如何以編程方式為 WCF 服務創建自簽名證書？

Question

我有一個自托管 WCF 服務器作為本地系統帳戶下的 Windows 服務運行。 我正在嘗試在 c# 中以編程方式創建自簽名證書，以便與使用消息級別安全性的 net.tcp 端點一起使用。

我正在使用以下代碼，該代碼非常接近於如何使用 C# 創建自簽名證書中接受的答案？ 有一些小的改變試圖解決我的問題。

public static X509Certificate2 CreateSelfSignedCertificate(string subjectName, TimeSpan expirationLength)
{
    // create DN for subject and issuer
    var dn = new CX500DistinguishedName();
    dn.Encode("CN=" + subjectName, X500NameFlags.XCN_CERT_NAME_STR_NONE);

    CX509PrivateKey privateKey = new CX509PrivateKey();
    privateKey.ProviderName = "Microsoft Strong Cryptographic Provider";
    privateKey.Length = 1024;
    privateKey.KeySpec = X509KeySpec.XCN_AT_KEYEXCHANGE;
    privateKey.KeyUsage = X509PrivateKeyUsageFlags.XCN_NCRYPT_ALLOW_DECRYPT_FLAG | X509PrivateKeyUsageFlags.XCN_NCRYPT_ALLOW_KEY_AGREEMENT_FLAG;
    privateKey.MachineContext = true;
    privateKey.ExportPolicy = X509PrivateKeyExportFlags.XCN_NCRYPT_ALLOW_EXPORT_FLAG;
    privateKey.Create();

    // Use the stronger SHA512 hashing algorithm
    var hashobj = new CObjectId();
    hashobj.InitializeFromAlgorithmName(ObjectIdGroupId.XCN_CRYPT_HASH_ALG_OID_GROUP_ID,
        ObjectIdPublicKeyFlags.XCN_CRYPT_OID_INFO_PUBKEY_ANY,
        AlgorithmFlags.AlgorithmFlagsNone, "SHA1");

    // Create the self signing request
    var cert = new CX509CertificateRequestCertificate();
    cert.InitializeFromPrivateKey(X509CertificateEnrollmentContext.ContextMachine, privateKey, "");
    cert.Subject = dn;
    cert.Issuer = dn; // the issuer and the subject are the same
    cert.NotBefore = DateTime.Now.Date;
    // this cert expires immediately. Change to whatever makes sense for you
    cert.NotAfter = cert.NotBefore + expirationLength;
    //cert.X509Extensions.Add((CX509Extension)eku); // add the EKU
    cert.HashAlgorithm = hashobj; // Specify the hashing algorithm
    cert.Encode(); // encode the certificate

    // Do the final enrollment process
    var enroll = new CX509Enrollment();
    enroll.InitializeFromRequest(cert); // load the certificate
    enroll.CertificateFriendlyName = subjectName; // Optional: add a friendly name
    string csr = enroll.CreateRequest(); // Output the request in base64
    // and install it back as the response
    enroll.InstallResponse(InstallResponseRestrictionFlags.AllowUntrustedCertificate,
        csr, EncodingType.XCN_CRYPT_STRING_BASE64, ""); // no password
    // output a base64 encoded PKCS#12 so we can import it back to the .Net security classes
    var base64encoded = enroll.CreatePFX("", // no password, this is for internal consumption
        PFXExportOptions.PFXExportChainWithRoot);

    // instantiate the target class with the PKCS#12 data (and the empty password)
    return new System.Security.Cryptography.X509Certificates.X509Certificate2(
        System.Convert.FromBase64String(base64encoded), "",
        // mark the private key as exportable (this is usually what you want to do)
        // mark private key to go into the Machine store instead of the current users store
        X509KeyStorageFlags.Exportable | X509KeyStorageFlags.MachineKeySet
    );
}

我用這個代碼存儲它：

X509Store store = new X509Store(storeName, StoreLocation.LocalMachine);
store.Open(OpenFlags.ReadWrite);
store.Add(newCert);
store.Close();

這將創建證書並將其放入 LocalMachine 證書存儲區。 問題是，當我嘗試啟動 WCF 服務時，出現以下異常：

證書“CN=myCertificate”可能沒有能夠進行密鑰交換的私鑰，或者進程可能沒有私鑰的訪問權限。 詳情請參閱內部異常。 內部異常：密鑰集不存在

我的證書的 FindPrivateKey 示例 ( http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa717039%28v=vs.100%29.aspx ) 的輸出是：

Private key directory:
C:\ProgramData\Microsoft\Crypto\RSA\MachineKeys
Private key file name:
f0d47c7826b8ef5148b6d412f1c40024_4a8a026f-58e4-40f7-b779-3ae9b6aae1a7

我可以在資源管理器中看到這個 1.43KB 的文件。 如果我查看屬性|安全性，我會看到 SYSTEM 和 Administrators 都具有完全控制權。

在研究這個錯誤時，我看到了很多關於私鑰丟失或權限不正確的答案。 我看不出是什么問題。

真正奇怪的是，如果我使用 mmc 證書插件，轉到證書並選擇所有任務|管理私鑰...我看到相同的安全設置。 查看此內容后，即使我只是打開對話框並點擊取消按鈕，證書現在也可以在 WCF 中正常工作。 我可以簡單地重新啟動服務，一切運行完美。

如果我使用 MakeCert 創建證書，它從一開始就可以正常工作。 我不知道它的作用有什么不同。

另一條可能不相關的信息是，證書不僅會放在我告訴它放在的“我的商店”中，而且還會放在“中間證書頒發機構”商店中。 我不知道為什么或者這是否重要。

所以......任何想法我做錯了什么？

更新：嗯，這不僅僅是 WCF 問題。 當我嘗試使用證書綁定到帶有 http.sys 的端點時，我基本上遇到了同樣的問題，使用HttpSetServiceConfiguration 。 該方法返回 1312 -“指定的登錄會話不存在。它可能已被終止”。 這實際上並不是真正的錯誤。 我在安全事件日志中看到了一個審計失敗，它說：

Cryptographic Parameters:
    Provider Name:  Microsoft Software Key Storage Provider
    Algorithm Name: Not Available.
    Key Name:   {A23712D0-9A7B-4377-89DB-B1B39E3DA8B5}
    Key Type:   Machine key.

Cryptographic Operation:
    Operation:  Open Key.
    Return Code:    0x80090011

0x80090011 是找不到對象。 所以這似乎是同樣的問題。 同樣，在我打開證書的“管理私鑰”對話框后，這也完美無缺。

我仍在尋找問題的原因。

更新#2：我能夠使用下面接受的答案來完成這項工作。 有趣的是，這段代碼現在似乎沒有調用 X509Store 代碼就將證書放在 Machine 存儲中。 我仍然調用代碼，因為我不確定並且它不會傷害任何東西。 這是我用來創建證書的最終代碼。

    static public X509Certificate2 CreateSelfSignedCertificate(string subjectName, TimeSpan expirationLength)
    {
        // create DN for subject and issuer
        var dn = new CX500DistinguishedName();
        dn.Encode("CN=" + subjectName, X500NameFlags.XCN_CERT_NAME_STR_NONE);

        CX509PrivateKey privateKey = new CX509PrivateKey();
        privateKey.ProviderName = "Microsoft Strong Cryptographic Provider";
        privateKey.Length = 2048;
        privateKey.KeySpec = X509KeySpec.XCN_AT_KEYEXCHANGE;
        privateKey.KeyUsage = X509PrivateKeyUsageFlags.XCN_NCRYPT_ALLOW_DECRYPT_FLAG | X509PrivateKeyUsageFlags.XCN_NCRYPT_ALLOW_KEY_AGREEMENT_FLAG;
        privateKey.MachineContext = true;
        privateKey.ExportPolicy = X509PrivateKeyExportFlags.XCN_NCRYPT_ALLOW_PLAINTEXT_EXPORT_FLAG;
        privateKey.Create();

        // Use the stronger SHA512 hashing algorithm
        var hashobj = new CObjectId();
        hashobj.InitializeFromAlgorithmName(ObjectIdGroupId.XCN_CRYPT_HASH_ALG_OID_GROUP_ID,
            ObjectIdPublicKeyFlags.XCN_CRYPT_OID_INFO_PUBKEY_ANY,
            AlgorithmFlags.AlgorithmFlagsNone, "SHA512");

        // Create the self signing request
        var cert = new CX509CertificateRequestCertificate();
        cert.InitializeFromPrivateKey(X509CertificateEnrollmentContext.ContextMachine, privateKey, "");
        cert.Subject = dn;
        cert.Issuer = dn; // the issuer and the subject are the same
        cert.NotBefore = DateTime.Now.Date;
        // this cert expires immediately. Change to whatever makes sense for you
        cert.NotAfter = cert.NotBefore + expirationLength;
        cert.HashAlgorithm = hashobj; // Specify the hashing algorithm
        cert.Encode(); // encode the certificate

        // Do the final enrollment process
        var enroll = new CX509Enrollment();
        enroll.InitializeFromRequest(cert); // load the certificate
        enroll.CertificateFriendlyName = subjectName; // Optional: add a friendly name
        string csr = enroll.CreateRequest(); // Output the request in base64
        // and install it back as the response
        enroll.InstallResponse(InstallResponseRestrictionFlags.AllowUntrustedCertificate,
            csr, EncodingType.XCN_CRYPT_STRING_BASE64, ""); // no password
        // output a base64 encoded PKCS#12 so we can import it back to the .Net security classes
        var base64encoded = enroll.CreatePFX("", // no password, this is for internal consumption
            PFXExportOptions.PFXExportChainWithRoot);

        // instantiate the target class with the PKCS#12 data (and the empty password)
        return new System.Security.Cryptography.X509Certificates.X509Certificate2(
            System.Convert.FromBase64String(base64encoded), "",
            // mark the private key as exportable (this is usually what you want to do)
            // mark private key to go into the Machine store instead of the current users store
            X509KeyStorageFlags.Exportable | X509KeyStorageFlags.MachineKeySet | X509KeyStorageFlags.PersistKeySet
        );
    }

Answer 1

我無法完成這項工作，但我找到了替代解決方案。 （2014 年 12 月更新：我現在已經使用接受的答案讓它工作了。）

我能夠使用PluralSight.Crypto 庫來實現我所需要的。 我不得不稍微修改源代碼以獲取要存儲在 LocalMachine 存儲中的私鑰。 我所做的更改是對文件 CryptContext.cs 進行的。 我更改了 CreateSelfSignedCertificate 方法。 以下是一段代碼，包括我所做的更改。 本質上，如果 CryptContext 對象在其標志中包含此值，我將 CryptKeyProviderInformation 結構的標志成員設置為 0x20 (CRYPT_MACHINE_KEYSET)。

        byte[] asnName = properties.Name.RawData;
        GCHandle asnNameHandle = GCHandle.Alloc(asnName, GCHandleType.Pinned);

        int flags = 0;                    // New code
        if ((this.Flags & 0x20) == 0x20)  // New code
            flags = 0x20;                 // New code

        var kpi = new Win32Native.CryptKeyProviderInformation
        {
            ContainerName = this.ContainerName,
            KeySpec = (int)KeyType.Exchange,
            ProviderType = 1, // default RSA Full provider
            Flags = flags                 // New code
        };

然后我在自己的代碼中使用該函數，如下所示：

        using (Pluralsight.Crypto.CryptContext ctx = new Pluralsight.Crypto.CryptContext()) {

            ctx.Flags = 0x8 | 0x20;
            ctx.Open();

            X509Certificate2 cert = ctx.CreateSelfSignedCertificate(
                new Pluralsight.Crypto.SelfSignedCertProperties
                {
                    IsPrivateKeyExportable = true,
                    KeyBitLength = 4096,
                    Name = new X500DistinguishedName("CN=" + subjectName),
                    ValidFrom = DateTime.Today,
                    ValidTo = DateTime.Today + expirationLength,
                });

            return cert;
        }

請注意，我將 CryptContext 對象的標志設置為 0x8 | 0x20 (CRYPT_NEWKEYSET | CRYPT_MACHINE_KEYSET)。

我希望我能弄清楚我原來的解決方案有什么問題。 但是我需要一些東西來工作，在我的測試中，這個解決方案可以滿足我的需求。 我希望它可以幫助其他人。

Answer 2

我在 PowerShell 中使用等效代碼時遇到了同樣的問題。 似乎有時私鑰會消失。 我使用了 Process Monitor，您可以看到正在刪除的密鑰文件。

我解決這個問題的方法是將X509KeyStorageFlags.PersistKeySet添加到 X509Certificate2 構造函數。

Answer 3

您還可以在 CodePlex ( https://clrsecurity.codeplex.com/ ) 上使用 CLR 安全庫。 這是創建自簽名證書並使用 SSLStream 對其進行測試的示例代碼。

        var machineName = Environment.MachineName;
        var keyCreationParameters = new CngKeyCreationParameters();
        keyCreationParameters.KeyUsage = CngKeyUsages.AllUsages;
        keyCreationParameters.KeyCreationOptions = CngKeyCreationOptions.OverwriteExistingKey;
        keyCreationParameters.Parameters.Add(new CngProperty("Length", BitConverter.GetBytes(4096), CngPropertyOptions.None));
        var cngKey = CngKey.Create(CngAlgorithm2.Rsa, "Test", keyCreationParameters);

        var x500DistinguishedName = new X500DistinguishedName("CN=" + machineName);
        x500DistinguishedName.Oid.Value = "1.3.6.1.5.5.7.3.1";
        var certificateCreationParameters = new X509CertificateCreationParameters(x500DistinguishedName);
        certificateCreationParameters.SignatureAlgorithm = X509CertificateSignatureAlgorithm.RsaSha512;
        certificateCreationParameters.TakeOwnershipOfKey = true;
        certificateCreationParameters.CertificateCreationOptions = X509CertificateCreationOptions.None;
        certificateCreationParameters.EndTime = new DateTime(9999, 12,31, 23, 59, 59, 999, DateTimeKind.Utc);
        var certificate = cngKey.CreateSelfSignedCertificate(certificateCreationParameters);

        var certificateStore = new X509Store(StoreName.Root, StoreLocation.CurrentUser);
        certificateStore.Open(OpenFlags.ReadWrite);
        certificateStore.Add(certificate);
        certificateStore.Close();


        var tcpListener = TcpListener.Create(6666);
        tcpListener.Start();
        var client = new TcpClient("localhost", 6666);
        var acceptedClient = tcpListener.AcceptTcpClient();
        var acceptedClinetSslStream = new SslStream(
            acceptedClient.GetStream(), false);
        var serverAuthTask = acceptedClinetSslStream.AuthenticateAsServerAsync(certificate,
                            false, SslProtocols.Tls, true);

        SslStream clientSslStream = new SslStream(
            client.GetStream(),
            false,
            delegate(object o, X509Certificate x509Certificate, X509Chain chain, SslPolicyErrors errors)
                {
                    if (errors == SslPolicyErrors.None)
                        return true;

                    Console.WriteLine("Certificate error: {0}", errors);

                    // Do not allow this client to communicate with unauthenticated servers. 
                    return false;
                },
            null);
        var clientAuthTask = clientSslStream.AuthenticateAsClientAsync(machineName);

        Task.WaitAll(serverAuthTask, clientAuthTask);

Answer 4

@Paul，我找不到X509CertificateCreationParameters的庫。 猜猜哪里有嗎？