Jeonghun (James) Lee

$ openssl version
OpenSSL 1.1.1b  26 Feb 2019

//ECDSA Key의  동작확인 및 ECDSA List 
$ openssl ecparam -list_curves // 모든 지원 curves 확인 secp xxx Key Size 
  secp112r1 : SECG/WTLS curve over a 112 bit prime field
  secp112r2 : SECG curve over a 112 bit prime field
  secp128r1 : SECG curve over a 128 bit prime field
  secp128r2 : SECG curve over a 128 bit prime field
  secp160k1 : SECG curve over a 160 bit prime field
  secp160r1 : SECG curve over a 160 bit prime field
  secp160r2 : SECG/WTLS curve over a 160 bit prime field
  secp192k1 : SECG curve over a 192 bit prime field
  secp224k1 : SECG curve over a 224 bit prime field
  secp224r1 : NIST/SECG curve over a 224 bit prime field
  secp256k1 : SECG curve over a 256 bit prime field           //현재 secp256r1 와 다름 주의 
  secp384r1 : NIST/SECG curve over a 384 bit prime field
  secp521r1 : NIST/SECG curve over a 521 bit prime field
  prime192v1: NIST/X9.62/SECG curve over a 192 bit prime field
  prime192v2: X9.62 curve over a 192 bit prime field
  prime192v3: X9.62 curve over a 192 bit prime field
  prime239v1: X9.62 curve over a 239 bit prime field
  prime239v2: X9.62 curve over a 239 bit prime field
  prime239v3: X9.62 curve over a 239 bit prime field
  prime256v1: X9.62/SECG curve over a 256 bit prime field            //현재 secp256r1 동일(이름이 변경됨) 
  sect113r1 : SECG curve over a 113 bit binary field
  sect113r2 : SECG curve over a 113 bit binary field
  sect131r1 : SECG/WTLS curve over a 131 bit binary field
  sect131r2 : SECG curve over a 131 bit binary field
  sect163k1 : NIST/SECG/WTLS curve over a 163 bit binary field
  sect163r1 : SECG curve over a 163 bit binary field
  sect163r2 : NIST/SECG curve over a 163 bit binary field
  sect193r1 : SECG curve over a 193 bit binary field
  sect193r2 : SECG curve over a 193 bit binary field
  sect233k1 : NIST/SECG/WTLS curve over a 233 bit binary field
  sect233r1 : NIST/SECG/WTLS curve over a 233 bit binary field
  sect239k1 : SECG curve over a 239 bit binary field
  sect283k1 : NIST/SECG curve over a 283 bit binary field
  sect283r1 : NIST/SECG curve over a 283 bit binary field
  sect409k1 : NIST/SECG curve over a 409 bit binary field
  sect409r1 : NIST/SECG curve over a 409 bit binary field
  sect571k1 : NIST/SECG curve over a 571 bit binary field
  sect571r1 : NIST/SECG curve over a 571 bit binary field
  c2pnb163v1: X9.62 curve over a 163 bit binary field
  c2pnb163v2: X9.62 curve over a 163 bit binary field
  c2pnb163v3: X9.62 curve over a 163 bit binary field
  c2pnb176v1: X9.62 curve over a 176 bit binary field
  c2tnb191v1: X9.62 curve over a 191 bit binary field
  c2tnb191v2: X9.62 curve over a 191 bit binary field
  c2tnb191v3: X9.62 curve over a 191 bit binary field
  c2pnb208w1: X9.62 curve over a 208 bit binary field
  c2tnb239v1: X9.62 curve over a 239 bit binary field
  c2tnb239v2: X9.62 curve over a 239 bit binary field
  c2tnb239v3: X9.62 curve over a 239 bit binary field
  c2pnb272w1: X9.62 curve over a 272 bit binary field
  c2pnb304w1: X9.62 curve over a 304 bit binary field
  c2tnb359v1: X9.62 curve over a 359 bit binary field
  c2pnb368w1: X9.62 curve over a 368 bit binary field
  c2tnb431r1: X9.62 curve over a 431 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls1: WTLS curve over a 113 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls3: NIST/SECG/WTLS curve over a 163 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls4: SECG curve over a 113 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls5: X9.62 curve over a 163 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls6: SECG/WTLS curve over a 112 bit prime field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls7: SECG/WTLS curve over a 160 bit prime field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls8: WTLS curve over a 112 bit prime field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls9: WTLS curve over a 160 bit prime field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls10: NIST/SECG/WTLS curve over a 233 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls11: NIST/SECG/WTLS curve over a 233 bit binary field
  wap-wsg-idm-ecid-wtls12: WTLS curve over a 224 bit prime field
  Oakley-EC2N-3:
        IPSec/IKE/Oakley curve #3 over a 155 bit binary field.
        Not suitable for ECDSA.
        Questionable extension field!
  Oakley-EC2N-4:
        IPSec/IKE/Oakley curve #4 over a 185 bit binary field.
        Not suitable for ECDSA.
        Questionable extension field!
  brainpoolP160r1: RFC 5639 curve over a 160 bit prime field
  brainpoolP160t1: RFC 5639 curve over a 160 bit prime field
  brainpoolP192r1: RFC 5639 curve over a 192 bit prime field
  brainpoolP192t1: RFC 5639 curve over a 192 bit prime field
  brainpoolP224r1: RFC 5639 curve over a 224 bit prime field
  brainpoolP224t1: RFC 5639 curve over a 224 bit prime field
  brainpoolP256r1: RFC 5639 curve over a 256 bit prime field
  brainpoolP256t1: RFC 5639 curve over a 256 bit prime field
  brainpoolP320r1: RFC 5639 curve over a 320 bit prime field
  brainpoolP320t1: RFC 5639 curve over a 320 bit prime field
  brainpoolP384r1: RFC 5639 curve over a 384 bit prime field
  brainpoolP384t1: RFC 5639 curve over a 384 bit prime field
  brainpoolP512r1: RFC 5639 curve over a 512 bit prime field
  brainpoolP512t1: RFC 5639 curve over a 512 bit prime field
  SM2       : SM2 curve over a 256 bit prime field

관련내용
https://crypto.stackexchange.com/questions/33052/is-there-any-difference-between-nist-and-secp-curves-in-terms-of-their-algorithm
https://crypto.stackexchange.com/questions/70889/is-curve-p-384-equal-to-secp384r1

2. ECDSA Certificate 생성방법

ECDSA 기반의 Key 기반으로 Certificate를 생성하는 방법으로 아래 방법으로 간단히 생성이 가능하다.

ECDSA 기반의 Certifiace 생성

ECDSA Private Key 생성방법
ECDSA Private Key 기반의 Certificate 생성

$ openssl ecparam -out key.pem -name secp256r1 -genkey  // Private Key 와 Public Key 생성 

$ openssl req -new -key key.pem -x509 -nodes -days 365 -out cert.pem  // Key 기반으로 Certificate 생성(1년)

상위와 같이 Private Key 기반으로 쉽게 Certificate를 생성가능

Private Key(key.pem) 생성
Cerfiticate(cert.pem) 생성완료 (X.509)

아래 링크 생성방법과 동일
  https://stackoverflow.com/questions/11992036/how-do-i-create-an-ecdsa-certificate-with-the-openssl-command-line
  https://zurgl.com/how-to-create-an-ecdsa-certificate/
  https://stackoverflow.com/questions/11992036/how-do-i-create-an-ecdsa-certificate-with-the-openssl-command-line

ECC Key 생성과 Certificate는 기본구조 세부분석으로 알고 싶지 않다면 , 아래는 보지말고, 그냥 위 Command로만 생성하고 말자.

ECDSA 기반의 Certificate 분석할 것

아래의 3부분은 상위에서 만든 Private Key와 Certificate를 기본구조 이해하기 위해 분석하는것이므로 알고 이해했다면 넘어가자.

2.1 ECSDSA Private Key 생성 및 분석: Private Key 내부구성 및 분석방법
2.2 ECSDSA Certificate Signature 분석: Certificate의 Signature의 구성 및 사용방법
2.2 ECSDSA Certificate 분석: Certificate 생성방법 및 분석방법

실제 Certificate의 구성분석

상위를 분석한 후 CA(Cerficiate Autority)의 기본동작을 보도록하자.

3. Certificate Auhoirty 기본동작

2.1 ECDSA의 Private Key 생성 및 분석

Eliptic-curve cryptography 로 Private Key 생성과 분석이므로 분석할 필요가 없다면 넘어가자

**ECDSA Private Key 비대칭 Key이니, 당연히 이 정보 안에 Private Key와 Public Key 정보도 같이 포함되어있다.

ECDSA는 Certifcate에서 사용되어지는 Signature 알고리즘이니, 정확히 말하면, ECDSA가 아니라 ECC(Elliptic Curve Cryptography)의 PrivateKey가 맞겠다.

더불어 생성된 Key 정보를 OpenSSL에서 제공하는 다양한 명령어로 분석해보자

A. ECDSA Private Key 생성방법

OpenSSL에서 지원되는 Curve List에서 각 이름별로 Key 생성

// base64 Encoding에서 아래부분을 반드시 확인하며, 각각 의미를 확인
//-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
//-----END EC PRIVATE KEY----- 

$ openssl ecparam -out key0.pem -name secp256r1 -genkey  // ECDSA P-256 (secp256r1 Curve) 사용 
using curve name prime256v1 instead of secp256r1   // secp256r1 이 prime256v1 대체됨  
$ cat key0.pem                                     // Text기반으로 보기때문에 Base64 Encoding 이됨  
-----BEGIN EC PARAMETERS-----
BggqhkjOPQMBBw==
-----END EC PARAMETERS-----
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIIaZ3Q9Yt+Pi0SkX7Qc3+w/qotLCxraj72TUjcrO2K/6oAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEZAn9MRJqAwmcbIuV2jFKx4q3C1pwrnPoLJPMJt+lv7wPpYvyzUBj
V7WuXWBMk2O7RYLXVCrWUoe8NWsXE+OKOQ==
-----END EC PRIVATE KEY-----

or 

$ openssl ecparam -genkey -name prime256v1 -out key1.pem -noout // -noout을 주면 EC PARAMETERS 삭제됨 
$ cat key1.pem
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIFcRnrEHSiO6Xy47Pu8RdAAg4OgwkR67QLPppNO4uKAGoAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupmVx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCm
AMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END EC PRIVATE KEY-----

or 

$ openssl ecparam -genkey -name secp256r1 | openssl ec -out key2.pem // ECDSA P-256(secp256r1 Curve) 사용 
using curve name prime256v1 instead of secp256r1   // 대체되며 동일한 기능임  
$ cat key2.pem                 
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIFcRnrEHSiO6Xy47Pu8RdAAg4OgwkR67QLPppNO4uKAGoAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupmVx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCm
AMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END EC PRIVATE KEY-----

openssl ecparam manual
  https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man1/ecparam.html

EC PRIVATE KEY FORMAT
  https://tools.ietf.org/html/rfc5915
  https://crypto.stackexchange.com/questions/48707/ecdsa-private-key-format

상위에서 다양하게 생성된 Private Key 중 하나를 선택하여 이 기반으로 다양하게 분석.

B. 생성된 Private Key 들 중 key.pem 선택 후 분석

$ mv key0.pem key.pem
or
$ mv key1.pem key.pem // 셋 중 아무거나 사용

C.1 key.pem 의 ASN.1 Parser 분석

BEGIN EC PRIVATE KEY는 Private Key 와 Public Key가 같이 존재하지만, ASN.1으로 OCTET STRING 과 BIT STRING으로 분할.

// key.pem (BEGIN EC PRIVATE KEY) 
// key.der 일경우 base64 encoding 방식이 아니며 binary이므로 -inform DER 추가   
$ cat key.pem 
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIFcRnrEHSiO6Xy47Pu8RdAAg4OgwkR67QLPppNO4uKAGoAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupmVx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCm
AMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END EC PRIVATE KEY-----

// ASN.1 으로 Decoding 하면 OCTET STRING의 Hex Dump Private Key정보 존재 와 Public Key 존재 
$ openssl asn1parse -in key.pem  
    0:d=0  hl=2 l= 119 cons: SEQUENCE          
    2:d=1  hl=2 l=   1 prim: INTEGER           :01
    5:d=1  hl=2 l=  32 prim: OCTET STRING      [HEX DUMP]:57119EB1074A23BA5F2E3B3EEF11740020E0E830911EBB40B3E9A4D3B8B8A006
   39:d=1  hl=2 l=  10 cons: cont [ 0 ]        
   41:d=2  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :prime256v1
   51:d=1  hl=2 l=  68 cons: cont [ 1 ]        
   53:d=2  hl=2 l=  66 prim: BIT STRING 

// OCTET STRING: Private Key  
// BIT STRING: Public Key 
$ openssl asn1parse -in key.pem -dump  
    0:d=0  hl=2 l= 119 cons: SEQUENCE          
    2:d=1  hl=2 l=   1 prim: INTEGER           :01
    5:d=1  hl=2 l=  32 prim: OCTET STRING      
      0000 - 57 11 9e b1 07 4a 23 ba-5f 2e 3b 3e ef 11 74 00   W....J#._.;>..t.
      0010 - 20 e0 e8 30 91 1e bb 40-b3 e9 a4 d3 b8 b8 a0 06    ..0...@........
   39:d=1  hl=2 l=  10 cons: cont [ 0 ]        
   41:d=2  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :prime256v1
   51:d=1  hl=2 l=  68 cons: cont [ 1 ]        
   53:d=2  hl=2 l=  66 prim: BIT STRING        
      0000 - 00 04 02 3a 11 92 d3 cf-64 20 44 77 a4 e2 53 f8   ...:....d Dw..S.
      0010 - 36 bb ea a0 92 ea 66 57-1e d7 40 92 6f 4f a8 56   6.....fW..@.oO.V
      0020 - a1 c9 07 33 a9 23 58 60-a6 00 c3 2d 5b f4 d0 ef   ...3.#X`...-[...
      0030 - 39 68 ae e3 9e e7 66 0d-46 0c 5e f2 f3 29 8d 41   9h....f.F.^..).A
      0040 - d4 e0                                             ..

C.2 key.pem의 TEXT 기반분석

Private Key 와 Public Key 분석방법 (명령어 openssl pkey)

// 상위 key.pem 다름 (BEGIN PRIVATE KEY) 이 정보안에 Private Key 정보포함 
// key.der 일경우 base64 encoding 방식이 아니며 binary이므로 -inform DER 추가   
$ openssl pkey -in key.pem -text  
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MIGHAgEAMBMGByqGSM49AgEGCCqGSM49AwEHBG0wawIBAQQgVxGesQdKI7pfLjs+
7xF0ACDg6DCRHrtAs+mk07i4oAahRANCAAQCOhGS089kIER3pOJT+Da76qCS6mZX
HtdAkm9PqFahyQczqSNYYKYAwy1b9NDvOWiu457nZg1GDF7y8ymNQdTg
-----END PRIVATE KEY-----
Private-Key: (256 bit)        // 256bit (32byte)
priv:                         // 32bytes 
    57:11:9e:b1:07:4a:23:ba:5f:2e:3b:3e:ef:11:74:
    00:20:e0:e8:30:91:1e:bb:40:b3:e9:a4:d3:b8:b8:
    a0:06
pub:                          // 65byte (1+32bytes+32bytes) Public Key A/B 두개의 키로구성
    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:
    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:
    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:
    29:8d:41:d4:e0
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256

$ openssl pkey -in key.pem -noout -text
Private-Key: (256 bit)        // 256bit (32byte)
priv:                         // 32bytes  Private Key 
    57:11:9e:b1:07:4a:23:ba:5f:2e:3b:3e:ef:11:74:
    00:20:e0:e8:30:91:1e:bb:40:b3:e9:a4:d3:b8:b8:
    a0:06
pub:                          // 65byte (1+32bytes+32bytes) Public Key A/B 두개의 키로구성  
    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:
    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:
    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:
    29:8d:41:d4:e0
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256

openssl key manual
https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man1/pkey.html

Public Key 65bytes (1+32+32 )
https://davidederosa.com/basic-blockchain-programming/elliptic-curve-keys/

https://cryptobook.nakov.com/asymmetric-key-ciphers/elliptic-curve-cryptography-ecc#ecc-keys

BEGIN EC PRIVATE KEY 와 BEGIN PRIVATE KEY 차이

둘 다 Private Key 와 Public Key를 가지고 있지만 ASN.1의 Data Type 차이일 뿐

BEGIN EC PRIVATE KEY: ASN.1으로 OCTECT STRING 과 BIT STRING으로 분리됨
BEGIN PRIVATE KEY: ASN.1의 OCTECT STRING으로 통합되어 쉽게 볼수 있음

// key.der 일경우 base64 encoding 방식이 아니며 binary이므로 -inform DER 추가   
$ vi test.pem  // Private Key 와 Public Key 같이 가지고 있음 
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MIGHAgEAMBMGByqGSM49AgEGCCqGSM49AwEHBG0wawIBAQQgVxGesQdKI7pfLjs+
7xF0ACDg6DCRHrtAs+mk07i4oAahRANCAAQCOhGS089kIER3pOJT+Da76qCS6mZX
HtdAkm9PqFahyQczqSNYYKYAwy1b9NDvOWiu457nZg1GDF7y8ymNQdTg
-----END PRIVATE KEY-----

$ openssl asn1parse -in test.pem // 상위 Private Key 와 Public Key 정보 확인가능 
    0:d=0  hl=3 l= 135 cons: SEQUENCE          
    3:d=1  hl=2 l=   1 prim: INTEGER           :00
    6:d=1  hl=2 l=  19 cons: SEQUENCE          
    8:d=2  hl=2 l=   7 prim: OBJECT            :id-ecPublicKey
   17:d=2  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :prime256v1
   27:d=1  hl=2 l= 109 prim: OCTET STRING      [HEX DUMP]:306B020101042057119EB1074A23BA5F2E3B3EEF11740020E0E830911EBB40B3E9A4D3B8B8A006A14403420004023A1192D3CF64204477A4E253F836BBEAA092EA66571ED740926F4FA856A1C90733A9235860A600C32D5BF4D0EF3968AEE39EE7660D460C5EF2F3298D41D4E0

$ openssl asn1parse -in test.pem -dump //혹시 몰라서 전체 dump 
    0:d=0  hl=3 l= 135 cons: SEQUENCE          
    3:d=1  hl=2 l=   1 prim: INTEGER           :00
    6:d=1  hl=2 l=  19 cons: SEQUENCE          
    8:d=2  hl=2 l=   7 prim: OBJECT            :id-ecPublicKey
   17:d=2  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :prime256v1
   27:d=1  hl=2 l= 109 prim: OCTET STRING      
      0000 - 30 6b 02 01 01 04 20 57-11 9e b1 07 4a 23 ba 5f   0k.... W....J#._
      0010 - 2e 3b 3e ef 11 74 00 20-e0 e8 30 91 1e bb 40 b3   .;>..t. ..0...@.
      0020 - e9 a4 d3 b8 b8 a0 06 a1-44 03 42 00 04 02 3a 11   ........D.B...:.
      0030 - 92 d3 cf 64 20 44 77 a4-e2 53 f8 36 bb ea a0 92   ...d Dw..S.6....
      0040 - ea 66 57 1e d7 40 92 6f-4f a8 56 a1 c9 07 33 a9   .fW..@.oO.V...3.
      0050 - 23 58 60 a6 00 c3 2d 5b-f4 d0 ef 39 68 ae e3 9e   #X`...-[...9h...
      0060 - e7 66 0d 46 0c 5e f2 f3-29 8d 41 d4 e0            .f.F.^..).A..

ASN.1 parse 구조

offset:d
d: depth
hl: header length (bytes)
l: length (bytes)
cons or prim: tags form

openssl asn1parse
https://www.openssl.org/docs/manmaster/man1/openssl-asn1parse.html
https://www.obj-sys.com/docs/acv67/JavaRunTime/com/objsys/asn1j/runtime/Asn1Tag.html

C.3 key.pem의 TEXT 기반분석

Private Key 와 Public Key 분석방법 (명령어 openssl ec)

바로 이전과 동일하게 나오며, 쉽게 Private Key와 Public Key 좀 더 쉽게 분석가능

이 Private Key로 2.3 ECDSA 의 Certificate 분석에 사용

// key.der 일경우 base64 encoding 방식이 아니며 binary이므로 -inform DER 추가   
$ openssl ec -in key.pem -text -noout
read EC key
Private-Key: (256 bit)
priv:
    57:11:9e:b1:07:4a:23:ba:5f:2e:3b:3e:ef:11:74:
    00:20:e0:e8:30:91:1e:bb:40:b3:e9:a4:d3:b8:b8:
    a0:06
pub:   //Prefix(0x04) and Pair of Coordinates (X,Y)   RFC5480 2.2 Subject Public Key 참조 0x04 uncompressed  
    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:
    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:
    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:
    29:8d:41:d4:e0
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256

$ openssl ec -in key.pem -text
read EC key
Private-Key: (256 bit)
priv:
    57:11:9e:b1:07:4a:23:ba:5f:2e:3b:3e:ef:11:74:
    00:20:e0:e8:30:91:1e:bb:40:b3:e9:a4:d3:b8:b8:
    a0:06
pub:    //Prefix(0x04) and Pair of Coordinates (X,Y)   RFC5480 2.2 Subject Public Key 참조 0x04 uncompressed  
    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:
    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:
    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:
    29:8d:41:d4:e0
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256
writing EC key
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIFcRnrEHSiO6Xy47Pu8RdAAg4OgwkR67QLPppNO4uKAGoAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupmVx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCm
AMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END EC PRIVATE KEY-----

$ openssl ec -in key.pem -text -pubout  // 실제 Public Key 추출 가능(이는 아래의 Certificate 사용) 
read EC key
Private-Key: (256 bit)
priv:
    57:11:9e:b1:07:4a:23:ba:5f:2e:3b:3e:ef:11:74:
    00:20:e0:e8:30:91:1e:bb:40:b3:e9:a4:d3:b8:b8:
    a0:06
pub:   //Prefix(0x04) and Pair of Coordinates (X,Y)   RFC5480 2.2 Subject Public Key 참조 0x04 uncompressed  
    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:
    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:
    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:
    29:8d:41:d4:e0
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256
writing EC key
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFkwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupm
Vx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCmAMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END PUBLIC KEY-----

openssl ec manual
  https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man1/ec.html
openssl ec command 예제
  https://wiki.openssl.org/index.php/Command_Line_Elliptic_Curve_Operations
openssl command 예제
  https://wiki.openssl.org/index.php/Command_Line_Utilities

  https://en.wikipedia.org/wiki/X.690

Base64 Code To Hex로 Private Key 재검증

ASN.1 이 필요하지만, Base64로 직접 Hex로 변경하여 ASN.1 OCTECT STRING으로 통합된 곳 확인가능

// key.pem (BEGIN EC PRIVATE KEY) 
MHcCAQEEIFcRnrEHSiO6Xy47Pu8RdAAg4OgwkR67QLPppNO4uKAGoAoGCCqGSM49AwEHoUQDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupmVx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCmAMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
//base64 to Hex
30770201010420178b69b8b92c8f17366eb7ac816bf04c7410b022c01942a10acc4f791c4a7f9ba00a06082a8648ce3d030107a14403420004353693ac07ddd2e5f1231ef3e86f97fcfd2365653f9bc2c261513e36cdd4b3df1d4b800a5f25a4bc96fa0230c0f4a338837da9c30450cbb8e43ce07a6aede8d0

// key.pem (BEGIN PRIVATE KEY) 
MIGHAgEAMBMGByqGSM49AgEGCCqGSM49AwEHBG0wawIBAQQgVxGesQdKI7pfLjs+7xF0ACDg6DCRHrtAs+mk07i4oAahRANCAAQCOhGS089kIER3pOJT+Da76qCS6mZXHtdAkm9PqFahyQczqSNYYKYAwy1b9NDvOWiu457nZg1GDF7y8ymNQdTg
//base64 to Hex
308187020100301306072a8648ce3d020106082a8648ce3d030107046d306b020101042057119eb1074a23ba5f2e3b3eef11740020e0e830911ebb40b3e9a4d3b8b8a006a14403420004023a1192d3cf64204477a4e253f836bbeaa092ea66571ed740926f4fa856a1c90733a9235860a600c32d5bf4d0ef3968aee39ee7660d460c5ef2f3298d41d4e0

Base64 Encode/Decode Tool 이 없다면 아래의 사이트에서 변경

Base64 Encode/Decode Website
https://base64.guru/converter/encode/hex
https://base64.guru/converter/decode/hex

2.2 ECDSA 의 Certificate Signature 분석

이 부분은 CA가 Certificate 의 Signature 부분을 생성부분을 이해하기 위해서 간단하게 구성한 것이므로, 알면 넘어가자

이부분은 ECDSA Certificate의 Signature Sign/Verify 부분을 이해하는 것으로, 나중에 구조그림을 보면 쉽게 이해간다.

Signature는 Private Key 기반으로 만들고, Public Key로 검증이 가능하니 아래와 같이 각 Key들을 확인

Private Key 동일하게 생성

// Create Private key and Public Key (상위와 key.pem 동일)
$ openssl ecparam -genkey -name prime256v1 -noout -out private.pem //새로 생성하고 할 경우, 나는 상위 key.pem 복사

$ cat private.pem  //기존의 key.pem 과 동일 
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIFcRnrEHSiO6Xy47Pu8RdAAg4OgwkR67QLPppNO4uKAGoAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupmVx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCm
AMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END EC PRIVATE KEY-----

$ openssl ec -in private.pem -text -pubout   //상위 key.pem 과 동일하며, Sign/Verify 테스트  
read EC key
Private-Key: (256 bit)
priv:
    57:11:9e:b1:07:4a:23:ba:5f:2e:3b:3e:ef:11:74:      //ECC Private Key 256bit (32bytes)
    00:20:e0:e8:30:91:1e:bb:40:b3:e9:a4:d3:b8:b8:
    a0:06
pub:      //Prefix(0x04) and Pair of Coordinates (X,Y)   RFC5480 2.2 Subject Public Key 참조 0x04 uncompressed  
    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:        //ECC Public Key X (32bytes)
    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:        //ECC Public Key Y (32bytes)
    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:
    29:8d:41:d4:e0
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256
writing EC key
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFkwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupm
Vx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCmAMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END PUBLIC KEY-----

Private Key에서 Public Key만 추출

// Save public key (Public Key 추출)
$ openssl ec -in private.pem -pubout -out public.pem   //상위 private.pem 에서 public key만 추출

$ cat public.pem  
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFkwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupm
Vx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCmAMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END PUBLIC KEY-----

$ openssl asn1parse -in public.pem -dump //ECC Public key 확인완료 prefix: 0x04 coordinates (x,y) 
    0:d=0  hl=2 l=  89 cons: SEQUENCE
    2:d=1  hl=2 l=  19 cons: SEQUENCE
    4:d=2  hl=2 l=   7 prim: OBJECT            :id-ecPublicKey
   13:d=2  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :prime256v1
   23:d=1  hl=2 l=  66 prim: BIT STRING
      0000 - 00 04 02 3a 11 92 d3 cf-64 20 44 77 a4 e2 53 f8   ...:....d Dw..S.       //Public Key X (32bytes)
      0010 - 36 bb ea a0 92 ea 66 57-1e d7 40 92 6f 4f a8 56   6.....fW..@.oO.V
      0020 - a1 c9 07 33 a9 23 58 60-a6 00 c3 2d 5b f4 d0 ef   ...3.#X`...-[...       //Public Key Y (32bytes) 
      0030 - 39 68 ae e3 9e e7 66 0d-46 0c 5e f2 f3 29 8d 41   9h....f.F.^..).A
      0040 - d4 e0

Hash를 이용하여 Signature 생성(Private Key) 및 검증(Public Key)방법

Signature 의 역할은 아래와 간단히 Public Key로 검증하기 위해서 필요하다.
이 부분은 아래의 CA의 구조 및 역할을 보면 다시 이해 가능

준비사항

private.pem
public.pem
yourinputdocument : Test File

SHA-256 Hash

https://ko.wikipedia.org/wiki/SHA

Web SHA-256 Encode-Decode
https://emn178.github.io/online-tools/sha256.html

Sample Data 생성하여 TEST하며, Certificate의 Signature의 원리파악을 해보자

1. TEST DATA or TEXT 생성

Sample Data 생성하여 TEST하며, Certificate의 Signature일 경우 Certificate 정보

$ vi yourinputdocument      // 1. TEST DATA 생성
Hellow World !!!!
or 
$ cat >  yourinputdocument
Hellow World !!!!

2. Private Key 기반으로 Signature 생성

TEST DATA를 SHA256로 Hash를 이용
상위에서 생성된 Hash를 Private Key 기반으로 Sign을 하여 Signature를 생성

Sign something: ECDSA의 Private Key를 이용하여 Sign 를 진행하여 yourinput.sha256 Signature 생성

$ openssl dgst -sha256 -sign private.pem -out yourinput.sha256 yourinputdocument  // SHA256기반으로 Sign

3. 생성된 Signature(yourinput.sha256) 확인

생성된 Signature File의 크기 및 구조파악하며 256(32byte) 가 아니며, 72bytes (Certificate의 Signature 와 동일)

$ hd yourinput.sha256  // 상위에서 생성된 결과 (Signature) 를 확인 (TEST DATA의 크기를 늘려도 크기는 동일) 
or
$ xxd yourinput.sha256
or
$ hexdump yourinput.sha256  //아래의 값은 상위 2.Signature를 생성될때마다 매번 값이 변경됨 
0000000 4430 2002 0c3b 1c15 537f 1297 6ac7 575c
0000010 a62a d386 0a3d 3973 aa69 a750 5ffd 1198
0000020 b1dd 30b2 2002 5e55 236b 1188 eea8 6719
0000030 b507 37d2 272e d84a ced1 91fc 59cb 6e9b
0000040 2adc a97d b373
0000046

4. Signature를 Public Key로 검증(Verification)

To verify: Public Key를 이용하여 yourinput.sha256 Signature로 이를 검증

$ openssl dgst -sha256 -verify public.pem -signature yourinput.sha256 yourinputdocument
Verified OK

OpenSSL dgst
  https://www.openssl.org/docs/man1.1.0/man1/openssl-dgst.html

Digital Signature Algorithm
Public Key 와 Private Key 기반으로 상위와 같이 구성
  https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Signature_Algorithm
  https://cryptobook.nakov.com/digital-signatures

Web Site에서 직접 확인방법

상위내용을 쉽게 Web에서 Sign/Verification 을 쉽게 확인가능

EC Private Key 와 EC Public Key Hex 생성
Data에서 Signature Algorithm (SHA256 with ECDSA) 를 이용하여 Signature Value생성
Signature Value(Hash Checksum)기반으로 Data 검증완료

https://kjur.github.io/jsrsasign/sample/sample-ecdsa.html

ECDSA 의 Signature 관련부분 (Data 검증부분)

openssl dgst 을 이용하여 Signature 기능검증
  https://superuser.com/questions/737574/openssl-ecdsa-sign-and-verify-file
  https://medium.com/@skloesch/openssl-and-ecdsa-signatures-db60c005b1f4
  https://superuser.com/questions/1258478/how-to-get-ecsda-with-p-256-and-sha256-in-openssl

2.3 ECDSA 기반의 Certificate 분석

이미 위에서 ECDSA의 Private Key/Public Key 기반으로 Certificate 생성했지만, 이를 분석하기 위해서 아래와 같이 다시 생성 후 이를 분석

ECDSA 기반의 Certificate 생성

// 상위에서 생긴 key.pem 기반으로 X.509로 Certificate 생성 
$ openssl req -new -key key.pem -x509 -nodes -days 365 -out cert.pem

openssl req manual
https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man1/openssl-req.html

ECDSA 기반의 Certificate 분석

상위에서 생성된 TEST Certificate를 전체세부분석해보도록 하자.

Private Key는 이곳에 저장하지 못하며, Public Key를 이곳에 저장한다.

$ openssl x509 -in cert.pem -noout -text  // 상위 Certifacte 전체 분석 
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)    // 인증서 Version
        Serial Number:    // 인증서 Serial Number로 Unique하며, 매번 CA 생성시마다 다르며, 최대 20bytes 
            14:ad:af:2e:18:63:68:60:8e:36:be:05:99:66:b2:e6:da:b7:0d:8c
        Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256                      // 인증서 Signature Alogirthm ECDSA 와 SHA256 (아래 값이 나옴) 
        Issuer: C = AU, ST = Some-State, O = Internet Widgits Pty Ltd
        Validity                                  // 인증서 유효기간 (1년) 
            Not Before: Jul  6 13:34:08 2020 GMT
            Not After : Jul  6 13:34:08 2021 GMT
        Subject: C = AU, ST = Some-State, O = Internet Widgits Pty Ltd
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)        //256bit (32bytes)  상위 key.pem 부분과 동일(상위 key.pem 의 Public Key 만 사용) 
                pub:
                    04:02:3a:11:92:d3:cf:64:20:44:77:a4:e2:53:f8:   //Public Key X (32bytes) 상위와 동일
                    36:bb:ea:a0:92:ea:66:57:1e:d7:40:92:6f:4f:a8:
                    56:a1:c9:07:33:a9:23:58:60:a6:00:c3:2d:5b:f4:
                    d0:ef:39:68:ae:e3:9e:e7:66:0d:46:0c:5e:f2:f3:  //Public Key Y (32bytes) 상위와 동일 
                    29:8d:41:d4:e0
                ASN1 OID: prime256v1
                NIST CURVE: P-256
        X509v3 extensions:
            X509v3 Subject Key Identifier:  // 상위 Pubic Key의 SHA1 값 (아래에서 확인)   
                1A:2B:F7:8D:87:A4:E7:35:2E:05:92:C8:60:69:F8:C7:7E:F5:46:FB
            X509v3 Authority Key Identifier: // Subject Key Identifier 와 Authority Key Identifier 동일값 
                keyid:1A:2B:F7:8D:87:A4:E7:35:2E:05:92:C8:60:69:F8:C7:7E:F5:46:FB

            X509v3 Basic Constraints: critical  // CA True 이면, Digital Signature 가 아님, 이부분 아래다시 설명 
                CA:TRUE
    Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256    //72byte , Signature로   생성될때마다 다르며, Public Key로 검증 
         30:46:02:21:00:fd:39:0d:c0:cf:72:8c:9d:81:c3:0c:65:0d:
         21:50:ac:54:9b:e1:ca:2f:f8:f3:e6:5d:62:36:41:ae:79:57:
         20:02:21:00:fc:ef:4e:4a:14:30:0c:5c:a6:96:bb:1c:23:8c:
         1c:ba:f0:1b:fa:04:32:ad:c9:3c:45:d3:bc:f6:14:01:be:e5

Subject Key Identifier(SHA1)

//Public Key
04023a1192d3cf64204477a4e253f836bbeaa092ea66571ed740926f4fa856a1c90733a9235860a600c32d5bf4d0ef3968aee39ee7660d460c5ef2f3298d41d4e0
//Subject Key Identifier
1a2bf78d87a4e7352e0592c86069f8c77ef546fb

SHA1 ,Input Type: TEXT->HEX사용

https://emn178.github.io/online-tools/sha1.html

ECDSA X.509 세부분석

$ openssl x509 -in cert.pem -noout -dates  // 날짜 분석 
notBefore=Jul  6 13:34:08 2020 GMT
notAfter=Jul  6 13:34:08 2021 GMT

$ openssl x509 -in cert.pem -noout -pubkey  // 상위 PublicKey Base64 Encode
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFkwEwYHKoZIzj0CAQYIKoZIzj0DAQcDQgAEAjoRktPPZCBEd6TiU/g2u+qgkupm
Vx7XQJJvT6hWockHM6kjWGCmAMMtW/TQ7zloruOe52YNRgxe8vMpjUHU4A==
-----END PUBLIC KEY-----

$ openssl asn1parse -in cert.pem   //ASN.1 Decode 
    0:d=0  hl=4 l= 480 cons: SEQUENCE          
    4:d=1  hl=4 l= 389 cons: SEQUENCE          
    8:d=2  hl=2 l=   3 cons: cont [ 0 ]        
   10:d=3  hl=2 l=   1 prim: INTEGER           :02
   13:d=2  hl=2 l=  20 prim: INTEGER           :14ADAF2E186368608E36BE059966B2E6DAB70D8C
   35:d=2  hl=2 l=  10 cons: SEQUENCE          
   37:d=3  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :ecdsa-with-SHA256
   47:d=2  hl=2 l=  69 cons: SEQUENCE          
   49:d=3  hl=2 l=  11 cons: SET               
   51:d=4  hl=2 l=   9 cons: SEQUENCE          
   53:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :countryName
   58:d=5  hl=2 l=   2 prim: PRINTABLESTRING   :AU
   62:d=3  hl=2 l=  19 cons: SET               
   64:d=4  hl=2 l=  17 cons: SEQUENCE          
   66:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :stateOrProvinceName
   71:d=5  hl=2 l=  10 prim: UTF8STRING        :Some-State
   83:d=3  hl=2 l=  33 cons: SET               
   85:d=4  hl=2 l=  31 cons: SEQUENCE          
   87:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :organizationName
   92:d=5  hl=2 l=  24 prim: UTF8STRING        :Internet Widgits Pty Ltd
  118:d=2  hl=2 l=  30 cons: SEQUENCE          
  120:d=3  hl=2 l=  13 prim: UTCTIME           :200706133408Z
  135:d=3  hl=2 l=  13 prim: UTCTIME           :210706133408Z
  150:d=2  hl=2 l=  69 cons: SEQUENCE          
  152:d=3  hl=2 l=  11 cons: SET               
  154:d=4  hl=2 l=   9 cons: SEQUENCE          
  156:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :countryName
  161:d=5  hl=2 l=   2 prim: PRINTABLESTRING   :AU
  165:d=3  hl=2 l=  19 cons: SET               
  167:d=4  hl=2 l=  17 cons: SEQUENCE          
  169:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :stateOrProvinceName
  174:d=5  hl=2 l=  10 prim: UTF8STRING        :Some-State
  186:d=3  hl=2 l=  33 cons: SET               
  188:d=4  hl=2 l=  31 cons: SEQUENCE          
  190:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :organizationName
  195:d=5  hl=2 l=  24 prim: UTF8STRING        :Internet Widgits Pty Ltd
  221:d=2  hl=2 l=  89 cons: SEQUENCE          
  223:d=3  hl=2 l=  19 cons: SEQUENCE          
  225:d=4  hl=2 l=   7 prim: OBJECT            :id-ecPublicKey
  234:d=4  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :prime256v1
  244:d=3  hl=2 l=  66 prim: BIT STRING        
  312:d=2  hl=2 l=  83 cons: cont [ 3 ]        
  314:d=3  hl=2 l=  81 cons: SEQUENCE          
  316:d=4  hl=2 l=  29 cons: SEQUENCE          
  318:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :X509v3 Subject Key Identifier
  323:d=5  hl=2 l=  22 prim: OCTET STRING      [HEX DUMP]:04141A2BF78D87A4E7352E0592C86069F8C77EF546FB
  347:d=4  hl=2 l=  31 cons: SEQUENCE          
  349:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :X509v3 Authority Key Identifier
  354:d=5  hl=2 l=  24 prim: OCTET STRING      [HEX DUMP]:301680141A2BF78D87A4E7352E0592C86069F8C77EF546FB
  380:d=4  hl=2 l=  15 cons: SEQUENCE          
  382:d=5  hl=2 l=   3 prim: OBJECT            :X509v3 Basic Constraints
  387:d=5  hl=2 l=   1 prim: BOOLEAN           :255
  390:d=5  hl=2 l=   5 prim: OCTET STRING      [HEX DUMP]:30030101FF
  397:d=1  hl=2 l=  10 cons: SEQUENCE          
  399:d=2  hl=2 l=   8 prim: OBJECT            :ecdsa-with-SHA256
  409:d=1  hl=2 l=  73 prim: BIT STRING

OpenSSL 로 x509로 분석시 옵션
https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man1/openssl-x509.html

openssl asn1parse
https://www.openssl.org/docs/manmaster/man1/openssl-asn1parse.html

3. Certificate Authority 기본동작

Certificate Authority 역할 및 동작

Certificate Authority 의 역할은 digital certificate을 발행하는 것이며, CA는 제 3자의 역할로 발행이 되어 인증이 되는 시스템으로 보인다.

아래 그림처럼 CA는 Certificate를 검증하고, CA의 Private Key로 Encryption 하여 나오는 Digital Signature를 Digital Certificate에 추가하여 발행

좌측: CA의 의해 Digital Certificate 발행 전
우측: CA의 의해 Digital Certificate 발행 후

세부내용은 아래 wiki 참조

CA(Cerficate Authority)

https://en.wikipedia.org/wiki/Certificate_authority

Digital certificate
https://en.wikipedia.org/wiki/Public_key_certificate

RootCA / SubCA / Digital Signature Sign

Layer 1: Root CA로 Self로 Private Key로 Signature 생성
Layer 2: Intermediate Certificate로 Layer 1의 Private Key로 Signature 생성
Layer 3: End 유저가 사용 Layer 2에 Private Key로 Signature 생성

아래의 경우 3단계로 구성이 되어있지만, 글을 읽다보면, 다른 구성도 가능하며, 단계 역시 사용자가 사용하기 나름인 것 같다.
하지만 기본구조를 보면 다음과 같기에 이를 알아두도록하자

Signature 의 경우 CA의 Private Key를 이용하며, 이는 CA가 검증을 할 수 있도록 하는 기능을 하는 구조이며, 이 부분은 상위 Signature 사용방법을 보자

Certificate 의 Issuer: 인증서 발급자 (Reference)
Certificate 의 Subject: 현재 Certificate 소유자
Public Key의 역할은 Sign이 아니라 Verify용으로 검증

상위 Signature를 이해하면 아래 Sign/Verify를 쉽게 이해

https://en.wikipedia.org/wiki/Root_certificate

세부내용은 아래링크 참조
  https://en.wikipedia.org/wiki/Root_certificate
  https://en.wikipedia.org/wiki/Certificate_authority
  https://en.wikipedia.org/wiki/Public_key_certificate

3.1 ECDSA 기반의 CA 와 Certificate 생성

상위구조를 이해를 했으면, 나의 경우는 3단계의 구성이 아니라 간단하게 Root CA 와 End Certificate로 두 단계 구성으로 만들어 보자.

Root CA는 CA로 End Certificate는 Server로 아래와 같이 생성해보자

ECDSA Private Key 생성 후 CA 생성준비 완료

상위 처럼 Private Key 다시 생성

//GENERATING CERTIFICATE Authority 
$ openssl ecparam -genkey -name prime256v1 -out ca.key
$ cat ca.key
-----BEGIN EC PARAMETERS-----
BggqhkjOPQMBBw==
-----END EC PARAMETERS-----
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIF54a1vqeHiIR3aMKOkBEgVMk/7w12OnO3s89Dq5rO6KoAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEXbLvFW468tBNs6r6j8yInfZoTeCTKfdkRIS75r3lin6FGGfGhLml
Z1oO5+nFqcmbEIHBTs5l327iCMuYPq8H8w==
-----END EC PRIVATE KEY-----

CA(Certificate Authority) 생성완료

상위에서 만든 Private Key 기반으로 Certificate Authrity (Root CA) 생성, 10년 짜리로 CA를 X.509로 바로 생성을 한다

/*
*Cerificate Authorities
  Country Name(C): KR
  State or Province Name(ST):SL
  Locality Name(L): Seoul
  Organization Name(O):Jeonghun  
  Organizational Unit Name(OU):JHLEE
  Common Name(CN):JeonghunCA
  Email Address:

-subj "/C=KR/ST=SL/L=Seoul/O=Jeonghun/OU=JHLEE/CN=JeonghunCA"
*/

$ openssl req -x509 -new -SHA256 -nodes -key ca.key -days 3650 -out ca.crt -subj "/C=KR/ST=SL/L=Seoul/O=Jeonghun/OU=JHLEE/CN=JeonghunCA"  
$ cat ca.crt        //상위 생성시마다 값이 다르므로 동일값이 나올수 없다
-----BEGIN CERTIFICATE-----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-----END CERTIFICATE-----

Server CSR 생성완료

ECDSA로 Private Key 기반으로 Server Certificate Signing Request로 상위와 비슷하게 생성을 해보자.
CSR(Certificate Signing Request)는 아직 X.509로 Certificate가 아니며 Request 상태
현재 상위 CA와 Server CSR 는 Reference 상태가 아님

//CREATING A ECDSA CSR(certificate signing request)
$ openssl ecparam -genkey -name prime256v1 -out server.key
$ cat server.key
-----BEGIN EC PARAMETERS-----
BggqhkjOPQMBBw==
-----END EC PARAMETERS-----
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEIC6SklucSfbgPAn+UI6u2bIHdotXOofYam/nqM18R2l6oAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEWnx+hVyhasx53hxJ5cWbdde08ZCPvbvdGjIX/RWif1S9ZZ2ZtUGU
B592OyuheBVQS6rQZdIgQVIE/QmORQDDOA==
-----END EC PRIVATE KEY-----

// -subj "/C=KR/ST=SL/L=Seoul/O=Jeonghun/OU=JHLEE/CN=ServerCert" 
$ openssl req -new -SHA256 -key server.key -nodes -out server.csr -subj "/C=KR/ST=SL/L=Seoul/O=Jeonghun/OU=JHLEE/CN=ServerCert"
$ cat server.csr
-----BEGIN CERTIFICATE REQUEST-----
MIIBHjCBxAIBADBiMQswCQYDVQQGEwJLUjELMAkGA1UECAwCU0wxDjAMBgNVBAcM
BVNlb3VsMREwDwYDVQQKDAhKZW9uZ2h1bjEOMAwGA1UECwwFSkhMRUUxEzARBgNV
BAMMClNlcnZlckNlcnQwWTATBgcqhkjOPQIBBggqhkjOPQMBBwNCAARafH6FXKFq
zHneHEnlxZt117TxkI+9u90aMhf9FaJ/VL1lnZm1QZQHn3Y7K6F4FVBLqtBl0iBB
UgT9CY5FAMM4oAAwCgYIKoZIzj0EAwIDSQAwRgIhANK/U6C2NNPFvTTnBqb83wX0
b8xMxIYqrcyS9Qq6tCzAAiEAtVGTBPKLMtu2zYNqd/lO6n1AJq+6tZFkt7RR42L8
oVY=
-----END CERTIFICATE REQUEST-----

Server CSR(Certificate Sigining Request) 분석

/* 생성된 CSR 분석 , Certificate가 아님 
- 아직 X.509 Format 이 아님 
- 아직 Serial Number 와 Validity 가 없음 
*/ 
$ openssl req -in server.csr -noout -text 
Certificate Request:
    Data:
        Version: 1 (0x0)
        Subject: C = KR, ST = SL, L = Seoul, O = Jeonghun, OU = JHLEE, CN = ServerCert
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)
                pub:
                    04:5a:7c:7e:85:5c:a1:6a:cc:79:de:1c:49:e5:c5:
                    9b:75:d7:b4:f1:90:8f:bd:bb:dd:1a:32:17:fd:15:
                    a2:7f:54:bd:65:9d:99:b5:41:94:07:9f:76:3b:2b:
                    a1:78:15:50:4b:aa:d0:65:d2:20:41:52:04:fd:09:
                    8e:45:00:c3:38
                ASN1 OID: prime256v1
                NIST CURVE: P-256
        Attributes:
            a0:00
    Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256            /* Server Certificate 생성때 다시 변경됨 */ 
         30:46:02:21:00:d2:bf:53:a0:b6:34:d3:c5:bd:34:e7:06:a6:
         fc:df:05:f4:6f:cc:4c:c4:86:2a:ad:cc:92:f5:0a:ba:b4:2c:
         c0:02:21:00:b5:51:93:04:f2:8b:32:db:b6:cd:83:6a:77:f9:
         4e:ea:7d:40:26:af:ba:b5:91:64:b7:b4:51:e3:62:fc:a1:56

openssl req manual
https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man1/openssl-req.html

Server CSR의 확장정보변경준비

$ vi v3.ext   // CSR의 추가 확장정보 (CA: FALSE 와 digitalSignature)  
authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1 = ahyuo79.blogspot.com

X.509 확장정보는 아래 참조
https://en.wikipedia.org/wiki/X.509#Extensions_informing_a_specific_usage_of_a_certificate
https://en.wikipedia.org/wiki/X.509

Server Certificate 최종생성

상위 CA 기반으로 Server CSR를 이용하여 Server Certificate (X.509) 생성완료 (CA Reference)

 // CA기반으로 server.crt 발행(issue) 
/* 
  -CA filename    : CA filename  
  -CAkey filename : CA private key를 Sign을 하기 위해서 사용
  -CAcreateserial : CA serial file이 존재하지 않는다면 자동생성한 후 CA 02로 되고, CA에 의해 발행된 Certificate는 1을 가짐

--------  기타 옵션 세부사항은 아래링크 참조
  or 
  -CAserial filename : 본인이 직접 넣어 사용 
  -set_serial n : -CA와 함께사용하며, 직접 n번째 Sign
  -CAform DER|PEM|P12 : 현재 PEM으로 default  
*/
 
$ openssl x509 -req -SHA256 -extfile v3.ext -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt

3.2 ECDSA 기반의 CA 와 Certificate 분석

상위 3.1에서 생성된 CA와 Server Certificate 세부적으로 분석해보자

반드시 상위 3.1에서 CA 와 Server Certificate 생성 후 분석 진행

Server Certificate 세부분석 전 알아야 할 사항

두 인증서를 분석을 해보면, Signature의 경우 Public Key로 구성하며, Issuer의 CN을 보면 Reference를 알 수 있으므로, 이름 및 다른 값을 반드시 정해야겠음

Authority Key Identifier: JeonghunCA의 Public Key Hash Value이며 CA의 Subject Key Id와 동일
Subject Key Identifier: CA와 다르게 존재하지 않음
Basic Constraints: CA 인지 아닌지 구분
Key Usage: 주 목적은 Certificate의 Public Key의 사용용도의 허용기능

Digital Signature: Digital Signature를 검증하기 위해서 사용이라는데, 이해가 안감
Non Repudiation: 추후 이해하도록함
Key Encipherment
Data Encipherment

- RFC5280의 세부내용

Key Usage (아래 X.509 분석부분과 같이 확인)
https://tools.ietf.org/html/rfc5280#section-4.2.1.3

Subject Alternative Name (아래 X.509 분석부분과 같이 확인)
https://tools.ietf.org/html/rfc5280#section-4.2.1.6

Server Certificate 세부분석

아래의 CA 세부분석과 같이 비교해보면 분석을 해야하며, Certificate 의 Public Key 부분은 상위에 너무 많이 설명해서 생략

$ openssl pkey -in server.key -noout -text  // server.key 분석 
Private-Key: (256 bit)
priv:
    2e:92:92:5b:9c:49:f6:e0:3c:09:fe:50:8e:ae:d9:
    b2:07:76:8b:57:3a:87:d8:6a:6f:e7:a8:cd:7c:47:
    69:7a
pub:
    04:5a:7c:7e:85:5c:a1:6a:cc:79:de:1c:49:e5:c5:
    9b:75:d7:b4:f1:90:8f:bd:bb:dd:1a:32:17:fd:15:
    a2:7f:54:bd:65:9d:99:b5:41:94:07:9f:76:3b:2b:
    a1:78:15:50:4b:aa:d0:65:d2:20:41:52:04:fd:09:
    8e:45:00:c3:38
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256

/* 
CA가 완전 동일하더라도, 
매번 Server Certificate가 생성될 때마다 Validity 가 변경 될 것이며, 
Serial Number도 Unique 하도록 설정되어 다르므로, 
Signature Algorithm 의 (signatureValue)값 역시 Server Certificate 생성될때마다 자동 변경된다. 
*/

$ openssl x509 -in server.crt -noout -text  // server.crt 분석 
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number: // Unique 해야하며 CA에 의해 할당되어진 값
            46:5d:19:4d:d3:40:43:9b:0b:2a:91:2e:55:f8:64:fe:d6:8f:9f:f3
        Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256
        Issuer: C = KR, ST = SL, L = Seoul, O = Jeonghun, OU = JHLEE, CN = JeonghunCA // 인증서 발급자 (Reference), 즉 CA 
        Validity  // 인증서 유효기간 (1년) 
            Not Before: Jul  7 06:01:52 2020 GMT
            Not After : Jul  7 06:01:52 2021 GMT
        Subject: C = KR, ST = SL, L = Seoul, O = Jeonghun, OU = JHLEE, CN = ServerCert // 인증서 소유자 
        Subject Public Key Info:         // 인증서 Public Key 정보 (server.key)
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)
                pub:
                    04:5a:7c:7e:85:5c:a1:6a:cc:79:de:1c:49:e5:c5:
                    9b:75:d7:b4:f1:90:8f:bd:bb:dd:1a:32:17:fd:15:
                    a2:7f:54:bd:65:9d:99:b5:41:94:07:9f:76:3b:2b:
                    a1:78:15:50:4b:aa:d0:65:d2:20:41:52:04:fd:09:
                    8e:45:00:c3:38
                ASN1 OID: prime256v1
                NIST CURVE: P-256
        X509v3 extensions:  // 상위 v3.ext 확인 
            X509v3 Authority Key Identifier:    //CA의 Subject Key Id 동일하며, Server의 Subject Key Id는 없음  
                keyid:F1:D2:00:25:AC:FE:65:DD:FC:F1:B7:21:83:C4:90:A9:FB:35:32:AB

            X509v3 Basic Constraints:      // CA:FALSE 로 CA가 아니며 Digital Signature 용 사용
                CA:FALSE
            X509v3 Key Usage:          //Digital Signature용 
                Digital Signature, Non Repudiation, Key Encipherment, Data Encipherment
            X509v3 Subject Alternative Name:  //Digital Signature용 DNS에 website 주소 입력
                DNS:ahyuo79.blogspot.com
    Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256  // Certificate를 생성마다 값이 변경되며, 이값을 변경주는 요소 (Validity와 Serial Number 예상)
         30:45:02:21:00:e9:ae:29:05:fa:ef:a6:8c:c8:25:06:33:e3:
         47:9b:20:34:19:45:18:fa:45:62:f8:91:4b:3f:0c:7e:35:23:
         ed:02:20:12:d1:84:72:99:bd:ba:bd:c0:cb:b8:78:86:65:2c:
         9f:74:0b:0c:bf:a6:b9:20:8d:9d:78:99:f3:8e:cc:b5:82



$ openssl asn1parse -in server.crt  //ASN.1으로 분석가능 (너무길어서 생략)
$ openssl asn1parse -in server.crt -dump  //ASN.1 BIT STRING도 보고 싶다면

CA(Certificate Authorities) 세부분석

기본정보의 이해

Issuer: 인증서 발급자
Subject 인증서 실제 소유자

Self Sign을 했으므로, 동시에 두개의 정보를 가지고 있음

Authority Key Identifier: 인증서 발급자 (Issuer) Public Key Hash Value
Subject Key Identifier: 인증서 소유자 Public Key Hash Value
Basic Constraints : CA 인지 아닌지 구분

$ openssl pkey -in ca.key -noout -text  // ca.key 분석 
Private-Key: (256 bit)
priv:
    5e:78:6b:5b:ea:78:78:88:47:76:8c:28:e9:01:12:
    05:4c:93:fe:f0:d7:63:a7:3b:7b:3c:f4:3a:b9:ac:
    ee:8a
pub:
    04:5d:b2:ef:15:6e:3a:f2:d0:4d:b3:aa:fa:8f:cc:
    88:9d:f6:68:4d:e0:93:29:f7:64:44:84:bb:e6:bd:
    e5:8a:7e:85:18:67:c6:84:b9:a5:67:5a:0e:e7:e9:
    c5:a9:c9:9b:10:81:c1:4e:ce:65:df:6e:e2:08:cb:
    98:3e:af:07:f3
ASN1 OID: prime256v1
NIST CURVE: P-256

$ openssl x509 -in ca.crt -noout -text  // ca.crt 분석 
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)       // 인증서 Version 
        Serial Number:     // 인증서 Serial Number로 Unique하며, 매번 CA 생성시마다 다르며, 최대 20bytes 
            2b:e8:58:10:ad:b8:13:0b:6b:89:bf:97:c5:87:30:b3:5e:13:fb:88
        Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256               // 인증서 Signature Alogirthm 
        Issuer: C = KR, ST = SL, L = Seoul, O = Jeonghun, OU = JHLEE, CN = JeonghunCA  // 인증서 발급자 (Reference)
        Validity          // 인증서 유효기간 (10년) 
            Not Before: Jul  7 05:52:52 2020 GMT
            Not After : Jul  5 05:52:52 2030 GMT
        Subject: C = KR, ST = SL, L = Seoul, O = Jeonghun, OU = JHLEE, CN = JeonghunCA // 인증서 소유자,(발급자와 소유자 동일) 
        Subject Public Key Info:                   // 인증서 Public Key 정보 (ca.key) 
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)          // Publickey의 SHA1 Hash값으로 아래의 확장의 Subject Key Identifier 적용  
                pub:                           // ca.key가 동일하며 , Public Key와 Subject Key Identifier는 항상동일  
                    04:5d:b2:ef:15:6e:3a:f2:d0:4d:b3:aa:fa:8f:cc:
                    88:9d:f6:68:4d:e0:93:29:f7:64:44:84:bb:e6:bd:
                    e5:8a:7e:85:18:67:c6:84:b9:a5:67:5a:0e:e7:e9:
                    c5:a9:c9:9b:10:81:c1:4e:ce:65:df:6e:e2:08:cb:
                    98:3e:af:07:f3
                ASN1 OID: prime256v1
                NIST CURVE: P-256
        X509v3 extensions:       // 인증서 확장
            X509v3 Subject Key Identifier:      // 상위 Public Key의 SHA1 Hash값(20bytes)며, 상위 server.crt 의 Authority Key Id 적용 
                F1:D2:00:25:AC:FE:65:DD:FC:F1:B7:21:83:C4:90:A9:FB:35:32:AB
            X509v3 Authority Key Identifier:   // Self Sign이므로 Subject Key Id 와 동일 
                keyid:F1:D2:00:25:AC:FE:65:DD:FC:F1:B7:21:83:C4:90:A9:FB:35:32:AB

            X509v3 Basic Constraints: critical           // 인증서 CA TRUE
                CA:TRUE
    Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256              // 인증서 Signature Value (SHA256 적용후 ECDSA 적용)
         30:45:02:20:44:9b:11:96:08:45:5f:ba:8e:a1:df:c9:96:aa:
         0a:88:7b:90:63:48:cc:ba:57:65:6f:3e:d6:fe:31:84:5c:f4:
         02:21:00:f1:a2:3f:c2:5e:40:e5:95:80:cb:cb:53:8c:ee:32:
         d2:c9:33:85:84:a7:60:a8:c8:d6:21:45:b0:d9:48:b7:32

$ openssl asn1parse -in ca.crt  //ASN.1으로 분석가능 (너무길어서 생략)

$ openssl asn1parse -in ca.crt -dump  //ASN.1 BIT STRING도 보고 싶다면

CA의 세부사항 확인
Subject Key Identifier 값 확인방법

//상위 ca.crt의 Public-Key: (256 bit) 값  65(1+32+32) Bytes 
// 상위 ca.crt의 Public-Key 부분을 ":"로 제거하여 아래와 같이 정리
045db2ef156e3af2d04db3aafa8fcc889df6684de09329f7644484bbe6bde58a7e851867c684b9a5675a0ee7e9c5a9c99b1081c14ece65df6ee208cb983eaf07f3

// 아래 사이트에서 SHA1 Hash 값을 상위 값으로 적용하면 ca.crt의 Subject Key Identifier 와 동일 
//ca.crt의 Subject Key Identifier:  Public Key 65 bytes SHA1 Hash Value (20bytes, 160bit) 
f1d20025acfe65ddfcf1b72183c490a9fb3532ab

SHA1 Hash (상위값 적용하면 동일,주의 Input Type: TEXT->HEX사용 )

https://emn178.github.io/online-tools/sha1.html

CA의 세부항목: Signature Algorithm 의 Signature Value

SHA256를 적용후 256bit가 나온 결과를 ECDSA를 적용하면, R과 S는 나온다고 함

https://www.rootca.or.kr/kcac/down/TechSpec/2.1-KCAC.TS.DSIG.pdf

https://emn178.github.io/online-tools/sha256.html

CA의 Signature 테스트 방법

CA에서 Public Key 만 추출
CA의 Private Key 기반으로 Signature 생성
CA의 Public Key로 검증

상위 2.2 에서 설명한 Certificate Signature 테스트 한 부분과 동일하며 이를 실제로 Server Certificate에서 적용하여 테스트

OpenSSL 를 이용한 인증서의 Signature 테스트

// CA(ca.crt)에서 Public Key 만 추출
$ openssl x509 -pubkey -noout -in ca.crt > ca_pubkey.pem

//CA의 Private Key를 이용하여 Sign하여 Signature 생성(sigfile)
$ openssl dgst -sha256 -sign ca.key -out sigfile  server.crt

//간단히 Signature file확인  (실제 인증서 Signature Value 다르며, 상위 에서 생성될때마다 아래의 값이 다름) 
$ hd sigfile 
or
$ hexdump sigfile   

//CA의 Public Key(ca_pubkey.pem) 와 Signature(sigfile) 이용하여 간단히 server.crt 검증  
$ openssl dgst -verify ca_pubkey.pem -signature sigfile server.crt
Verified OK

ECDSA Encrypt/Decrypt 예제

https://stackoverflow.com/questions/62155130/openssl-command-for-encryption-decryption-with-prime256v1-private-key

관련참고링크사항

openssl x509 manual
  https://www.openssl.org/docs/manmaster/man1/openssl-x509.html

openssl asn1parse
  https://www.openssl.org/docs/manmaster/man1/openssl-asn1parse.html

X.509 기본구조
  https://en.wikipedia.org/wiki/X.509#Structure_of_a_certificate

ECDSA 기반의 CA 와 Certificate 생성방법
  https://www.erianna.com/ecdsa-certificate-authorities-and-certificates-with-openssl/

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