使用openssl 工具命令:openssl x509 -in ca-cert.pem -inform pem -noout -text

证书中的解析出来的内容：

Certificate:Data:Version: 3 (0x2)Serial Number:10:e6:fc:62:b7:41:8a:d5:00:5e:45:b6Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryptionIssuer: C=BE, O=GlobalSign nv-sa, CN=GlobalSign Organization Validation CA-SHA256-G2ValidityNot Before: Nov 21 08:00:00 2016 GMTNot After : Nov 22 07:59:59 2017 GMTSubject: C=US, ST=California, L=San Francisco, O=Wikimedia Foundation, Inc., CN=*.wikipedia.orgSubject Public Key Info:Public Key Algorithm: id-ecPublicKeyPublic-Key: (256 bit)pub: 04:c9:22:69:31:8a:d6:6c:ea:da:c3:7f:2c:ac:a5:af:c0:02:ea:81:cb:65:b9:fd:0c:6d:46:5b:c9:1e:ed:b2:ac:2a:1b:4a:ec:80:7b:e7:1a:51:e0:df:f7:c7:4a:20:7b:91:4b:20:07:21:ce:cf:68:65:8c:c6:9d:3b:ef:d5:c1ASN1 OID: prime256v1NIST CURVE: P-256X509v3 extensions:X509v3 Key Usage: criticalDigital Signature, Key AgreementAuthority Information Access: CA Issuers - URI:http://secure.globalsign.com/cacert/gsorganizationvalsha2g2r1.crtOCSP - URI:http://ocsp2.globalsign.com/gsorganizationvalsha2g2X509v3 Certificate Policies: Policy: 1.3.6.1.4.1.4146.1.20CPS: https://www.globalsign.com/repository/Policy: 2.23.140.1.2.2X509v3 Basic Constraints: CA:FALSEX509v3 CRL Distribution Points: Full Name:URI:http://crl.globalsign.com/gs/gsorganizationvalsha2g2.crlX509v3 Subject Alternative Name: DNS:*.wikipedia.org, DNS:*.m.mediawiki.org, DNS:*.m.wikibooks.org, DNS:*.m.wikidata.org, DNS:*.m.wikimedia.org, DNS:*.m.wikimediafoundation.org, DNS:*.m.wikinews.org, DNS:*.m.wikipedia.org, DNS:*.m.wikiquote.org, DNS:*.m.wikisource.org, DNS:*.m.wikiversity.org, DNS:*.m.wikivoyage.org, DNS:*.m.wiktionary.org, DNS:*.mediawiki.org, DNS:*.planet.wikimedia.org, DNS:*.wikibooks.org, DNS:*.wikidata.org, DNS:*.wikimedia.org, DNS:*.wikimediafoundation.org, DNS:*.wikinews.org, DNS:*.wikiquote.org, DNS:*.wikisource.org, DNS:*.wikiversity.org, DNS:*.wikivoyage.org, DNS:*.wiktionary.org, DNS:*.wmfusercontent.org, DNS:*.zero.wikipedia.org, DNS:mediawiki.org, DNS:w.wiki, DNS:wikibooks.org, DNS:wikidata.org, DNS:wikimedia.org, DNS:wikimediafoundation.org, DNS:wikinews.org, DNS:wikiquote.org, DNS:wikisource.org, DNS:wikiversity.org, DNS:wikivoyage.org, DNS:wiktionary.org, DNS:wmfusercontent.org, DNS:wikipedia.orgX509v3 Extended Key Usage: TLS Web Server Authentication, TLS Web Client AuthenticationX509v3 Subject Key Identifier: 28:2A:26:2A:57:8B:3B:CE:B4:D6:AB:54:EF:D7:38:21:2C:49:5C:36X509v3 Authority Key Identifier: keyid:96:DE:61:F1:BD:1C:16:29:53:1C:C0:CC:7D:3B:83:00:40:E6:1A:7CSignature Algorithm: sha256WithRSAEncryption8b:c3:ed:d1:9d:39:6f:af:40:72:bd:1e:18:5e:30:54:23:35:...

4 证书长度

不同的签名加密方式，证书长度不一样，RSA1024的证书差不多1K，2048就要2K左右，ECC 256的大概六七百个字节等等。

证书允许扩展字段，所以有可能长度比较长，根据扩展信息的增加，证书大小都会变化。