OpenSSL RSA Key的生成和转换

不念不忘少年蓝@ 2022-10-16 08:42 288阅读 0赞

最近做一些芯片高级安全文件签名的反向验证工作，较多都是进行密钥转换、签名验证和加解密相关的操作，在这里顺带把其中的一些RSA格式转换操作总结一下。

## 1. RSA Key的生成 ##

*  生成2048 bit的私钥

$ openssl genrsa -out Key0.pem -f4 2048
    Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
    ....................................+++
    .................................+++
    e is 65537 (0x10001)
    $ cat Key0.pem 
    -----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
    MIIEowIBAAKCAQEA1IJ2tHYgAQ9/SbGPgc/pgAq/gfcp/HsOpJyQgOTBMWbD6CBz
    BJh4FzxP+RuJflOm7ILXc3QOO+ccJIT/6P8yuRp4JgWnd8r5wvAwBCzYrRV8zz6Y
    tgbBO7ORtd/lPtHzdLXj52/aAbrRu4L8qu3C8acOrM6EjY6nKUdtbYRhm2VssSE5
    ApU3pPKW6/QYXrUGypj8E8pujtYbtQIir4OXpMzJ2+AYeZOvjqSTuDSvet2As3qj
    BdpBTXWfNC44FHAolcWI6U8Q/L6QKO2H8P11IZAA8aHZva2vudcxVwKz2QiOR1yV
    ey4iXk2BhbOJQxC0XT3cc8k7Pbr+BHCDjR7i8wIDAQABAoIBAQCHlsJUfDYJVzD4
    /SC6S8UJHFJ6gxA39vAt2XNduhcGBTKkLegVG48sDCBeqdI9VvRfXVBIatkWIWxU
    ZMO/jux3LEtSvzLN/SUE2ylX0KFjNh2PQbpAEelCxV0H9VYYke7LHa7PIQ+xINjm
    0jmSeedzNgrn+VCb3VQMw3UvdlKsyYx6j2AKx4qmML2T6qhwn/racKqTArH/9I2h
    y47cxZYYACWwMD4R4NVj/UVy1yc4JU0HrtgyIo9fZL2CpGx/ZxQ0fKBGa5pI3xmn
    TZZzbTUy3SGORijr1R5dYe48ZnxYc7n4G7/E9aiytrvDuny3b4crPu2UAyqsDfBK
    j8ercULpAoGBAPqeKEC9J+hMGy4U1Ssu5ZqaNXxvLUEfT/ge+s/iVdh/dCtYEeqh
    iR8MFJ7cqGUZt/ecR9remF/xGdXob0YssfaZiBEYu8mgr5mR4/xhF15fJHTmuyla
    K3xsjOpMYTcF5KGQdwNnIXfodgL58xbel0ksx70qS/OOH60XF30Oe5KFAoGBANkS
    y79dRokQDVqMDIPNswfxA7kFteL6wgXXnVgTqTCDZm7L3TnTBxwj5ZETxUm0RuA/
    FdY46L54eiWcOpHcdMlKyf4Re9H855/25bUQf28e7LLRciuGUCZxNRKQ6r3IIERi
    q0/9q5Hdec81kWOL7i8O8qeyP3wC1yiXSynM0aUXAoGAW3i+WGKx3idpBDi2VTyY
    sQT34KLzcYFsPrOP97A0hQB/9hH++BRdZ+eQ3yrKi5wHeWihEVGNa/cj5t8fPg2y
    Jr+C2jqcz8rGTNbiz4rgbKFtPP258i3nEVLNW/bkxKByAkYoKiXKIWnHKO7xurcj
    oKGnhXOapRqKlTKIcCyJDcECgYAUGGRaQ9VKzPyffEWQUhOX0Z0JnNi4uYQKrGo5
    hCBuiEuMSD0jpECNP1l6M71Y1GKXUd/ApCYPs/GC19KoPCNnmw/WAGJZDzOWIHIl
    b/CMJe29pBwQoW98D5DdNiM1DHjIO+YmEpK2fy1OnGPoNkUHgDfAhITSAyVN8auY
    pAhoYwKBgAMHL7a52J2oI1gM5lKA+odLXIIScm4TC3CCqkcVajrY3XbCqVz+oRFK
    gzZoGIYOpBaYD/zy8vdL5Ds4Tg0ueo4yTyqnmSG34ydNabTnVyyj6z0W1Q/nhnJ8
    KiYJx4ZGR1/xLWfk0XDQmKEwwU2jDUN/++nm5XXVkUI6tHKOvhf4
    -----END RSA PRIVATE KEY-----

由于`-inform`和`-outform`的默认参数为`PEM`，所以这里的完整命令为：

$ openssl genrsa -outform=PEM -out Key0.pem -f4 2048

*  从私钥导出公钥

$ openssl rsa -in Key0.pem -pubout -out Key0_pub.pem
    writing RSA key
    $ cat Key0_pub.pem 
    -----BEGIN PUBLIC KEY-----
    MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA1IJ2tHYgAQ9/SbGPgc/p
    gAq/gfcp/HsOpJyQgOTBMWbD6CBzBJh4FzxP+RuJflOm7ILXc3QOO+ccJIT/6P8y
    uRp4JgWnd8r5wvAwBCzYrRV8zz6YtgbBO7ORtd/lPtHzdLXj52/aAbrRu4L8qu3C
    8acOrM6EjY6nKUdtbYRhm2VssSE5ApU3pPKW6/QYXrUGypj8E8pujtYbtQIir4OX
    pMzJ2+AYeZOvjqSTuDSvet2As3qjBdpBTXWfNC44FHAolcWI6U8Q/L6QKO2H8P11
    IZAA8aHZva2vudcxVwKz2QiOR1yVey4iXk2BhbOJQxC0XT3cc8k7Pbr+BHCDjR7i
    8wIDAQAB
    -----END PUBLIC KEY-----

2. RSA Key的转换  
在用openssl rsa命令生成RSA Key时有3种可选格式，分别为PEM，DER和NET，通过-inform参数指定，默认为PEM。

DER: 原始的RSA Key按照ASN1 DER编码的方式存储  
PEM: DER经过base64编码转换为PEM格式  
NET: OpenSSL的帮助提示显示，NET是一个同老式的Netscape server和微软IIS .key文件兼容的格式（不过我没有详细研究过这种格式）  
除了上面提到的3种格式外，最常见的还有可读性较好的文本格式，这里称为TXT格式。以下是PEM，DER和TXT格式之间的相互转换。

2.1 PEM转DER格式  
直接通过openssl rsa进行输入格式和输出格式的转换。

# 私钥：PEM --(convert)--> DER
    $ openssl rsa -inform PEM -in Key0.pem -outform DER -out Key0.der
    $
    # 公钥：PEM --(convert)> DER
    $ openssl rsa -inform PEM -in Key0_pub.pem -pubin -outform DER -out Key0_pub.der

既然PEM是DER格式进行base64编码的格式，那PEM通过base64解码应为DER格式：

# 私钥：PEM --(decryption)--> DER
    $ openssl base64 -d -in Key0.pem -out Key0.bin
    $
    # 公钥：PEM --(decryption)--> DER
    $ openssl base64 -d -in Key0_pub.pem -out Key0_pub.bin

比较以上两种方法生成的文件Key0.der和Key0.bin，以及Key0\_pub.der和Key0\_pub.bin，其md5sum的结果一样，说明内容一样：

$ md5sum Key0.der Key0.bin Key0_pub.der Key0_pub.bin 
    f6fa3ec1e35866578fccd507cb106f08  Key0.der
    f6fa3ec1e35866578fccd507cb106f08  Key0.bin
    fd15765f1656cc3332992cf6e979217f  Key0_pub.der
    fd15765f1656cc3332992cf6e979217f  Key0_pub.bin

### 2.2 DER转PEM格式 ###

跟PEM转DER格式一样，可以通过`openssl rsa`命令和`openssl base64`命令进行转换。

使用`openssl rsa`命令转换：

# 私钥：DER --(convert)--> PEM
    $ openssl rsa -inform DER -in Key0.der -outform PEM -out Key0.PEM 
    $
    # 公钥：DER --(convert)--> PEM
    $ openssl rsa -inform DER -in Key0_pub.der -pubin -outform PEM -out Key0_pub.PEM

使用`openssl base64`命令转换：

# 私钥：DER --(encryption)--> PEM
    $ openssl base64 -e -in Key0.der -out Key0.pem
    $
    # 公钥：DER --(encryption)--> PEM
    $ openssl base64 -e -in Key0_pub.der -out Key0_pub.pem

以下是两种转换方式得到的内容，略有不同。

$ cat Key0_pub.PEM
    -----BEGIN PUBLIC KEY-----
    MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA1IJ2tHYgAQ9/SbGPgc/p
    gAq/gfcp/HsOpJyQgOTBMWbD6CBzBJh4FzxP+RuJflOm7ILXc3QOO+ccJIT/6P8y
    uRp4JgWnd8r5wvAwBCzYrRV8zz6YtgbBO7ORtd/lPtHzdLXj52/aAbrRu4L8qu3C
    8acOrM6EjY6nKUdtbYRhm2VssSE5ApU3pPKW6/QYXrUGypj8E8pujtYbtQIir4OX
    pMzJ2+AYeZOvjqSTuDSvet2As3qjBdpBTXWfNC44FHAolcWI6U8Q/L6QKO2H8P11
    IZAA8aHZva2vudcxVwKz2QiOR1yVey4iXk2BhbOJQxC0XT3cc8k7Pbr+BHCDjR7i
    8wIDAQAB
    -----END PUBLIC KEY-----
    $ cat Key0_pub.pem 
    MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA1IJ2tHYgAQ9/SbGPgc/p
    gAq/gfcp/HsOpJyQgOTBMWbD6CBzBJh4FzxP+RuJflOm7ILXc3QOO+ccJIT/6P8y
    uRp4JgWnd8r5wvAwBCzYrRV8zz6YtgbBO7ORtd/lPtHzdLXj52/aAbrRu4L8qu3C
    8acOrM6EjY6nKUdtbYRhm2VssSE5ApU3pPKW6/QYXrUGypj8E8pujtYbtQIir4OX
    pMzJ2+AYeZOvjqSTuDSvet2As3qjBdpBTXWfNC44FHAolcWI6U8Q/L6QKO2H8P11
    IZAA8aHZva2vudcxVwKz2QiOR1yVey4iXk2BhbOJQxC0XT3cc8k7Pbr+BHCDjR7i
    8wIDAQAB

其唯一不同的后者Key0\_pub.pem是通过openssl base64命令得到的文件，丢失了"-----BEGIN PUBLIC KEY-----“和”-----END PUBLIC KEY-----"这两条注释信息。

2.3 PEM转TXT格式  
直接通过openssl rsa命令的-text参数输出可读的TXT格式：

# 私钥：PEM --> TXT
    $ openssl rsa -inform PEM -in Key0.PEM -text -out Key0.txt
    $
    # 公钥：PEM --> TXT
    $ openssl rsa -inform PEM -in Key0_pub.PEM -pubin -text -out Key0_pub.txt

实践发现，转换为TXT的PEM文件需要包含"-----BEGIN PUBLIC KEY-----“和”-----END PUBLIC KEY-----"标记，没有这个标记转换会失败。  
例如，以下将DER通过openssl base64命令加密为PEM格式后，再尝试转换为TXT格式失败。

$ openssl rsa -inform PEM -in Key0.pem -text -out Key0.txt
    unable to load Private Key
    140185959843488:error:0906D06C:PEM routines:PEM_read_bio:no start line:pem_lib.c:703:Expecting: ANY PRIVATE KEY
    $ cat Key0.pem
    MIIEowIBAAKCAQEA1IJ2tHYgAQ9/SbGPgc/pgAq/gfcp/HsOpJyQgOTBMWbD6CBz
    BJh4FzxP+RuJflOm7ILXc3QOO+ccJIT/6P8yuRp4JgWnd8r5wvAwBCzYrRV8zz6Y
    tgbBO7ORtd/lPtHzdLXj52/aAbrRu4L8qu3C8acOrM6EjY6nKUdtbYRhm2VssSE5
    ApU3pPKW6/QYXrUGypj8E8pujtYbtQIir4OXpMzJ2+AYeZOvjqSTuDSvet2As3qj
    BdpBTXWfNC44FHAolcWI6U8Q/L6QKO2H8P11IZAA8aHZva2vudcxVwKz2QiOR1yV
    ey4iXk2BhbOJQxC0XT3cc8k7Pbr+BHCDjR7i8wIDAQABAoIBAQCHlsJUfDYJVzD4
    /SC6S8UJHFJ6gxA39vAt2XNduhcGBTKkLegVG48sDCBeqdI9VvRfXVBIatkWIWxU
    ZMO/jux3LEtSvzLN/SUE2ylX0KFjNh2PQbpAEelCxV0H9VYYke7LHa7PIQ+xINjm
    0jmSeedzNgrn+VCb3VQMw3UvdlKsyYx6j2AKx4qmML2T6qhwn/racKqTArH/9I2h
    y47cxZYYACWwMD4R4NVj/UVy1yc4JU0HrtgyIo9fZL2CpGx/ZxQ0fKBGa5pI3xmn
    TZZzbTUy3SGORijr1R5dYe48ZnxYc7n4G7/E9aiytrvDuny3b4crPu2UAyqsDfBK
    j8ercULpAoGBAPqeKEC9J+hMGy4U1Ssu5ZqaNXxvLUEfT/ge+s/iVdh/dCtYEeqh
    iR8MFJ7cqGUZt/ecR9remF/xGdXob0YssfaZiBEYu8mgr5mR4/xhF15fJHTmuyla
    K3xsjOpMYTcF5KGQdwNnIXfodgL58xbel0ksx70qS/OOH60XF30Oe5KFAoGBANkS
    y79dRokQDVqMDIPNswfxA7kFteL6wgXXnVgTqTCDZm7L3TnTBxwj5ZETxUm0RuA/
    FdY46L54eiWcOpHcdMlKyf4Re9H855/25bUQf28e7LLRciuGUCZxNRKQ6r3IIERi
    q0/9q5Hdec81kWOL7i8O8qeyP3wC1yiXSynM0aUXAoGAW3i+WGKx3idpBDi2VTyY
    sQT34KLzcYFsPrOP97A0hQB/9hH++BRdZ+eQ3yrKi5wHeWihEVGNa/cj5t8fPg2y
    Jr+C2jqcz8rGTNbiz4rgbKFtPP258i3nEVLNW/bkxKByAkYoKiXKIWnHKO7xurcj
    oKGnhXOapRqKlTKIcCyJDcECgYAUGGRaQ9VKzPyffEWQUhOX0Z0JnNi4uYQKrGo5
    hCBuiEuMSD0jpECNP1l6M71Y1GKXUd/ApCYPs/GC19KoPCNnmw/WAGJZDzOWIHIl
    b/CMJe29pBwQoW98D5DdNiM1DHjIO+YmEpK2fy1OnGPoNkUHgDfAhITSAyVN8auY
    pAhoYwKBgAMHL7a52J2oI1gM5lKA+odLXIIScm4TC3CCqkcVajrY3XbCqVz+oRFK
    gzZoGIYOpBaYD/zy8vdL5Ds4Tg0ueo4yTyqnmSG34ydNabTnVyyj6z0W1Q/nhnJ8
    KiYJx4ZGR1/xLWfk0XDQmKEwwU2jDUN/++nm5XXVkUI6tHKOvhf4

对比这里的key0.pem可最初生成的内容，唯一的差别就是这里缺少"-----BEGIN PUBLIC KEY-----“和”-----END PUBLIC KEY-----"标记

2.4 TXT转PEM格式  
我不知道如何用openssl命令进行转换，谁知道的告诉我啊~~~

但是，我相信看过TXT内容的都应该知道如何进行转换，因为TXT文件最后的"-----BEGIN PUBLIC KEY-----“和”-----END PUBLIC KEY-----"部分就是PEM内容。

2019.06.27, 补记:  
对于TXT文件，还是可以通过命令转换为PEM文件格式的：

$ openssl rsa -inform PEM -in Key1.txt -outform PEM -out Key1.pem

不过这里的输入格式和输出格式都需要指定为PEM格式。为什么输入明明是txt文本，却需要指定为PEM格式呢？

打开Key1.txt文件看下文件格式就知道了，除了前面部分RSA Key的各种参数外，在文件最后面还包含了一段由"-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----“和”-----END RSA PRIVATE KEY-----"包含的部分。

因此工具在在处理输入的TXT文件时，会识别并提取"-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----“和”-----END RSA PRIVATE KEY-----"字符串中间的部分。

所以即使在TXT文件内输入其它的字符，openssl工具也可以正确提取，前提是"BEGIN"和"END"格式字符串内是一个完整的Key。