# 4.5 基于 CA 的 TLS 证书认证

项目地址：[https://github.com/EDDYCJY/go-grpc-example](https://github.com/EDDYCJY/go-grpc-example)

## 前言

在上一章节中，我们提出了一个问题。就是如何保证证书的可靠性和有效性？你如何确定你 Server、Client 的证书是对的呢？

## CA

为了保证证书的可靠性和有效性，在这里可引入 CA 颁发的根证书的概念。其遵守 X.509 标准

### 根证书

根证书（root certificate）是属于根证书颁发机构（CA）的公钥证书。我们可以通过验证 CA 的签名从而信任 CA ，任何人都可以得到 CA 的证书（含公钥），用以验证它所签发的证书（客户端、服务端）

它包含的文件如下：

* 公钥
* 密钥

### 生成 Key

```
openssl genrsa -out ca.key 2048
```

### 生成密钥

```
openssl req -new -x509 -days 7200 -key ca.key -out ca.pem
```

#### 填写信息

```
Country Name (2 letter code) []:
State or Province Name (full name) []:
Locality Name (eg, city) []:
Organization Name (eg, company) []:
Organizational Unit Name (eg, section) []:
Common Name (eg, fully qualified host name) []:go-grpc-example
Email Address []:
```

### Server

#### 生成 CSR

```
openssl req -new -key server.key -out server.csr
```

**填写信息**

```
Country Name (2 letter code) []:
State or Province Name (full name) []:
Locality Name (eg, city) []:
Organization Name (eg, company) []:
Organizational Unit Name (eg, section) []:
Common Name (eg, fully qualified host name) []:go-grpc-example
Email Address []:

Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:
```

CSR 是 Cerificate Signing Request 的英文缩写，为证书请求文件。主要作用是 CA 会利用 CSR 文件进行签名使得攻击者无法伪装或篡改原有证书

#### 基于 CA 签发

```
openssl x509 -req -sha256 -CA ca.pem -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 3650 -in server.csr -out server.pem
```

### Client

### 生成 Key

```
openssl ecparam -genkey -name secp384r1 -out client.key
```

### 生成 CSR

```
openssl req -new -key client.key -out client.csr
```

#### 基于 CA 签发

```
openssl x509 -req -sha256 -CA ca.pem -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 3650 -in client.csr -out client.pem
```

### 整理目录

至此我们生成了一堆文件，请按照以下目录结构存放：

```
$ tree conf 
conf
├── ca.key
├── ca.pem
├── ca.srl
├── client
│   ├── client.csr
│   ├── client.key
│   └── client.pem
└── server
    ├── server.csr
    ├── server.key
    └── server.pem
```

另外有一些文件是不应该出现在仓库内，应当保密或删除的。但为了真实演示所以保留着（敲黑板）

## gRPC

接下来将正式开始针对 gRPC 进行编码，改造上一章节的代码。目标是基于 CA 进行 TLS 认证 🤫

### Server

```
package main

import (
    "context"
    "log"
    "net"
    "crypto/tls"
    "crypto/x509"
    "io/ioutil"

    "google.golang.org/grpc"
    "google.golang.org/grpc/credentials"

    pb "github.com/EDDYCJY/go-grpc-example/proto"
)

...

const PORT = "9001"

func main() {
    cert, err := tls.LoadX509KeyPair("../../conf/server/server.pem", "../../conf/server/server.key")
    if err != nil {
        log.Fatalf("tls.LoadX509KeyPair err: %v", err)
    }

    certPool := x509.NewCertPool()
    ca, err := ioutil.ReadFile("../../conf/ca.pem")
    if err != nil {
        log.Fatalf("ioutil.ReadFile err: %v", err)
    }

    if ok := certPool.AppendCertsFromPEM(ca); !ok {
        log.Fatalf("certPool.AppendCertsFromPEM err")
    }

    c := credentials.NewTLS(&tls.Config{
        Certificates: []tls.Certificate{cert},
        ClientAuth:   tls.RequireAndVerifyClientCert,
        ClientCAs:    certPool,
    })

    server := grpc.NewServer(grpc.Creds(c))
    pb.RegisterSearchServiceServer(server, &SearchService{})

    lis, err := net.Listen("tcp", ":"+PORT)
    if err != nil {
        log.Fatalf("net.Listen err: %v", err)
    }

    server.Serve(lis)
}
```

* tls.LoadX509KeyPair()：从证书相关文件中**读取**和**解析**信息，得到证书公钥、密钥对

```
func LoadX509KeyPair(certFile, keyFile string) (Certificate, error) {
    certPEMBlock, err := ioutil.ReadFile(certFile)
    if err != nil {
        return Certificate{}, err
    }
    keyPEMBlock, err := ioutil.ReadFile(keyFile)
    if err != nil {
        return Certificate{}, err
    }
    return X509KeyPair(certPEMBlock, keyPEMBlock)
}
```

* x509.NewCertPool()：创建一个新的、空的 CertPool
* certPool.AppendCertsFromPEM()：尝试解析所传入的 PEM 编码的证书。如果解析成功会将其加到 CertPool 中，便于后面的使用
* credentials.NewTLS：构建基于 TLS 的 TransportCredentials 选项
* tls.Config：Config 结构用于配置 TLS 客户端或服务器

在 Server，共使用了三个 Config 配置项：

（1）Certificates：设置证书链，允许包含一个或多个

（2）ClientAuth：要求必须校验客户端的证书。可以根据实际情况选用以下参数：

```
const (
    NoClientCert ClientAuthType = iota
    RequestClientCert
    RequireAnyClientCert
    VerifyClientCertIfGiven
    RequireAndVerifyClientCert
)
```

（3）ClientCAs：设置根证书的集合，校验方式使用 ClientAuth 中设定的模式

### Client

```
package main

import (
    "context"
    "crypto/tls"
    "crypto/x509"
    "io/ioutil"
    "log"

    "google.golang.org/grpc"
    "google.golang.org/grpc/credentials"

    pb "github.com/EDDYCJY/go-grpc-example/proto"
)

const PORT = "9001"

func main() {
    cert, err := tls.LoadX509KeyPair("../../conf/client/client.pem", "../../conf/client/client.key")
    if err != nil {
        log.Fatalf("tls.LoadX509KeyPair err: %v", err)
    }

    certPool := x509.NewCertPool()
    ca, err := ioutil.ReadFile("../../conf/ca.pem")
    if err != nil {
        log.Fatalf("ioutil.ReadFile err: %v", err)
    }

    if ok := certPool.AppendCertsFromPEM(ca); !ok {
        log.Fatalf("certPool.AppendCertsFromPEM err")
    }

    c := credentials.NewTLS(&tls.Config{
        Certificates: []tls.Certificate{cert},
        ServerName:   "go-grpc-example",
        RootCAs:      certPool,
    })

    conn, err := grpc.Dial(":"+PORT, grpc.WithTransportCredentials(c))
    if err != nil {
        log.Fatalf("grpc.Dial err: %v", err)
    }
    defer conn.Close()

    client := pb.NewSearchServiceClient(conn)
    resp, err := client.Search(context.Background(), &pb.SearchRequest{
        Request: "gRPC",
    })
    if err != nil {
        log.Fatalf("client.Search err: %v", err)
    }

    log.Printf("resp: %s", resp.GetResponse())
}
```

在 Client 中绝大部分与 Server 一致，不同点的地方是，在 Client 请求 Server 端时，Client 端会使用根证书和 ServerName 去对 Server 端进行校验

简单流程大致如下：

1. Client 通过请求得到 Server 端的证书
2. 使用 CA 认证的根证书对 Server 端的证书进行可靠性、有效性等校验
3. 校验 ServerName 是否可用、有效

当然了，在设置了 `tls.RequireAndVerifyClientCert` 模式的情况下，Server 也会使用 CA 认证的根证书对 Client 端的证书进行可靠性、有效性等校验。也就是两边都会进行校验，极大的保证了安全性 👍

### 验证

重新启动 server.go 和执行 client.go，查看响应结果是否正常

## 总结

在本章节，我们使用 CA 颁发的根证书对客户端、服务端的证书进行了签发。进一步的提高了两者的通讯安全

这回是真的大功告成了！

## 参考

### 本系列示例代码

* [go-grpc-example](https://github.com/EDDYCJY/go-grpc-example)
