如何在 Python 中驗證/驗證 X509 證書信任鏈？

Question

我正在實現一個利用 API 的 Web 應用程序。 在響應期間，API 服務器通過 X509 證書（PEM 格式，由簽名證書和一個或多個指向根 CA 證書的中間證書組成）的鏈接發送我必須下載並使用該證書進行進一步驗證。

在使用證書之前，我需要確保鏈中的所有證書結合起來創建一個信任鏈到受信任的根 CA 證書（以檢測和避免任何惡意請求）。 我在 python 中很難做到這一點，而且我對該主題的研究沒有產生任何有用的東西。

使用請求和 M2Crypto 可以輕松獲取和加載證書

import requests
from M2Crypto import RSA, X509

mypem = requests.get('https://server.com/my_certificate.pem')   
cert = X509.load_cert_string(str(mypem.text), X509.FORMAT_PEM)

但是，驗證證書鏈是一個問題。 我將證書寫入磁盤以通過子進程之類的方式使用諸如openssl類的命令行實用程序是不可行的，因此必須通過 python 完成。 我也沒有任何打開的連接，因此使用基於連接的驗證解決方案（如此答案/線程中提到的： https : //stackoverflow.com/a/1088224/4984533 ）也不起作用。

在關於這個問題的另一個線程（在https://stackoverflow.com/a/4427081 ）上，方丈解釋說 m2crypto 無法進行此驗證，並說他已經編寫了一個擴展以允許驗證（使用模塊m2ext ）但他的補丁似乎從來沒有工作，總是返回 false 即使我知道它是有效的：

from m2ext import SSL
ctx = SSL.Context()
ctx.load_verify_locations(capath='/etc/ssl/certs/') # I have run c_rehash in this directory to generate a list of cert files with signature based names
if not ctx.validate_certificate(cert): # always happens
    print('Invalid certificate!') 

在https://stackoverflow.com/a/9007764/4984533 的一個類似線程上也有這個答案，其中 John Matthews 聲稱編寫了一個可以做到這一點的補丁，但不幸的是，補丁鏈接現在已經死了——無論如何都在那里是對該線程的評論，指出該補丁不適用於 openssl 0.9.8e。

所有與在 python 中驗證證書信任鏈相關的答案似乎要么鏈接到死補丁，要么回到m2ext 。

是否有一種簡單、直接的方法來驗證我在 Python 中的證書信任鏈？

Answer 1

雖然 Avi Das 的響應對於使用單個葉證書驗證單個信任錨的微不足道的情況有效，但它信任中間證書。 這意味着在發送中間件以及客戶端證書的情況下，整個鏈都是可信的。

不要這樣做。 在 pyOpenSSL 的測試中發現的代碼有缺陷！

我在 Python 的 cryptography-dev 郵件列表（鏈接回這個答案）上找到了這個線程： https : //mail.python.org/pipermail/cryptography-dev/2016-August/000676.html

我們看到這段代碼沒有區分 root_cert 和中間證書。 如果我們查看文檔，add_cert 本身會添加一個受信任的證書（也許 add_trusted_cert 會是一個更好的名稱？）。

它包括為什么這是一個糟糕的想法的例子。 我再怎么強調都不為過：通過信任中間體來驗證您的鏈類似於根本不執行任何檢查。

---

說了這么多，你怎么驗證Python中的證書鏈？ 我發現的最佳替代方案是https://github.com/wbond/certvalidator ，它似乎可以完成這項工作。

還有一些有缺陷的替代方案：

• https://github.com/alex/x509-validator ，其中明確指出使用不安全。
• https://github.com/pyca/cryptography/issues/1660#issuecomment-75075319 ，它進行了某種檢查，但我不確定它是否按預期工作

這是一些受人尊敬的 Python 加密庫的當前狀態：

• https://github.com/pyca/pyopenssl/pull/473討論了在 pyopenssl 中合並鏈驗證的拉取請求，該請求尚未合並。
• https://github.com/pyca/cryptography/issues/2381是一個問題，要求提供與加密模塊類似的功能，但仍未解決

兩個線程此時似乎都過時了。

我知道這與問題的情況不符，但是：如果您在 TLS 套接字中使用證書驗證構建某些東西，只需使用 Python 中已有的模塊。 永遠不要重新發明輪子，尤其是在密碼學方面。 加密很難； 唯一容易的事情就是把它搞砸。

Answer 2

我查看了 pyopenssl 庫，發現它用於證書鏈驗證。 以下示例來自他們的測試，似乎可以執行您想要的操作，即驗證對受信任根證書的信任鏈。 以下是X509Store 和 X509StoreContext的相關文檔

from OpenSSL.crypto import load_certificate, load_privatekey
from OpenSSL.crypto import X509Store, X509StoreContext
from six import u, b, binary_type, PY3
root_cert_pem = b("""-----BEGIN CERTIFICATE-----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-----END CERTIFICATE-----
""")
intermediate_cert_pem = b("""-----BEGIN CERTIFICATE-----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9mAWS6FK2ca3xIh5kIupCXOFa0dPvlw/YUFT
-----END CERTIFICATE-----
""")
untrusted_cert_pem = b("""-----BEGIN CERTIFICATE-----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-----END CERTIFICATE-----
""")

root_cert = load_certificate(FILETYPE_PEM, root_cert_pem)
intermediate_cert = load_certificate(FILETYPE_PEM, intermediate_cert_pem)
untrusted_cert = load_certificate(FILETYPE_PEM, untrusted_cert_pem)
store = X509Store()
store.add_cert(root_cert)
store.add_cert(intermediate_cert)
store_ctx = X509StoreContext(store, untrusted_cert)
print(store_ctx.verify_certificate())

Answer 3

使用https://duo.com/labs/research/chain-of-fools上的優秀解釋來改編之前的解決方案（來自 avi_das），並在代碼中添加了一些注釋。 基本上，我們只需要在證書受信任（例如根證書）或被另一個證書（例如中間證書）驗證/信任時才將證書添加到存儲中。 您不能一次性將所有證書添加到存儲中，因為此時您需要使用存儲中的正確證書驗證鏈中的每個證書。 下面的代碼注釋不那么抽象。

import OpenSSL
from six import u, b, binary_type, PY3

root_cert_pem = b("""-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIC7TCCAlagAwIBAgIIPQzE4MbeufQwDQYJKoZIhvcNAQEFBQAwWDELMAkGA1UE
BhMCVVMxCzAJBgNVBAgTAklMMRAwDgYDVQQHEwdDaGljYWdvMRAwDgYDVQQKEwdU
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NThaGA8yMDE3MDYxMTEyMzY1OFowWDELMAkGA1UEBhMCVVMxCzAJBgNVBAgTAklM
MRAwDgYDVQQHEwdDaGljYWdvMRAwDgYDVQQKEwdUZXN0aW5nMRgwFgYDVQQDEw9U
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-----END CERTIFICATE-----
""")

# load certificates
root_cert = OpenSSL.crypto.load_certificate(OpenSSL.crypto.FILETYPE_PEM, root_cert_pem)
intermediate_cert = OpenSSL.crypto.load_certificate(OpenSSL.crypto.FILETYPE_PEM, intermediate_cert_pem)
untrusted_cert = OpenSSL.crypto.load_certificate(OpenSSL.crypto.FILETYPE_PEM, untrusted_cert_pem)

# Trust the root certificate
store = OpenSSL.crypto.X509Store()
store.add_cert(root_cert)

# only add intermediate if it can be verified by the root
store_ctx = OpenSSL.crypto.X509StoreContext(store, intermediate_cert)
print(store_ctx.verify_certificate())
store.add_cert(intermediate_cert)

# now that root and intermediate are trused, you can verify the end certificate using the store
store_ctx = OpenSSL.crypto.X509StoreContext(store, untrusted_cert)
print(store_ctx.verify_certificate())

Answer 4

Paul-Armand 和傻瓜鏈文章的精彩回答。 這對我有用。 注意：我需要適當地設置商店的驗證日期。

但是，我找到了一種避免將不受信任的證書添加為受信任的方法。 我檢查了pyopenssl代碼（ https://github.com/pyca/pyopenssl/blob/main/src/OpenSSL/crypto.py ），發現X509StoreContext上有一個“鏈”參數，所以我試着把中間證書在那里像這樣：

# .... paste Paul-Armand's example here ....

store = OpenSSL.crypto.X509Store()
store.add_cert(root_cert)

# Set time to reuse certs from Paul-Armand's example
validation_date = datetime.datetime.strptime("2016-01-01", "%Y-%m-%d")
store.set_time(validation_date)

# This is the change, added param [intermediate_cert]
store_ctx = OpenSSL.crypto.X509StoreContext(store, untrusted_cert, [intermediate_cert])

print("Untrusted chain example")
try:
    store_ctx.verify_certificate()
    print("Verify - OK")
except OpenSSL.crypto.X509StoreContextError:
    print("Verify failed - bad")

這一切都為我正確驗證，並且更接近我在命令行上使用 OpenSSL ( -untrusted intermediate.pem ) 使用的內容。 當然希望我在 2019 年 1 月找到 pyopenssl，這樣可以節省我多年使用“certvalidate”python 替代品的時間。 我重新訪問是因為我正在轉向 EdDSA25519 密鑰並且 certvalidate 不支持它們。