21.7 OpenSSL
OpenSSL 3 自 FreeBSD 14 起纳入基本系统，引入提供者模块（provider module）架构。本节介绍自签证书生成（自签 CA）、FIPS 合规配置（fips_module 完整性检查与 openssl fipsinstall）和已弃用算法加载。
概述
OpenSSL 是加密工具包，实现安全套接字层（SSL）和传输层安全（TLS）网络协议，并提供丰富的加密例程。
openssl 程序是该工具包的命令行入口，用户可在 Shell 中调用 OpenSSL 加密库的各类功能，包括：
私钥、公钥和参数的创建与管理
公钥加密操作
X.509 证书、CSR 和 CRL 的创建
消息摘要与消息认证码的计算
使用密码进行加密和解密
SSL/TLS 客户端和服务器测试
S/MIME 签名或加密邮件的处理
时间戳请求、生成和验证
加密例程的性能测试
更多信息请参阅免费的 OpenSSL Cookbook。
生成证书
OpenSSL 支持生成证书，可提交 CA 验证，也可以自行使用。具体而言：
需要 CA 签署的证书签名请求
执行 openssl 搭配以下参数，可生成供 CA 签署的证书：
解释命令选项：
openssl req
生成证书签名请求（CSR，Certificate Signing Request）
-new
创建新的证书签名请求
-noenc
不为私钥设置密码，生成的私钥不会加密保护
-out req.pem
指定生成的证书签名请求文件的输出文件名，这里是 req.pem
-keyout cert.key
指定生成的私钥文件的输出路径，这里是 cert.key
-sha512
使用 SHA-512 哈希算法进行签名请求的哈希计算
-newkey rsa:4096
生成新的 RSA 密钥对，使用 4096 位的 RSA 加密算法。
输出应类似于以下内容：
上述命令生成的是证书签名请求（CSR），需提交给 CA 签署后方可获得证书。
该命令在当前目录创建了两个文件：
将证书请求文件 req.pem 递交至 CA，由 CA 验证凭据、签署后返回已签名证书；
另一文件 cert.key 为证书私钥，务必妥善保管。私钥一旦泄露，他人即可冒充用户或服务器。
自签名证书
如果无需 CA 签署，可自行创建自签名证书。
警告
以下命令将证书和私钥直接写入
/etc/ssl/系统目录。若该路径下已有证书文件，将被覆盖且无法恢复。请先备份现有证书。
执行以下命令生成 X.509 格式的自签名证书：
输出应类似于以下内容：
此命令将在目录 /etc/ssl/certs 下创建证书文件 cert.crt。
可执行如下命令进行验证：
证书私钥 cert.key 位于 /etc/ssl/ 目录：
验证私钥：
如果 SHA-256 值相同，则说明私钥与证书匹配。
建议将上述文件存放于 /etc/ssl/ 目录，使用 chmod 命令将权限设为 0700（仅 root 可读）。
配置 FIPS 提供者
OpenSSL 3 自 FreeBSD 14 起纳入基本系统，随之而来的还有全新的提供者模块（provider module）概念。
除内置默认提供者外，legacy 模块负责实现现已可选、已弃用的加密算法，fips 模块则严格限定于 FIPS 标准允许的密码算法集。
OpenSSL 的 FIPS 相关部分受到重点关注，附有已知安全问题列表，并定期接受 FIPS 140 验证流程审查。这些措施使用户得以确保满足 FIPS 合规要求。
fips_module 还受额外安全机制保护，未通过完整性检查则无法使用。本地系统管理员可按需配置此检查，继而允许每个 OpenSSL 3 用户加载该模块。如果配置不当，FIPS 模块报错如下：
输出应类似于以下内容：
可通过创建 /etc/ssl/fipsmodule.cnf 来配置完整性检查，并在 OpenSSL 主配置文件 /etc/ssl/openssl.cnf 中引用。
需要通过 Ports 参照 FIPS 已验证版本清单安装经过认证的 OpenSSL 版本。随后将 fips.so 库复制到对应位置。
警告
以下操作将 Ports 中的 OpenSSL 3.0 FIPS 模块复制到基本系统路径。Ports 的 OpenSSL 3.0 与基本系统的 OpenSSL 3.5 存在 ABI 差异，此操作可能导致兼容性问题。建议仅在明确需要 FIPS 认证的场景下执行，并注意版本匹配。
OpenSSL 提供了 openssl fipsinstall 辅助此过程。用法如下：
输出应类似于以下内容（版本号取决于 Ports 中安装的 OpenSSL 版本）：
接下来应修改 /etc/ssl/openssl.cnf，加入以下三项配置：
引入上面生成的 /etc/ssl/fipsmodule.cnf 文件，
导出 FIPS 模块以供调用，
并显式激活默认模块。
以上步骤完成后，即可确认 FIPS 模块确实可用且正常工作：
输出应类似于以下内容：
查看当前 OpenSSL 提供者状态：
以上输出中，default 提供者的版本号取决于系统使用的 OpenSSL 版本（基本系统或 Ports），FIPS 提供者的版本号取决于 Ports 中安装的 OpenSSL 版本。
FIPS 模块发生变动时（如系统更新后，或基本系统 OpenSSL 应用安全修复后），均需要重复上述过程。
课后习题
使用
openssl speed命令在本地 FreeBSD 系统上分别测试 AES-128-CBC、AES-256-GCM 和 ChaCha20-Poly1305 三种加密算法的吞吐量，分析结果差异的原因。用
openssl s_client -connect连接一个公网 HTTPS 站点，从输出中提取证书链、协议版本和协商的密码套件，绘制证书的信任链结构图。使用
openssl req -x509生成一个自签名证书，随后配置 FreeBSD 上的 Nginx 或 Apache 使用该证书提供 HTTPS 服务。
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