本文部分参考：
https://www.wosign.com/faq/faq2016-0309-03.htm
https://www.wosign.com/faq/faq2016-0309-04.htm
http://blog.csdn.net/hherima/article/details/52469674
什么是 SSL, 什么是 TLS 呢？官话说 SSL 是安全套接层 (secure sockets layer), TLS 是 SSL 的继任者，叫传输层安全 (transport layer security)。说白点，就是在明文的上层和 TCP 层之间加上一层加密，这样就保证上层信息传输的安全。如HTTP 协议是明文传输，加上 SSL 层之后，就有了雅称 HTTPS。它存在的唯一目的就是保证上层通讯安全的一套机制。它的发展依次经历了下面几个时期，像手机软件升级一样，每次更新都添加或去除功能，比如引进新的加密算法，修改握手方式等。
SSL1.0: 已废除
SSL2.0: RFC6176, 已废除
SSL3.0: RFC6101, 基本废除
TLS1.0: RFC2246, 少数古董服务器仍在使用
TLS1.1: RFC4346
TLS1.2: RFC5246, 目前已广泛使用
TLS1.3: RFC8446
下面我们将介绍 TLS1.x 如何保证通讯安全。
如何保证安全呢？你说安全就安全吗，究竟是怎么实现的呢？绝对安全吗？
哈，有人的地方就有江湖，有江湖的地方就没有绝对的安全。但 SSL/TLS 确实可以极大程度保证信息安全。
下面根据图一 SSL/TLS 工作流来一览实现过程。
CA: 证书授权中心 (certificate authority)
它呢，类似于国家出入境管理处一样，给别人颁发护照；
也类似于国家工商管理局一样，给公司/企业颁发营业执照。
CA 有两大主要性质：
和办理护照一样，要确定你的合法身份，你不能是犯罪分子或造反派。当然，你需要被收保护费，同时，CA 机构可以随时吊销你的证书。
其实你的电脑中有一堆证书。你可以看一看嘛：
这些都是 CA 的证书！
说明：为了简化 CA 校验证书的过程，本文只介绍了最基本的情况。在实际大多数情况下：
如果 SSL client 想要校验 SSL server. 那么 SSL server 必须要将他的证书 server.crt 传给 client. 然后 client 用 ca.crt 去校验 server.crt 的合法性。
如果 server 是一个钓鱼网站，那么 CA 机构是不会给他颁发合法 server.crt 证书的，这样 client 用 ca.crt 去校验，就会失败。
比如：浏览器作为一个 SSL client, 你想访问合法的淘宝网站 https://www.taobao.com, 结果不慎访问到 https://wwww.jiataobao.com, 那么浏览器将会检验到这个假淘宝钓鱼网站的非法性，提醒用户不要继续访问！这样就可以保证 client 的所有 https 访问都是经过安全检查的。
何为 SSL/TLS 单向认证，双向认证？
单向认证：指的是只有一个对象校验对端的证书合法性
通常是客户端来校验服务器的合法性。那么 client 需要一个 ca.crt, 服务器需要 server.crt, server.key
例如：浏览器校验各个 HTTPS 网站的合法性。如果导航栏有绿色的小锁，说明网站合法；如果是红色小锁，说明该网站证书校验不过。
也可以是服务器来校验客户端的合法性。那么 server 需要一个 ca.crt, 客户端需要 client.crt, client.key
例如: 亚马逊物联网平台(AWS IoT) 给每个设备颁发证书，所有设备要想连接上 AWS, 必须使用其提供的客户端证书
双向认证：指的是相互校验，服务器需要校验每个 client 证书, client 也需要校验服务器证书
server 需要 server.key 、server.crt 、ca.crt
client 需要 client.key 、client.crt 、ca.crt
不认证：指的是不相互校验证书，但仍然使用 TLS 连接
证书校验只是 TLS 连接过程中的一小步，是可以省略的过程
1）申请认证：服务器需自己生成公钥私钥对 pub_svr & pri_svr，同时根据 pub_svr 生成请求文件 csr, 提交给 CA 机构，csr 中含有公钥、组织信息、个人信息（域名）等信息。(图一中 server.req 就是 csr 请求文件)
2）审核信息：CA 机构通过线上、线下等多种手段验证申请者提供信息的真实性，如组织是否存在、企业是否合法，是否拥有域名的所有权等。
3）签发证书：如信息审核通过，CA 机构会向申请者签发认证文件：证书。
证书包含以下信息：申请者公钥、申请者的组织信息和个人信息、签发机构 CA 的信息、有效时间、证书序列号等信息的明文，同时包含一个签名。
签名的产生算法：首先，使用散列函数计算公开的明文信息的信息摘要，然后，采用 CA 的私钥对信息摘要进行加密，密文即签名。（图一中生成 server.crt）
4）返回证书：client 如果请求验证服务器，服务器需返回证书文件。（图一中 handshake 传回 server.crt）
5）client验证证书：client 读取证书中的相关的明文信息，采用相同的散列函数计算得到信息摘要，然后，利用对应 CA 的公钥解密签名数据，对比证书的信息摘要，如果一致，则可以确认证书的合法性，即公钥合法。客户端然后验证证书相关的域名信息、有效时间是否吊销等信息。
客户端会内置信任 CA 的证书信息（包含公钥），如果 CA 不被信任，则找不到对应 CA 的证书，证书也会被判定非法。(图一中 check 可选，我们可以选择不验证服务器证书的有效性)
6）秘钥协商：验证通过后，server 和 client 将进行秘钥协商。接下来 server 和 client 会采用对称秘钥加密。(对称加密时间性能优)（图一中 pre-master/change_cipher_spec/encrypted_handshake_message 过程）
7）数据传输：SSL server 和 SSL client 采用对称秘钥加密解密数据。
客户端发起请求，以明文传输请求信息，包含版本信息，加密套件候选列表，压缩算法候选列表，随机数，扩展字段等信息，相关信息如下：
证书校验没有强制的过程，也就是校验严格和校验宽松通常都是可以配置的，由校验端来确定。
客户端计算所有接收信息的 hash 值，并采用协商密钥解密 encrypted_handshake_message，验证服务器发送的数据和密钥，验证通过则握手完成
开始使用协商密钥与算法进行加密通信。
我们搭建的 SSL/TLS 服务器是 192.168.111.100, client 是192.168.111.101. client 需要认证 server 的合法性。
我们只看 TLSv1.1 的数据包：
第一包 (No. 25) Client Hello 包，即 SSL/TLS 单向认证流程的 (1)
第二包 (No. 27) Server Hello 包，包含服务器证书等。即 SSL/TLS 单向认证流程的 (2)
第三包 (No. 28) 服务器证书验证完成，同时发送 client key exchange+change cipher spec + encrypted handshake message.即 SSL/TLS 单向认证流程的(4)
第四包 (No. 29) 秘钥协商，change cipher spec + encrypted hanshake message.即 SSL/TLS 单向认证流程的 (5)
第五包 (No. 30) 握手完成。开始上层数据传输。SSL/TLS 单向认证流程的 (7)
和单向认证几乎一样，只是在 client 认证完服务器证书后，client 会将自己的证书 client.crt 传给服务器。服务器验证通过后，开始秘钥协商。
实际 wireshark 分析：
和单向认证一样:
我们搭建的 SSL/TLS 服务器是 192.168.111.100, client是192.168.111.101. client 需要认证 server 的合法性，server 也需要认证 client 的合法性
我们只看 TLSv1.1 的数据包：
第一包 (No. 55) Client Hello 包，即 SSL/TLS 单向认证流程的 (1)
第二包 (No. 57) Server Hello 包，包含服务器证书等。即 SSL/TLS 单向认证流程的 (2)
第三包 (No. 60) 服务器证书验证完成，同时发送客户端的证书 client.crt ,同时包含 client key exchange+change cipher spec + encrypted handshake message. 即 SSL/TLS 单向认证流程的 (4)
第四包 (No. 61)**服务器验证客户端证书的合法性。**通过后进行秘钥协商，change cipher spec + encrypted hanshake message.即 SSL/TLS 单向认证流程的 (5)
重传包 (No. 62) 由于网络原因，TCP 重传第No. 60 包。
第五包 (No. 64) 握手完成，开始上层数据传输。SSL/TLS 单向认证流程的 (7)
.crt 表示证书, .key 表示私钥, .req 表示请求文件,.csr 也表示请求文件, .pem 表示 pem 格式，.der 表示 der 格式。
文件拓展名你可以随便命名，只是为了理解需要而命名不同的拓展名。但文件中的信息是有格式的，和 exe，PE 格式一样。
证书有两种格式：pem 格式和 der 格式
所有证书，私钥等都可以是 pem, 也可以是 der 格式，取决于应用需要。
pem 和 der 格式可以互转:
openssl x509 -in ca.crt -outform DER -out ca.der # pem -> der
openssl x509 -inform der -in ca.der -out ca.pem # der -> pem
pem 格式：经过加密的文本文件，一般有下面几种开头结尾：
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
-----END RSA PRIVATE KEY-----
or:
-----BEGIN CERTIFICATE REQUEST-----
-----END CERTIFICATE REQUEST-----
or:
----BEGIN CERTIFICATE-----
-----END CERTIFICATE-----
der 格式: 经过加密的二进制文件。
证书中含有 申请者公钥、申请者的组织信息和个人信息、签发机构 CA 的信息、有效时间、证书序列号等信息的明文，同时包含一个签名。如查看百度证书详细信息。
a) 先下载百度证书
火狐浏览器访问 https://www.baidu.com/, 点击左上角绿色小锁，点击向右箭头，点击更多信息，点击查看证书，点击详细信息，点击导出。即可导出百度的证书 baiducom.crt
b) 命令查看证书详细信息
openssl x509 -noout -text -in baiducom.crt
详细信息中，有一个字段： X509v3 Basic Constraints: CA: FALSE
该字段指出该证书是否是 CA 证书，还是一般性的非 CA 证书。详细描述见 RFC5280#section-4.2.1.9，同时 RFC5280 也详细描述证书工作方式等。
SSL/TLS 是一种工作原理，OpenSSL 和 mbedTLS 是 SSL/TLS 的具体实现，很类似于 TCP/IP 协议和 socket 之间的关系。
我们自己本地使用 makefile.sh 脚本建立一个CA (ca.crt + ca.key)，用这个 CA 给 server 和 client 分别颁发证书。
makefile.sh
# * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
# notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
# documentation and/or other materials provided with the distribution.
# * Neither the name of the axTLS project nor the names of its
# contributors may be used to endorse or promote products derived
# from this software without specific prior written permission.
#
# THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
# "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
# LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
# A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
# CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
# SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED
# TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
# DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY
# OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
# NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
# THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
#
#
# Generate the certificates and keys for testing.
#
PROJECT_NAME="TLS Project"
# Generate the openssl configuration files.
cat > ca_cert.conf << EOF
[ req ]
distinguished_name = req_distinguished_name
prompt = no
[ req_distinguished_name ]
O = $PROJECT_NAME Dodgy Certificate Authority
EOF
cat > server_cert.conf << EOF
[ req ]
distinguished_name = req_distinguished_name
prompt = no
[ req_distinguished_name ]
O = $PROJECT_NAME
CN = 192.168.111.100
EOF
cat > client_cert.conf << EOF
[ req ]
distinguished_name = req_distinguished_name
prompt = no
[ req_distinguished_name ]
O = $PROJECT_NAME Device Certificate
CN = 192.168.111.101
EOF
mkdir ca
mkdir server
mkdir client
mkdir certDER
# private key generation
openssl genrsa -out ca.key 2048
openssl genrsa -out server.key 2048
openssl genrsa -out client.key 2048
# cert requests
openssl req -out ca.req -key ca.key -new \
-config ./ca_cert.conf
openssl req -out server.req -key server.key -new \
-config ./server_cert.conf
openssl req -out client.req -key client.key -new \
-config ./client_cert.conf
# generate the actual certs.
openssl x509 -req -in ca.req -out ca.crt \
-sha1 -days 5000 -signkey ca.key
openssl x509 -req -in server.req -out server.crt \
-sha1 -CAcreateserial -days 5000 \
-CA ca.crt -CAkey ca.key
openssl x509 -req -in client.req -out client.crt \
-sha1 -CAcreateserial -days 5000 \
-CA ca.crt -CAkey ca.key
openssl x509 -in ca.crt -outform DER -out ca.der
openssl x509 -in server.crt -outform DER -out server.der
openssl x509 -in client.crt -outform DER -out client.der
mv ca.crt ca.key ca/
mv server.crt server.key server/
mv client.crt client.key client/
mv ca.der server.der client.der certDER/
rm *.conf
rm *.req
rm *.srl
将上述代码保存为 makefile.sh
做如下修改，终端执行。
- 修改 CN 域中 IP 地址为你主机/设备的 IP 地址
- [可选] 加密位数 2048 修改为你需要的加密位数
将会看到：
ca目录：保存 ca 的私钥 ca.key 和证书 ca.crt
certDER目录:将证书保存为二进制文件 ca.der, client.der, server.der
client目录: client.crt, client.key
server目录:server.crt, server.key
rmfile.sh
rm ca/ -rf
rm certDER/ -rf
rm client/ -rf
rm server/ -rf
将上述代码保存为 rmfile.sh, 终端执行，将会删除产生过的目录和文件：
./rmfile.sh
我们可在本地使用 CA 证书来分别校验由自己颁发的服务器证书 server.crt 和客户端证书 client.crt
$openssl verify -CAfile ca/ca.crt server/server.crt
$openssl verify -CAfile ca/ca.crt client/client.crt
