ネットワーク検証用簡易 HTTPS サーバの構築手順【CentOS 8】

作業環境

CentOS 8
OpenSSL 1.1.1g
httpd-2.4.37-39
mod_ssl-2.4.37-39

ネットワーク検証における HTTPS サーバの必要性

構築対象ネットワークにおいて HTTPS サーバが存在し、ネットワーク機器を介してその HTTPS サーバとクライアント間で SSL/TLS 通信をするような場合、ネットワーク検証段階で SSL/TLS 通信についても検証を行う必要が発生します。

SSL/TLS 通信を検証するためには、検証環境に検証用の HTTPS サーバが必要となります。

以下では検証で使用するための簡易な HTTPS サーバの構築方法について記載します。

なお、 SSL/TLS 通信のためにはサーバ証明書が必要となるため、サーバ証明書を作成するための認証局（CA）の構築方法についても記載します。

手順概要

以下の手順で作業します。

ルート認証局（ルート CA）の構築
- サーバ証明書作成用の秘密鍵及び CA 証明書を作成
HTTPS サーバの構築
- Apache 及び SSL モジュールのインストール
- HTTPS サーバの証明書の作成
- SSL モジュールの設定

なお、ルート CA と HTTPS サーバは別々の CentOS マシンとして構築します。

HTTPS サーバ証明書については、自己署名証明書（いわゆる「オレオレ証明書」）でも良いのですが、ここでは経験のために別途 CA を構築して証明書を作成することにします。

ルート認証局（ルート CA）の構築

OpenSSL のインストール

OpenSSL がインストールされていない場合はインストールします。

dnf -y install openssl

ディレクトリ作成と OpenSSL 設定ファイル作成

ここでは作業ディレクトリは /opt/pki とし、各ディレクトリを作成します。

mkdir /opt/pki
mkdir /opt/pki/config
mkdir /opt/pki/RootCA

OpenSSL 設定ファイル /opt/pki/config/openssl_sign.cnf を作成します。

vi /opt/pki/config/openssl_sign.cnf

設定ファイルの内容は以下の通りとします。

[ ca ]
default_ca      = CA_default

[ CA_default ]
dir             = ./
certs           = $dir/certs
crl_dir         = $dir/crl
database        = $dir/index.txt
new_certs_dir   = $dir/newcerts
serial          = $dir/serial
crlnumber       = $dir/crlnumber
crl             = $dir/crl.pem
RANDFILE        = $dir/.rand

name_opt        = ca_default
cert_opt        = ca_default

default_days    = 365
default_crl_days= 30
default_bits    = 2048
default_md      = sha256
preserve        = no
policy          = policy_match

[ policy_match ]
countryName             = match
stateOrProvinceName     = match
organizationName        = match
organizationalUnitName  = optional
commonName              = supplied
emailAddress            = optional

[ v3_ca ]
subjectKeyIdentifier=hash
authorityKeyIdentifier=keyid:always,issuer
basicConstraints=CA:true
keyUsage = cRLSign,keyCertSign

[ v3_server ]
subjectKeyIdentifier=hash
authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth
crlDistributionPoints = URI:http://192.168.0.254/crl/example.net.crl

[ v3_client ]
subjectKeyIdentifier=hash
authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = clientAuth
crlDistributionPoints = URI:http://192.168.0.254/crl/example.net.crl

秘密鍵の生成

作業ディレクトリは /opt/pki/RootCA です。

まず以下の通り /opt/pki/RootCA フォルダ内で環境を整えます。

cd /opt/pki/RootCA
mkdir newcerts
echo "01" > serial
echo "00" > crlnumber
touch index.txt

次に以下コマンド構文でルート CA の秘密鍵を作成します。

openssl genrsa \
 -out "秘密鍵ファイル名" \
 -aes256 \
 -passout pass:"鍵の暗号化パスワード" \
 "鍵長"

ここでは以下の通りとします。

# openssl genrsa \
>  -out RootCA_key.pem \
>  -aes256 \
>  -passout pass:rootCaKeyPass \
>  2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus (2 primes)
...............................+++++
..............................+++++
e is 65537 (0x010001)

RootCA_key.pem という秘密鍵ファイルが作成されました。

ls -l
合計 12
-rw-------. 1 root root 1766 10月 16 11:08 RootCA_key.pem
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:01 crlnumber
-rw-r--r--. 1 root root    0 10月 16 11:01 index.txt
drwxr-xr-x. 2 root root    6 10月 16 11:01 newcerts
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:01 serial

証明書署名要求（CSR）の作成

上で作成した秘密鍵を使用して CSR を作成します。

作業ディレクトリは /opt/pki/RootCA です。

以下コマンド構文で CSR を作成します。

openssl req -new -out "CSRファイル名" -key "秘密鍵ファイル名" -passin pass:"秘密鍵パスワード"

ここでは以下の通りとします。この時、証明書情報の入力を対話的に行います。

# openssl req -new -out RootCA_csr.pem -key RootCA_key.pem -passin pass:rootCaKeyPass

You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [XX]:JP
State or Province Name (full name) []:Tokyo
Locality Name (eg, city) [Default City]:City
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:Company
Organizational Unit Name (eg, section) []:Section
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:CentOS8-CA
Email Address []:email@test.ca

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

RootCA_csr.pem という CSR ファイルが作成されました。

ls -l
合計 16
-rw-r--r--. 1 root root 1041 10月 16 11:31 RootCA_csr.pem
-rw-------. 1 root root 1766 10月 16 11:08 RootCA_key.pem
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:01 crlnumber
-rw-r--r--. 1 root root    0 10月 16 11:01 index.txt
drwxr-xr-x. 2 root root    6 10月 16 11:01 newcerts
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:01 serial

証明書の作成

ルート CA 証明書は、CSR に対して自身の秘密鍵で署名する自己署名の形を取ります。

証明書作成コマンドの構文は以下の通りです。

openssl ca -config "設定ファイルパス"  -batch -extensions v3_ca \
 -out "証明書ファイル名" \
 -in "CSRファイル名" \
 -selfsign \
 -keyfile "秘密鍵ファイル名" \
 -passin pass:"秘密鍵のパスワード"

※設定ファイルとは手順の最初の方で作成していたファイルのことです

ここでは以下の通りとします。

# openssl ca -config ../config/openssl_sign.cnf  -batch -extensions v3_ca \
>  -out RootCA_crt.pem \
>  -in RootCA_csr.pem \
>  -selfsign \
>  -keyfile RootCA_key.pem \
>  -passin pass:rootCaKeyPass
Using configuration from ../config/openssl_sign.cnf
Check that the request matches the signature
Signature ok
Certificate Details:
        Serial Number: 1 (0x1)
        Validity
            Not Before: Oct 16 02:35:42 2021 GMT
            Not After : Oct 16 02:35:42 2022 GMT
        Subject:
            countryName               = JP
            stateOrProvinceName       = Tokyo
            organizationName          = Company
            organizationalUnitName    = Section
            commonName                = CentOS8-CA
            emailAddress              = email@test.ca
        X509v3 extensions:
            X509v3 Subject Key Identifier:
                8E:FC:02:FC:A7:5B:8D:C6:B6:5D:92:9E:F8:8C:87:1B:2B:4B:9B:D2
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:8E:FC:02:FC:A7:5B:8D:C6:B6:5D:92:9E:F8:8C:87:1B:2B:4B:9B:D2

            X509v3 Basic Constraints:
                CA:TRUE
            X509v3 Key Usage:
                Certificate Sign, CRL Sign
Certificate is to be certified until Oct 16 02:35:42 2022 GMT (365 days)

Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

RootCA_crt.pem という証明書ファイルが作成されました。

ls -l
合計 36
-rw-r--r--. 1 root root 4521 10月 16 11:35 RootCA_crt.pem
-rw-r--r--. 1 root root 1041 10月 16 11:31 RootCA_csr.pem
-rw-------. 1 root root 1766 10月 16 11:08 RootCA_key.pem
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:01 crlnumber
-rw-r--r--. 1 root root  105 10月 16 11:35 index.txt
-rw-r--r--. 1 root root   21 10月 16 11:35 index.txt.attr
-rw-r--r--. 1 root root    0 10月 16 11:01 index.txt.old
drwxr-xr-x. 2 root root   20 10月 16 11:35 newcerts
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:35 serial
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 11:01 serial.old

以上でルート CA の構築は完了です。

ルート CA の秘密鍵及びルート CA 証明書は HTTPS サーバ証明書の作成に使用します。またルート CA 証明書は SSL/TLS クライアントにインストールして使用します。

HTTPS サーバの構築

必要パッケージのインストール

Apache と SSL モジュールが必要なため以下コマンドでインストールします。また、OpenSSL も必要なためインストールします。

dnf -y install httpd mod_ssl openssl

HTTPS サーバ証明書の作成

作業ディレクトリは /opt/pki とします。

mkdir /opt/pki
cd /opt/pki

秘密鍵の作成

CSR 作成用の（HTTPS サーバの）秘密鍵を作成します。

openssl genrsa > "秘密鍵ファイル名"

ここでは以下の通り作成します。

# openssl genrsa > server.key
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus (2 primes)
.......+++++
............................................................................................+++++
e is 65537 (0x010001)

証明書署名要求（CSR）の作成

以下コマンドで CSR を作成します。

openssl req -new -key "秘密鍵ファイル名" > "CSRファイル名"

ここでは以下の通り作成します。このとき証明書情報を対話的に入力します。

# openssl req -new -key server.key > server.csr
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [XX]:JP
State or Province Name (full name) []:Tokyo
Locality Name (eg, city) [Default City]:City
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:Company
Organizational Unit Name (eg, section) []:Section
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:CentOS8-HTTPS
Email Address []:hoge@piyo

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

サーバの秘密鍵と CSR が作成できました。

# ls -l
合計 8
-rw-r--r--. 1 root root 1041 10月 16 16:06 server.csr
-rw-r--r--. 1 root root 1679 10月 16 16:05 server.key

作成した CSR を CA に転送します。

証明書の作成（CA で実施）

証明書の作成は CA で行います。

上で作成した CSR に対してルート CA の秘密鍵で署名して証明書を作成します。

準備：OpenSSL 設定ファイルの編集

Chrome などのブラウザで HTTPS サーバにアクセスする場合、Subject Alternative Names（SAN）をサーバ証明書に含めないと、アクセス時に警告画面が表示されます。
（エラー内容：NET::ERR_CERT_COMMON_NAME_INVALID）

そこで、SAN をサーバ証明書に含めるために OpenSSL の設定ファイル openssl_sign.cnf を編集します。

具体的には [ v3_server ] セクション内のディレクティブとして以下を追加します。

subjectAltName = DNS:"HTTPSサーバホスト名", IP:"HTTPSサーバIPアドレス"

例では以下内容を追加しました。

subjectAltName = DNS:CentOS8-HTTPS, IP:192.168.75.134

サーバ証明書の作成

以下コマンド構文で作成します。

openssl ca -config "設定ファイルパス"  -batch -extensions v3_server \
 -out "出力証明書ファイル名" \
 -in "CSRファイル名" \
 -cert "CA証明書ファイル名" \
 -keyfile "CA秘密鍵ファイル名" \
 -passin pass:"CA秘密鍵パスワード"

-extensions の値が v3_server になっていることに注意してください。

ここでは以下の通り作成します。

# openssl ca -config ../config/openssl_sign.cnf  -batch -extensions v3_server \
>  -out server.crt \
>  -in server.csr \
>  -cert RootCA_crt.pem \
>  -keyfile RootCA_key.pem \
>  -passin pass:rootCaKeyPass
Using configuration from openssl_sign.cnf
Check that the request matches the signature
Signature ok
Certificate Details:
        Serial Number: 4 (0x4)
        Validity
            Not Before: Oct 16 09:07:51 2021 GMT
            Not After : Oct 16 09:07:51 2022 GMT
        Subject:
            countryName               = JP
            stateOrProvinceName       = Tokyo
            organizationName          = Company
            organizationalUnitName    = Section
            commonName                = 192.168.75.134
            emailAddress              = hoge@piyo
        X509v3 extensions:
            X509v3 Subject Key Identifier:
                83:05:7E:9E:34:96:9E:54:2F:84:E7:F2:29:DB:0D:C6:3A:EA:FB:F2
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:1A:F4:66:DC:B3:5B:B0:68:69:D1:81:67:C1:23:32:23:25:C9:C8:F0

            X509v3 Basic Constraints:
                CA:FALSE
            X509v3 Key Usage:
                Digital Signature, Non Repudiation, Key Encipherment
            X509v3 Extended Key Usage:
                TLS Web Server Authentication
            X509v3 CRL Distribution Points:

                Full Name:
                  URI:http://192.168.0.254/crl/example.net.crl

            X509v3 Subject Alternative Name:
                DNS:CentOS8-HTTPS, IP Address:192.168.75.134
Certificate is to be certified until Oct 16 09:07:51 2022 GMT (365 days)

Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

server.crt という証明書ファイルが作成されました。

# ls -l
合計 56
-rw-r--r--. 1 root root 4500 10月 16 16:13 RootCA_crt.pem
-rw-r--r--. 1 root root 1037 10月 16 16:12 RootCA_csr.pem
-rw-------. 1 root root 1766 10月 16 16:12 RootCA_key.pem
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 16:11 crlnumber
-rw-r--r--. 1 root root  205 10月 16 16:19 index.txt
-rw-r--r--. 1 root root   21 10月 16 16:19 index.txt.attr
-rw-r--r--. 1 root root   21 10月 16 16:13 index.txt.attr.old
-rw-r--r--. 1 root root  101 10月 16 16:13 index.txt.old
drwxr-xr-x. 2 root root   34 10月 16 16:19 newcerts
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 16:19 serial
-rw-r--r--. 1 root root    3 10月 16 16:13 serial.old
-rw-r--r--. 1 root root 4507 10月 16 16:19 server.crt
-rw-r--r--. 1 root root 1041 10月 16 16:19 server.csr

証明書内容の確認

以下コマンドで証明書の内容を確認できます。

openssl x509 -in "証明書ファイル名" -text -noout

# openssl x509 -in server.crt -text -noout
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number: 4 (0x4)
        Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C = JP, ST = Tokyo, O = Company, OU = Section, CN = CentOS8-CA, emailAddress = hoge@piyo
        Validity
            Not Before: Oct 16 09:07:51 2021 GMT
            Not After : Oct 16 09:07:51 2022 GMT
        Subject: C = JP, ST = Tokyo, O = Company, OU = Section, CN = 192.168.75.134, emailAddress = hoge@piyo
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                RSA Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
                    ...
                Exponent: 65537 (0x10001)
        X509v3 extensions:
            X509v3 Subject Key Identifier:
                83:05:7E:9E:34:96:9E:54:2F:84:E7:F2:29:DB:0D:C6:3A:EA:FB:F2
            X509v3 Authority Key Identifier:
                keyid:1A:F4:66:DC:B3:5B:B0:68:69:D1:81:67:C1:23:32:23:25:C9:C8:F0

            X509v3 Basic Constraints:
                CA:FALSE
            X509v3 Key Usage:
                Digital Signature, Non Repudiation, Key Encipherment
            X509v3 Extended Key Usage:
                TLS Web Server Authentication
            X509v3 CRL Distribution Points:

                Full Name:
                  URI:http://192.168.0.254/crl/example.net.crl

            X509v3 Subject Alternative Name:
                DNS:CentOS8-HTTPS, IP Address:192.168.75.134
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         ...

作成されたサーバ証明書は HTTPS サーバに転送して使用します。

秘密鍵と証明書の格納

秘密鍵（CSR 作成時に使用したもの）と証明書の格納先ディレクトリを作成し、それぞれ格納します。

保存ディレクトリは任意ですがここでは以下の通りとします。

mkdir /etc/httpd/conf/ssl.crt
mkdir /etc/httpd/conf/ssl.key

cp server.crt /etc/httpd/conf/ssl.crt/
cp server.key /etc/httpd/conf/ssl.key/

SSL モジュールの設定

設定ファイルは /etc/httpd/conf.d/ssl.conf です。

vi /etc/httpd/conf.d/ssl.conf

SSLCertificateFile と SSLCertificateKeyFile を探してください。

SSLCertificateFile
- サーバ証明書のパスを指定
SSLCertificateKeyFile
- HTTPS サーバの秘密鍵のパスを指定

デフォルトの設定はコメントアウトしておき、以下の通り設定を追加します。

#SSLCertificateFile /etc/pki/tls/certs/localhost.crt
SSLCertificateFile /etc/httpd/conf/ssl.crt/server.crt

#SSLCertificateKeyFile /etc/pki/tls/private/localhost.key
SSLCertificateKeyFile /etc/httpd/conf/ssl.key/server.key

Apache の起動

httpd サービスを起動させます。

systemctl start httpd
#起動済みだった場合は restart
systemctl restart httpd

サービスの自動起動設定もしておきます。

systemctl enable httpd

HTTPS サーバへアクセス

構築した HTTPS サーバにネットワーク接続できるクライアントからブラウザで

https://IPアドレス

へアクセスします。

なお、クライアントへはあらかじめルート CA 証明書をインストールしておきます。

ブラウザの警告表示が無く、以下のような画面が表示されることを確認します。

参考資料

OpenSSLでプライベート認証局の構築（ルートCA、中間CA） - Qiita

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