搞定 Windows OpenSSL：从安装、配置到证书生成的终极指南

引言：为什么我们需要在 Windows 上使用 OpenSSL？

在当今数字化的世界中，安全是网络通信的基石。无论是浏览网页（HTTPS）、发送邮件（SMTPS/IMAPS）、连接 VPN 还是保护 API，加密和身份验证都扮演着至关重要的角色。OpenSSL 项目提供了一个强大、商业级且功能齐全的工具包，实现了 SSL（安全套接字层）和 TLS（传输层安全）协议以及一个通用的密码学库。它包含了用于生成私钥、创建证书签名请求（CSR）、安装 SSL/TLS 证书、生成自签名证书、管理证书颁发机构（CA）以及执行各种加密任务的核心工具。

虽然 OpenSSL 起源于类 Unix 系统（如 Linux、macOS），并且在这些平台上是标准配置，但 Windows 用户，特别是开发者、系统管理员和安全专业人士，也经常需要利用 OpenSSL 的强大功能。原因包括：

跨平台开发与测试：许多应用程序和服务需要跨平台运行，在 Windows 上模拟或管理与 Linux/macOS 服务器相同的证书和密钥环境至关重要。
本地开发环境：为本地 Web 服务器（如 IIS, Apache, Nginx on Windows）配置 HTTPS，需要生成或处理证书。
证书管理：需要生成 CSR 发送给商业 CA，或者需要创建内部使用的自签名证书或私有 CA。
脚本自动化：在 Windows 批处理或 PowerShell 脚本中集成 OpenSSL 命令，实现证书管理和加密任务的自动化。
学习与实验：理解 PKI（公钥基础设施）、SSL/TLS 协议和密码学概念的最佳实践工具之一。

然而，Windows 本身并不原生自带 OpenSSL 命令行工具（尽管它有自己的加密 API 和证书管理工具 certlm.msc / certmgr.msc）。因此，我们需要手动安装和配置它。本文将详细指导您如何在 Windows 系统上完成 OpenSSL 的安装、环境配置，并深入探讨如何使用它生成各种类型的证书和密钥，助您彻底搞定 Windows OpenSSL。

第一章：在 Windows 上安装 OpenSSL

在 Windows 上安装 OpenSSL 有多种途径，您可以根据自己的需求和偏好选择最合适的方法。

方法一：使用预编译的第三方二进制包（推荐）

这是最直接、最受推荐的方法，特别是对于不希望处理编译复杂性的用户。一些社区或组织提供了预编译好的 Windows 版 OpenSSL 安装包或压缩包。

推荐来源：Shining Light Productions (SLP)

SLP 长期以来一直提供稳定且更新及时的 Windows OpenSSL 安装程序。

访问下载页面：在浏览器中访问 Shining Light Productions 的 Win32/Win64 OpenSSL 下载页面（可以通过搜索引擎搜索 “OpenSSL Windows SLP” 找到官方或可信赖的镜像源）。
选择版本：
- 架构：根据您的 Windows 系统是 32 位 (Win32) 还是 64 位 (Win64) 选择对应的版本。现代系统通常是 64 位。
- 版本号：通常建议选择最新的稳定版（LTS – 长期支持版通常更稳定）。避免使用 “Light” 版本，因为它可能缺少开发所需的头文件和库。选择完整版（通常文件名不含 “Light”）。
- 安装程序类型：通常提供 .exe 安装程序和 .zip 压缩包。
  - EXE 安装程序：更方便，通常会提供添加到系统 PATH 的选项。
  - ZIP 压缩包：绿色版，解压即可使用，但需要手动配置环境变量。
下载与安装（以 EXE 为例）：
- 下载所选的 .exe 文件。
- 运行安装程序。仔细阅读许可协议。
- 选择安装路径：建议选择一个不包含空格或特殊字符的路径，例如 C:\Program Files\OpenSSL 或 C:\Tools\OpenSSL。
- 关键步骤：选择组件：确保选中了 OpenSSL 可执行文件 (openssl.exe) 和相关的库文件。
- 重要选项：复制 OpenSSL DLLs 到：安装程序可能会询问将 OpenSSL DLL（如 libcrypto-*.dll, libssl-*.dll）复制到哪里。推荐选择 “The OpenSSL binaries (/bin) directory”。不建议选择复制到 Windows 系统目录（System32），这可能导致版本冲突。
- 完成安装。
安装（以 ZIP 为例）：
- 下载所选的 .zip 文件。
- 将其解压到一个合适的目录，例如 C:\Tools\OpenSSL。解压后，openssl.exe 通常位于 bin 子目录下。

方法二：通过 Windows Subsystem for Linux (WSL)

如果您是开发者，并且已经在 Windows 10/11 上使用了 WSL 或 WSL 2，那么这可能是最无缝的方式。WSL 允许您运行一个 Linux 环境，其中 OpenSSL 通常是预装或可以通过包管理器轻松安装。

安装 WSL：如果尚未安装，请打开 PowerShell (管理员权限) 并运行 wsl --install。根据提示可能需要重启。这将安装默认的 Ubuntu 发行版。您也可以从 Microsoft Store 安装其他 Linux 发行版。
启动 WSL：在开始菜单搜索您安装的 Linux 发行版（如 Ubuntu）并启动它。
检查/安装 OpenSSL：在 WSL 终端中，运行 openssl version 检查是否已安装。如果未安装或版本过旧，使用发行版的包管理器进行安装/更新：
- Debian/Ubuntu: sudo apt update && sudo apt install openssl
- CentOS/Fedora: sudo dnf update && sudo dnf install openssl 或 sudo yum update && sudo yum install openssl
使用：在 WSL 终端内，您可以直接使用 openssl 命令，就像在原生 Linux 环境中一样。文件系统是互通的，您可以通过 /mnt/c/ 访问 Windows 的 C 盘。

优点：获得与 Linux 完全一致的体验。
缺点：需要在 WSL 环境下操作，对于只需要 OpenSSL 命令行的用户可能稍显重量级。

方法三：使用 Git for Windows 自带的 OpenSSL

如果您安装了 Git for Windows（一个非常流行的工具），它会捆绑一个 OpenSSL 的版本，主要供 Git 内部使用（例如 HTTPS 连接）。

安装 Git for Windows：从官网下载并安装。
找到 OpenSSL：安装完成后，openssl.exe 通常位于 Git 安装目录下的 usr\bin 子目录中，例如 C:\Program Files\Git\usr\bin\openssl.exe。
使用：
- 可以通过 Git Bash 终端直接使用 openssl 命令，因为它已经配置好了环境。
- 如果想在 Windows 命令提示符 (CMD) 或 PowerShell 中使用，需要将 C:\Program Files\Git\usr\bin (根据您的实际安装路径调整) 添加到系统环境变量 PATH 中。

优点：如果已安装 Git，则无需额外安装。
缺点：捆绑的 OpenSSL 版本可能不是最新的，且主要目的是服务于 Git，可能不是功能最全的版本。

方法四：自行编译（高级）

这是最复杂的方法，需要安装编译器（如 Visual Studio）、Perl (通常推荐 Strawberry Perl) 和 NASM 汇编器。

从 OpenSSL 官网下载源代码 (.tar.gz)。
解压源代码。
仔细阅读 NOTES-WINDOWS.md 或 INSTALL.md 文件中的 Windows 编译指南。
配置编译环境（设置 VS 环境变量等）。
运行 perl Configure VC-WIN64A (64位) 或 VC-WIN32 (32位) 以及其他选项。
运行 nmake。
运行 nmake test (可选但推荐)。
运行 nmake install。

优点：可以获得最新版本，完全控制编译选项。
缺点：过程复杂，易出错，耗时，不适合大多数用户。

第二章：配置 Windows 环境

无论您选择哪种安装方式（除了 WSL，它有自己的环境），为了能在任何路径下的命令提示符 (CMD) 或 PowerShell 中直接使用 openssl 命令，您需要配置 Windows 的环境变量 PATH。

配置环境变量 PATH

找到 OpenSSL 的 bin 目录：这取决于您的安装方法和路径。
- 如果是通过 SLP 的 EXE 安装程序安装到 C:\Program Files\OpenSSL，那么路径通常是 C:\Program Files\OpenSSL\bin。
- 如果是解压 ZIP 包到 C:\Tools\OpenSSL，路径是 C:\Tools\OpenSSL\bin。
- 如果是使用 Git for Windows，路径是 C:\Program Files\Git\usr\bin。
编辑系统环境变量：
- 在 Windows 搜索栏中输入 “环境变量”，然后选择 “编辑系统环境变量”。
- 在弹出的 “系统属性” 对话框中，点击 “高级” 选项卡下的 “环境变量(N)…” 按钮。
- 在 “环境变量” 对话框中，找到 “系统变量(S)” 区域下的 Path 变量，选中它，然后点击 “编辑(E)…”。
- 在 “编辑环境变量” 对话框中，点击 “新建(N)”，然后粘贴或输入您找到的 OpenSSL bin 目录的完整路径。
- 点击 “确定” 关闭所有打开的对话框。
验证配置：
- 重要：关闭所有已打开的 CMD 或 PowerShell 窗口，然后重新打开一个新的窗口。环境变量的更改只对新启动的进程生效。
- 在新窗口中输入命令：openssl version
- 如果配置成功，您应该能看到已安装的 OpenSSL 版本信息，例如 OpenSSL 3.0.5 5 Jul 2022 (Library: OpenSSL 3.0.5 5 Jul 2022)。
- 如果提示 “‘openssl’ 不是内部或外部命令…”，请检查您的 PATH 变量设置是否正确，路径是否无误，以及是否重启了命令窗口。

理解 OpenSSL 配置文件 (`openssl.cnf` 或 `openssl.cfg`)

OpenSSL 的许多行为，特别是 req（证书请求）和 ca（证书颁发机构）命令的行为，都受到配置文件的影响。

查找配置文件：OpenSSL 会在几个预定义的位置查找配置文件。对于 SLP 安装的版本，通常位于 OpenSSL 安装目录下的 ssl 或 certs 文件夹内，或者与 openssl.exe 在同一 bin 目录下。您可以通过 openssl version -d 查看 OPENSSLDIR，这通常是配置文件的根目录。
默认配置文件：通常名为 openssl.cnf 或 openssl.cfg。
结构：这是一个文本文件，采用 INI 文件格式，包含多个节（section），用方括号 [] 括起来，例如 [ req ], [ req_distinguished_name ], [ v3_ca ]。每个节包含键值对。
重要性：
- [ req ] 节定义了生成 CSR 时的默认值和选项，如默认密钥长度 (default_bits)、是否加密私钥 (encrypt_key)、摘要算法 (default_md)、以及专有名称（DN）字段的提示 (prompt) 和默认值 (distinguished_name)。
- [ req_distinguished_name ] 节定义了构成证书主体（Subject）的字段及其默认值或提示语，如国家 (C)、省份 (ST)、城市 (L)、组织 (O)、组织单位 (OU) 和通用名称 (CN)。
- [ v3_ca ], [ v3_req ], [ usr_cert ] 等节用于定义 X.509 v3 扩展，例如 basicConstraints, keyUsage, extendedKeyUsage, subjectAltName (SAN)。SAN 对于现代 HTTPS 证书至关重要。
自定义：您可以编辑此文件来自定义默认行为，例如设置默认的组织信息，或者添加/修改扩展配置。在执行命令时，也可以使用 -config path/to/your/custom.cnf 选项指定一个不同的配置文件。

第三章：核心概念：PKI 与证书基础

在深入实践之前，理解一些基本概念有助于更好地使用 OpenSSL。

公钥基础设施 (PKI)：一套用于创建、管理、分发、使用、存储和撤销数字证书的策略、标准、人员和系统。
非对称加密：使用一对密钥：公钥和私钥。公钥可以公开分发，用于加密数据或验证签名；私钥必须严格保密，用于解密公钥加密的数据或生成签名。
私钥 (Private Key)：用于解密和签名的密钥，必须保密。OpenSSL 可以生成多种格式的私钥文件（通常是 PEM 格式，以 -----BEGIN PRIVATE KEY----- 或 -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- 开头）。
公钥 (Public Key)：从私钥派生而来，用于加密和验证签名。公钥通常嵌入在证书中。
证书签名请求 (CSR – Certificate Signing Request)：包含公钥和身份信息（如域名、组织名称）的文件，发送给证书颁发机构 (CA) 请求签名。CSR 本身不是证书，也不包含私钥。通常是 PEM 格式（以 -----BEGIN CERTIFICATE REQUEST----- 开头）。
证书颁发机构 (CA – Certificate Authority)：受信任的第三方，负责验证请求者的身份，并使用其自身的私钥对 CSR 进行签名，从而颁发数字证书。
- 根 CA (Root CA)：顶级 CA，其证书是自签名的，并被操作系统和浏览器广泛信任。
- 中间 CA (Intermediate CA)：由根 CA 或其他中间 CA 签名，用于签署最终用户证书，形成信任链。
数字证书 (Digital Certificate)：通常指 X.509 证书。这是一个电子文档，使用 CA 的私钥签名，将公钥与一个身份（个人、服务器、公司等）绑定。它包含公钥、身份信息（Subject）、颁发者信息 (Issuer)、有效期、签名以及可能的扩展信息（如 SAN）。通常是 PEM 格式（以 -----BEGIN CERTIFICATE----- 开头）。
自签名证书 (Self-Signed Certificate)：证书的颁发者 (Issuer) 和主体 (Subject) 是相同的，并且证书是用其自身的私钥签名的。它没有经过公共 CA 的验证，因此不被浏览器或操作系统默认信任，主要用于测试、内部网络或作为私有 CA 的根证书。
通用名称 (CN – Common Name)：传统上用于标识证书主体的主要名称，对于 SSL 证书，通常是域名（如 www.example.com）。
主题备用名称 (SAN – Subject Alternative Name)：X.509 v3 扩展，允许一个证书包含多个身份标识，如多个 DNS 域名、IP 地址、Email 地址等。现代浏览器（自 Chrome 58 起）强制要求 HTTPS 证书使用 SAN 扩展来包含域名，即使 CN 也设置了域名。生成证书时务必包含 SAN。

第四章：实战演练：使用 OpenSSL 生成密钥和证书

现在，让我们动手实践，使用 OpenSSL 命令行工具执行常见的证书管理任务。

准备工作：打开一个新的 CMD 或 PowerShell 窗口，确保 openssl 命令可用。创建一个工作目录来存放生成的文件，例如 C:\certs，并 cd 到该目录。

步骤 1：生成私钥

私钥是所有操作的基础，必须首先生成并妥善保管。

生成 RSA 私钥（常用）：

“`bash

生成一个 2048 位的 RSA 私钥，不加密（移除 -aes256 参数）

openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

或者使用旧的 genrsa 命令

openssl genrsa -out private_key.pem 2048

生成一个 2048 位的 RSA 私钥，并使用 AES-256 加密（会提示输入密码）

openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key_encrypted.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048 -aes-256-cbc

或者

openssl genrsa -aes256 -out private_key_encrypted.pem 2048

“`

genpkey: 推荐的现代命令，用于生成各种类型的私钥。
genrsa: 专门用于生成 RSA 私钥的旧命令。
-algorithm RSA: 指定算法为 RSA。
-out private_key.pem: 指定输出的私钥文件名。.pem 是常见的扩展名，表示 PEM 格式。
-pkeyopt rsa_keygen_bits:2048: 指定 RSA 密钥长度为 2048 位（推荐最小值）。也可以使用 3072 或 4096 位以提高安全性。
-aes-256-cbc (或 -aes256): 可选，用指定的密码算法加密输出的私钥文件。每次使用此密钥时都需要输入密码。如果不加此参数，则私钥不加密（注意保管！）。

生成 ECC (Elliptic Curve Cryptography) 私钥（更高效）：

“`bash

查看支持的椭圆曲线

openssl ecparam -list_curves

生成使用 prime256v1 (NIST P-256) 曲线的 ECC 私钥

openssl genpkey -algorithm EC -out ecc_private_key.pem -pkeyopt ec_paramgen_curve:prime256v1

或者使用旧的 ecparam 命令

openssl ecparam -name prime256v1 -genkey -noout -out ecc_private_key.pem

“`

ECC 密钥通常比相同安全级别的 RSA 密钥更短，计算效率更高。prime256v1 是常用且广泛支持的曲线。

安全提示：生成的未加密私钥文件（如 private_key.pem）绝对不能泄露。确保文件权限设置正确，只允许授权用户访问。

步骤 2：生成证书签名请求 (CSR)

CSR 文件包含了您的公钥和您希望包含在证书中的身份信息，用于向 CA 申请证书。

“`bash

使用已生成的私钥 private_key.pem 生成 CSR

openssl req -new -key private_key.pem -out server.csr -sha256
“`

req: 用于处理 CSR 和证书的命令。
-new: 表示生成新的 CSR。
-key private_key.pem: 指定用于生成 CSR 的私钥文件。
-out server.csr: 指定输出的 CSR 文件名。
-sha256: 指定使用 SHA-256 摘要算法进行签名（推荐）。

执行此命令后，OpenSSL 会交互式地提示您输入以下信息（这些信息将构成证书的 Subject DN）：

Country Name (2 letter code) [AU]: CN (例如：中国)
State or Province Name (full name) [Some-State]: Beijing (例如：北京市)
Locality Name (eg, city) []: Beijing (例如：北京市)
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]: My Company Ltd (您的公司或组织名称)
Organizational Unit Name (eg, section) []: IT Department (您的部门名称，可选)
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name) []: www.example.com (极其重要: 对于 SSL 证书，这通常是您的服务器的完全限定域名 FQDN)
Email Address []: [email protected] (可选)
A challenge password []: (可选，通常留空)
An optional company name []: (可选，通常留空)

重要：
* Common Name (CN) 必须准确填写。
* 对于现代证书，仅仅设置 CN 是不够的，还需要通过 SAN 包含所有需要保护的域名和 IP 地址。直接使用 openssl req 命令生成 CSR 时添加 SAN 比较麻烦，通常有以下两种方式：
1. 在配置文件中预定义 SAN：修改 openssl.cnf 文件，在 [ req ] 节添加 req_extensions = v3_req (如果还没有的话)，并在 [ v3_req ] 节中定义 subjectAltName = @alt_names，然后在 [ alt_names ] 节列出所有名称，如 DNS.1 = www.example.com, DNS.2 = example.com, IP.1 = 192.168.1.100。然后在生成 CSR 时使用 -config openssl.cnf。
2. 在生成自签名证书或签署 CSR 时添加 SAN：更常见的方法是在下一步生成自签名证书或 CA 签署时使用 -addext 选项动态添加 SAN。

非交互式生成 CSR (使用 -subj 参数)：

如果您想在脚本中自动生成 CSR，可以使用 -subj 参数提供 Subject 信息：

bash openssl req -new -key private_key.pem -out server.csr -sha256 \ -subj "/C=CN/ST=Beijing/L=Beijing/O=My Company Ltd/OU=IT Department/CN=www.example.com"

注意：使用 -subj 无法直接添加 SAN 扩展。

步骤 3：生成自签名证书

自签名证书适用于测试环境、内部网络或作为私有 CA 的根证书。它使用自己的私钥进行签名。

方法一：一步生成私钥和自签名证书

bash openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout self_signed_private_key.pem -out self_signed_certificate.pem -sha256 \ -subj "/C=CN/ST=Beijing/L=Beijing/O=My Self-Signed Org/OU=Dev/CN=localhost" \ -addext "subjectAltName=DNS:localhost,IP:127.0.0.1"

-x509: 表示输出自签名证书而不是 CSR。
-nodes: (No DES) 表示不加密生成的私钥（方便测试，生产环境慎用）。如果需要加密，去掉此参数，会提示设置密码。
-days 365: 设置证书有效期为 365 天。
-newkey rsa:2048: 同时生成一个新的 2048 位 RSA 私钥。
-keyout self_signed_private_key.pem: 指定输出的私钥文件名。
-out self_signed_certificate.pem: 指定输出的自签名证书文件名。
-subj ...: 提供 Subject 信息。
-addext "subjectAltName=...": 关键！ 添加 SAN 扩展。这里包含了 localhost 域名和 127.0.0.1 IP 地址。您可以根据需要添加更多 DNS: 或 IP: 条目，用逗号分隔。

方法二：使用已有的私钥和 CSR 生成自签名证书

如果您已经有了私钥 (private_key.pem) 和 CSR (server.csr)：

bash openssl x509 -req -in server.csr -signkey private_key.pem -out self_signed_certificate.pem -days 365 -sha256 \ -extfile <(printf "subjectAltName=DNS:www.example.com,DNS:example.com,IP:192.168.1.100")

x509: 用于处理 X.509 证书的命令。
-req: 表示输入是 CSR。
-in server.csr: 指定输入的 CSR 文件。
-signkey private_key.pem: 指定用于签名的私钥。
-out ...: 输出证书文件。
-days ...: 有效期。
-sha256: 摘要算法。
-extfile <(printf "..."): 在类 Unix shell (如 Git Bash 或 WSL) 中，这是一种动态创建包含扩展信息文件的方式来添加 SAN。
- 在 Windows CMD 中，这会比较麻烦。您需要先创建一个文本文件，例如 san.txt，内容如下：
  ini subjectAltName=DNS:www.example.com,DNS:example.com,IP:192.168.1.100
  然后使用 -extfile san.txt 选项：
  cmd openssl x509 -req -in server.csr -signkey private_key.pem -out self_signed_certificate.pem -days 365 -sha256 -extfile san.txt
- 在 PowerShell 中，可以类似地动态创建：
  powershell "subjectAltName=DNS:www.example.com,DNS:example.com,IP:192.168.1.100" | Out-File -Encoding ASCII san.txt openssl x509 -req -in server.csr -signkey private_key.pem -out self_signed_certificate.pem -days 365 -sha256 -extfile san.txt Remove-Item san.txt # 清理临时文件

注意：自签名证书在公共互联网上不被信任，浏览器会显示安全警告。

步骤 4（进阶）：建立一个简单的本地 CA 并签署证书

如果您需要为内部服务签发多个受信任（在您的组织内部）的证书，可以建立一个简单的私有 CA。

1. 创建 CA 目录结构和基础文件

bash mkdir myCA cd myCA mkdir certs crl newcerts private chmod 700 private # 设置私钥目录权限（在 WSL 或 Git Bash 中） touch index.txt echo 1000 > serial # 初始序列号（十六进制）

2. 创建 CA 配置文件 (openssl_ca.cnf)

复制一份系统的 openssl.cnf 文件，或者创建一个新的，至少包含以下内容（根据需要调整路径和默认值）：

“`ini
[ ca ]
default_ca = CA_default

[ CA_default ]
dir = C:/certs/myCA # CA 根目录 (使用正斜杠)
certs = $dir/certs # 已颁发证书存放目录
crl_dir = $dir/crl # CRL 存放目录
database = $dir/index.txt # 证书数据库索引文件
new_certs_dir = $dir/newcerts # 新证书备份目录
certificate = $dir/cacert.pem # CA 证书文件
serial = $dir/serial # 当前序列号文件
private_key = $dir/private/cakey.pem # CA 私钥文件
RANDFILE = $dir/private/.rand # 随机数文件

default_md = sha256 # 默认摘要算法
policy = policy_match # 证书策略
default_days = 730 # 默认证书有效期 (2年)

策略：定义 CSR 中的哪些字段必须与 CA 证书匹配

[ policy_match ]
countryName = match # 要求国家匹配
stateOrProvinceName = match # 要求省份匹配
organizationName = match # 要求组织匹配
organizationalUnitName = optional # 部门可选
commonName = supplied # CN 必须提供
emailAddress = optional # Email 可选

用于 v3 扩展的配置

[ v3_ca ]
subjectKeyIdentifier=hash
authorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer
basicConstraints = critical,CA:true

[ usr_cert ]
basicConstraints = CA:FALSE
nsCertType = server
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth, clientAuth
subjectKeyIdentifier = hash
authorityKeyIdentifier = keyid,issuer
subjectAltName = @alt_names # 引用 SAN

在这里定义服务器证书的 SAN (可以留空，在签名时通过 -extfile 指定)

[ alt_names ]

DNS.1 = www.example.com

DNS.2 = mail.example.com

IP.1 = 192.168.0.1

“`

3. 生成 CA 的私钥和根证书（自签名）

“`bash

生成 CA 私钥 (需要设置强密码并记住)

openssl genpkey -algorithm RSA -out private/cakey.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096 -aes-256-cbc

生成 CA 根证书 (自签名)

openssl req -new -x509 -key private/cakey.pem -out cacert.pem -days 3650 -sha256 \
-subj “/C=CN/ST=Beijing/L=Beijing/O=My Local CA/CN=My Local Root CA” \
-config openssl_ca.cnf -extensions v3_ca
`` * 会提示输入 CA 私钥的密码。 *-days 3650: CA 根证书通常有效期很长（例如 10 年）。 *-config openssl_ca.cnf: 使用我们刚创建的 CA 配置文件。 *-extensions v3_ca: 应用配置文件中定义的[ v3_ca ]` 扩展，标记这是一个 CA 证书。

4. 使用 CA 签署服务器证书请求 (CSR)

假设您已经有了一个服务器的 CSR 文件 server.csr (在步骤 2 中生成)。

首先，创建包含 SAN 信息的扩展文件 server_san.txt:
“`ini
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1 = www.internal.local
DNS.2 = server1.internal.local
IP.1 = 10.0.0.10
“`

然后，使用 openssl ca 命令签署：

bash openssl ca -config openssl_ca.cnf -in ../server.csr -out certs/server_certificate.pem -days 365 \ -extfile server_san.txt -extensions usr_cert

会提示输入 CA 私钥的密码。
-config openssl_ca.cnf: 指定 CA 配置文件。
-in ../server.csr: 输入要签名的 CSR 文件（假设 CSR 在上一级目录）。
-out certs/server_certificate.pem: 输出签名后的服务器证书。
-days 365: 设置服务器证书有效期。
-extfile server_san.txt: 关键！ 指定包含 SAN 和其他扩展的文件。
-extensions usr_cert: 应用配置文件中 [ usr_cert ] 节定义的扩展（它会引用 server_san.txt 中的 [alt_names]）。

成功签署后，index.txt 会被更新，serial 文件中的序列号会增加，并在 newcerts 目录下生成一个以序列号命名的证书副本。

信任 CA 根证书：为了让客户端（如浏览器或其他服务器）信任由这个本地 CA 签发的证书，需要将 CA 的根证书 (cacert.pem) 导入到客户端的信任存储中。在 Windows 上，可以通过 certlm.msc (本地计算机) 或 certmgr.msc (当前用户) 将其导入到 “受信任的根证书颁发机构” 存储区。

第五章：常用 OpenSSL 操作

除了生成密钥和证书，OpenSSL 还有许多其他有用的功能：

1. 查看证书信息

“`bash

查看 PEM 格式证书的详细信息

openssl x509 -in certificate.pem -text -noout

查看证书的 Subject, Issuer, Validity dates 等关键信息

openssl x509 -in certificate.pem -subject -issuer -dates -noout

查看证书的 SAN (Subject Alternative Name)

openssl x509 -in certificate.pem -text -noout | grep -A 1 “Subject Alternative Name” # (Git Bash/WSL)

或在 PowerShell 中:

(openssl x509 -in certificate.pem -text -noout) -match “Subject Alternative Name” -Context 0,1

“`

2. 查看 CSR 信息

“`bash
openssl req -in server.csr -text -noout -verify

-verify 会检查 CSR 的签名是否与其内部公钥匹配

“`

3. 查看私钥信息

“`bash

查看 RSA 私钥的详细信息 (包括公钥部分)

openssl rsa -in private_key.pem -text -noout

查看 ECC 私钥的详细信息

openssl ec -in ecc_private_key.pem -text -noout

检查私钥是否有效且一致

openssl rsa -in private_key.pem -check # (如果加密了会提示输入密码)
openssl ec -in ecc_private_key.pem -check
“`

4. 验证私钥、证书和 CSR 是否匹配

它们共享同一个公钥模数 (Modulus)。如果模数相同，则它们是匹配的。

“`bash

获取私钥的模数

openssl rsa -in private_key.pem -modulus -noout | openssl md5

(如果加密了会提示输入密码)

获取 CSR 的模数

openssl req -in server.csr -modulus -noout | openssl md5

获取证书的模数

openssl x509 -in certificate.pem -modulus -noout | openssl md5
“`
比较这三个命令输出的 MD5 哈希值，如果它们完全相同，则三者匹配。

5. 证书格式转换

OpenSSL 支持多种证书和密钥格式，常见的有 PEM, DER, PFX/P12。

PEM (Privacy-Enhanced Mail): Base64 编码的 ASCII 文本格式，由 -----BEGIN ...----- 和 -----END ...----- 包裹。可以包含证书、私钥、CSR 等。这是最常见的格式。
DER (Distinguished Encoding Rules): 二进制格式。通常用于 Java 平台。
PFX/P12 (PKCS#12): 二进制格式，通常用于在 Windows 环境中导入/导出证书和对应的私钥（打包在一个文件中），可以设置密码保护。

PEM -> DER
bash openssl x509 -in certificate.pem -outform DER -out certificate.der openssl rsa -in private_key.pem -outform DER -out private_key.der

DER -> PEM
bash openssl x509 -in certificate.der -inform DER -outform PEM -out certificate.pem openssl rsa -in private_key.der -inform DER -outform PEM -out private_key.pem

PEM (证书 + 私钥) -> PFX/P12
“`bash

将证书和未加密的私钥打包成 PFX 文件 (会提示设置 PFX 文件的导出密码)

openssl pkcs12 -export -out certificate.pfx -inkey private_key.pem -in certificate.pem

如果需要包含证书链 (例如：服务器证书 + 中间 CA 证书)，先将它们合并到一个 PEM 文件中

cat server_certificate.pem intermediate_ca.pem > certificate_chain.pem (Git Bash/WSL)

copy /b server_certificate.pem + intermediate_ca.pem certificate_chain.pem (CMD)

Get-Content server_certificate.pem, intermediate_ca.pem | Set-Content certificate_chain.pem (PowerShell)

openssl pkcs12 -export -out certificate_bundle.pfx -inkey private_key.pem -in certificate_chain.pem
“`

PFX/P12 -> PEM (提取证书和私钥)
“`bash

提取私钥 (会提示输入 PFX 密码和设置 PEM 私钥密码)

openssl pkcs12 -in certificate.pfx -nocerts -out private_key_from_pfx.pem

提取证书 (会提示输入 PFX 密码)

openssl pkcs12 -in certificate.pfx -clcerts -nokeys -out certificate_from_pfx.pem

提取 CA 证书链 (如果 PFX 文件包含的话)

openssl pkcs12 -in certificate.pfx -cacerts -nokeys -out ca_chain_from_pfx.pem

如果提取的私钥被加密了，移除密码保护

openssl rsa -in private_key_from_pfx.pem -out private_key_unencrypted.pem (会提示输入 PEM 密码)

“`

第六章：故障排除与最佳实践

'openssl' is not recognized...: 环境变量 PATH 未正确设置或未重启命令窗口。检查路径是否包含 OpenSSL 的 bin 目录。
unable to load config file: OpenSSL 找不到默认配置文件。可以尝试使用 openssl version -d 找到 OPENSSLDIR 并检查该目录下是否有 openssl.cnf。或者在命令中使用 -config path/to/openssl.cnf 显式指定。
权限错误: 无法写入文件或读取私钥。确保您对工作目录和私钥文件有读写权限。在 Windows 上，以管理员身份运行 CMD 或 PowerShell 可能解决某些权限问题，但需谨慎。
证书链问题: 当客户端验证证书时，需要完整的信任链（服务器证书 -> 中间 CA -> 根 CA）。确保服务器配置了发送完整的证书链（通常不包括根证书）。使用 openssl s_client -connect host:port -showcerts 可以检查服务器发送的链。
SAN 至关重要: 再次强调，为 Web 服务器生成证书时，务必使用 subjectAltName 扩展包含所有需要保护的域名和 IP 地址。
保护私钥: 私钥的安全性是整个 PKI 系统的关键。不要共享私钥，确保存储私钥的文件权限严格，对生产环境的私钥使用强密码加密（-aes256 等选项）。
保持更新: OpenSSL 是一个活跃的项目，会修复安全漏洞。定期检查并更新您安装的 OpenSSL 版本。
密钥长度: 对于 RSA，至少使用 2048 位，推荐 3072 或 4096 位。对于 ECC，使用 prime256v1 (NIST P-256) 或更强的曲线。
摘要算法: 使用 SHA-256 (-sha256) 或更强的摘要算法，避免使用 MD5 或 SHA-1。

结语

OpenSSL 是一个功能极其丰富的密码学工具箱，虽然它在 Windows 上的使用需要一些初始设置，但一旦安装和配置完成，它将成为您处理各种安全相关任务的得力助手。从生成简单的自签名证书用于本地开发，到建立内部 CA 管理组织内的证书，再到准备提交给公共 CA 的 CSR，OpenSSL 都能胜任。

本文详细介绍了在 Windows 上安装 OpenSSL 的多种方法、如何配置环境、PKI 的核心概念，并提供了生成私钥、CSR、自签名证书以及使用本地 CA 签署证书的详细步骤和命令示例。同时，也涵盖了一些常用的 OpenSSL 操作和故障排除技巧。

掌握 OpenSSL 的使用，不仅能解决实际工作中的证书和加密问题，更能加深对网络安全底层原理的理解。希望这篇详尽的指南能够帮助您在 Windows 平台上自信地运用 OpenSSL，从容应对各种挑战。不断实践和探索 OpenSSL 的更多功能（如加密/解密文件、性能测试、SSL/TLS 客户端/服务器测试等），您会发现它是一个值得深入学习的宝库。

搞定 Windows OpenSSL：从安装、配置到证书生成的终极指南

引言：为什么我们需要在 Windows 上使用 OpenSSL？

第一章：在 Windows 上安装 OpenSSL

方法一：使用预编译的第三方二进制包（推荐）

方法二：通过 Windows Subsystem for Linux (WSL)

方法三：使用 Git for Windows 自带的 OpenSSL

方法四：自行编译（高级）

第二章：配置 Windows 环境

配置环境变量 PATH

理解 OpenSSL 配置文件 (openssl.cnf 或 openssl.cfg)

第三章：核心概念：PKI 与证书基础

第四章：实战演练：使用 OpenSSL 生成密钥和证书

步骤 1：生成私钥

生成一个 2048 位的 RSA 私钥，不加密（移除 -aes256 参数）

或者使用旧的 genrsa 命令

openssl genrsa -out private_key.pem 2048

生成一个 2048 位的 RSA 私钥，并使用 AES-256 加密（会提示输入密码）

或者

openssl genrsa -aes256 -out private_key_encrypted.pem 2048

查看支持的椭圆曲线

生成使用 prime256v1 (NIST P-256) 曲线的 ECC 私钥

或者使用旧的 ecparam 命令

openssl ecparam -name prime256v1 -genkey -noout -out ecc_private_key.pem

步骤 2：生成证书签名请求 (CSR)

使用已生成的私钥 private_key.pem 生成 CSR

步骤 3：生成自签名证书

步骤 4（进阶）：建立一个简单的本地 CA 并签署证书

策略：定义 CSR 中的哪些字段必须与 CA 证书匹配

用于 v3 扩展的配置

在这里定义服务器证书的 SAN (可以留空，在签名时通过 -extfile 指定)

DNS.1 = www.example.com

DNS.2 = mail.example.com

IP.1 = 192.168.0.1

生成 CA 私钥 (需要设置强密码并记住)

生成 CA 根证书 (自签名)

第五章：常用 OpenSSL 操作

1. 查看证书信息

查看 PEM 格式证书的详细信息

查看证书的 Subject, Issuer, Validity dates 等关键信息

查看证书的 SAN (Subject Alternative Name)

或在 PowerShell 中:

(openssl x509 -in certificate.pem -text -noout) -match “Subject Alternative Name” -Context 0,1

2. 查看 CSR 信息

-verify 会检查 CSR 的签名是否与其内部公钥匹配

3. 查看私钥信息

查看 RSA 私钥的详细信息 (包括公钥部分)

查看 ECC 私钥的详细信息

检查私钥是否有效且一致

4. 验证私钥、证书和 CSR 是否匹配

获取私钥的模数

(如果加密了会提示输入密码)

获取 CSR 的模数

获取证书的模数

5. 证书格式转换

将证书和未加密的私钥打包成 PFX 文件 (会提示设置 PFX 文件的导出密码)

如果需要包含证书链 (例如：服务器证书 + 中间 CA 证书)，先将它们合并到一个 PEM 文件中

cat server_certificate.pem intermediate_ca.pem > certificate_chain.pem (Git Bash/WSL)

copy /b server_certificate.pem + intermediate_ca.pem certificate_chain.pem (CMD)

Get-Content server_certificate.pem, intermediate_ca.pem | Set-Content certificate_chain.pem (PowerShell)

提取私钥 (会提示输入 PFX 密码和设置 PEM 私钥密码)

提取证书 (会提示输入 PFX 密码)

提取 CA 证书链 (如果 PFX 文件包含的话)

如果提取的私钥被加密了，移除密码保护

openssl rsa -in private_key_from_pfx.pem -out private_key_unencrypted.pem (会提示输入 PEM 密码)

第六章：故障排除与最佳实践

结语

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理解 OpenSSL 配置文件 (`openssl.cnf` 或 `openssl.cfg`)

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