OpenSSL-Compatibility-Layer

OpenSSL-Compatible-Layer 是 GmSSL 项目下的一个子项目，提供一个将 GmSSL 接口封装为 OpenSSL 兼容接口的层。该项目旨在为需要使用 GmSSL 加密功能但构建于 OpenSSL 之上的应用程序提供无缝集成，可以将基于OpenSSL的程序，在无需修改代码的情况下迁移至GmSSL，并自动调用GmSSL中的国密算法。

兼容性

下面是经过测试的兼容应用（及版本号），操作系统包括Ubuntu Server 22.04 LTS, CentOS 7.9, macOS 14.5

• Nginx-1.16.1
• Nginx-1.18.0
• Nginx-1.20.2
• Nginx-1.22.1
• Nginx-1.24.0
• Nginx-1.25.3

编译和安装

本项目依赖GmSSL主项目，需要首先安装GmSSL。

OpenSSL-Compatible-Layer需要预先安装CMake和GCC编译工具链。下载 OpenSSL-Compatible-Layer 源代码并解压，进入源代码目录，执行

mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

在安装完成后，会在/usr/local/include目录下创建openssl目录并安装OpenSSL同名的头文件，并且在/usr/local/lib目录下安装libcrypto和libssl两个和OpenSSL同名的库文件。

和Nginx集成

编译安装Nginx

首先应该确保GmSSL和OpenSSL-Compatible-Layer已经安装，并且保证默认的系统路径中的头文件和库文件的确来自OpenSSL-Compatible-Layer。如果默认系统路径是/usr/local，那么检查/usr/local/include/openssl/opensslv.h是否为OCL的版本，以及检查/usr/local/lib/libcrypto.so是否依赖libgmssl。

进入Nginx源码目录，执行

./configure --with-http_ssl_module --with-debug --without-http_rewrite_module

注意，必须通过--with-http_ssl_module显式指定编译SSL模块。--with-debug是可选的，可以方便出现问题后查看打印的错误信息。如果系统默认没有安装PCRE，可以设置--without-http_rewrite_module避免配置错误。

配置完成后，编译并安装

make
sudo make install

Nginx的二进制程序、配置文件、日志文件等默认均安装在/usr/loca/nginx目录下，可以执行sudo /usr/local/nginx/bin/nginx来启动Nginx。在默认情况下Nginx并没有启用SSL功能，需要修改配置文件，并提供SSL需要的证书、密钥文件。

修改Nginx配置文件

修改Nginx的配置文件/usr/local/nginx/conf/nginx.conf，启用SSL

server {
	listen       4443 ssl;
	server_name  localhost;

	ssl_certificate      /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_certs.pem;
	ssl_certificate_key  /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_keys.pem;
	ssl_password_file    /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_password.txt;
	ssl_ecdh_curve       sm2p256v1;

	location / {
		root   html;
		index  index.html index.htm;
	}
}

其中server_tlcp_certs.pem是一个完整的服务器证书链，server_tlcp_keys.pem相对特殊，这里有两个PEM格式的私钥，分别是签名私钥和加密私钥，这两个私钥需要用相同的加密口令，并且口令存储在server_password.txt中。

生成服务器TLCP证书

TLCP服务器的完整证书链是由服务器终端签名证书、服务器终端加密证书、中间CA证书以及根CA证书构成，在一个标准的证书链PEM文件中，其中的PEM数据是依次按照终端签名证书、终端加密证书、一个或多个中间CA证书的顺序前后排列的。终端签名证书和终端加密证书应该有完全相同的Subject名字，并且通过KeyUsage等属性进行区别。在TLCP协议中，服务器向客户端提供的证书链中不应包含最后的根CA证书。两个终端证书都是由同一个中间CA证书签名的，中间CA证书按顺序排列，前一个中间CA证书由后一个中间CA证书签名。最后一个中间CA证书应该由根CA证书签名。

下面的例子生成一个TLCP服务器证书链，这个证书链由服务器终端签名证书、服务器终端加密证书、一个中间CA证书和一个不存储在证书链中的根CA证书构成。按证书链相反的顺序生成。

首先，生成根CA证书的私钥，以及自签名的根CA证书。

$ gmssl sm2keygen -pass P@ssw0rd -out rootcakey.pem
$ gmssl certgen -C CN -ST Beijing -L Haidian -O PKU -OU CS -CN ROOTCA -days 3650 -key rootcakey.pem -pass P@ssw0rd -out rootcacert.pem -key_usage keyCertSign -key_usage cRLSign -ca

第二步，生成中间CA的私钥和证书请求文件(REQ)，然后用根CA证书私钥对中间CA的REQ进行签名，生成中间CA证书。

$ gmssl sm2keygen -pass P@ssw0rd -out cakey.pem
$ gmssl reqgen -C CN -ST Beijing -L Haidian -O PKU -OU CS -CN "Sub CA" -key cakey.pem -pass P@ssw0rd -out careq.pem
$ gmssl reqsign -in careq.pem -days 365 -key_usage keyCertSign -path_len_constraint 0 -cacert rootcacert.pem -key rootcakey.pem -pass P@ssw0rd -out cacert.pem -ca

第三步，生成服务器终端签名证书的私钥、证书请求文件(REQ)，用中间CA私钥签发终端签名证书。

$ gmssl sm2keygen -pass P@ssw0rd -out signkey.pem
$ gmssl reqgen -C CN -ST Beijing -L Haidian -O PKU -OU CS -CN localhost -key signkey.pem -pass P@ssw0rd -out signreq.pem
$ gmssl reqsign -in signreq.pem -days 365 -key_usage digitalSignature -cacert cacert.pem -key cakey.pem -pass P@ssw0rd -out signcert.pem

第四步，按第三步相同的方式生成终端加密证书，注意证书的Subject和签名证书保持一致，但是使用不同的-key_usage选项。注意在当前版本的GmSSL-OCL中，需要保证签名和加密私钥使用相同的口令。

$ gmssl sm2keygen -pass P@ssw0rd -out enckey.pem
$ gmssl reqgen -C CN -ST Beijing -L Haidian -O PKU -OU CS -CN localhost -key enckey.pem -pass P@ssw0rd -out encreq
$ gmssl reqsign -in encreq.pem -days 365 -key_usage keyEncipherment -cacert cacert.pem -key cakey.pem -pass P@ssw0rd -out enccert.pem

第五步，将终端证书和中间CA证书写入服务器证书链PEM文件，将根CA证书提供给TLCP客户端。通过gmssl certparse可以打印证书链，检查生成的证书链内容是否正确。

$ cat signcert.pem > tlcp_server_certs.pem
$ cat enccert.pem >> tlcp_server_certs.pem
$ cat cacert.pem >> tlcp_server_certs.pem
$ gmssl certparse -in tlcp_server_certs.pem

第六步，将终端签名私钥和加密私钥按顺序写入私钥PEM文件。

$ cat signkey.pem > tlcp_server_keys.pem
$ cat enckey.pem >> tlcp_server_keys.pem

此时，服务器需要的TLCP证书链文件和私钥文件就准备好了。

安装服务器证书链和私钥文件

在安装完Nginx服务器后，需要将服务器证书链PEM文件、服务器私钥PEM文件和服务器私钥口令分别拷贝到nginx.conf配置文件中设置的路径中。其中口令字符串需要写入到.txt格式的口令文件中。

$ cp tlcp_server_certs.pem /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_certs.pem
$ cp tlcp_server_keys.pem /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_keys.pem
$ echo P@ssw0rd > /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_password.txt

启动服务器并测试HTTPS

启动服务器

cd /usr/local/nginx
sudo ./sbin/nginx

注意，如果找不到动态库，在

在macOS上，编译安装nginx之后需要执行

sudo install_name_tool -add_rpath /usr/local/lib /usr/local/nginx/sbin/nginx

然后可以用gmssl的命令行客户端进行验证，注意，客户端需要用于验证服务器的根CA证书，客户端证书和私钥，这些文件保存在client目录下。

gmssl tlcp_client -get / -host localhost -port 4443 -cacert rootcacert.pem

设置Nginx验证客户端证书

通常来说，公网网站通常是不验证客户端证书的，但是一些内部网站或者网络服务可以通过客户端证书来进行用户的强身份认证。

前面的Nginx配置文件中没有启用验证客户端证书功能，通过增加配置选项ssl_verify_client可以设置客户端证书验证功能是否启用。修改后的Nginx配置文件如下：

server {
	listen       4433 ssl;
	server_name  localhost;

	ssl_certificate      /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_certs.pem;
	ssl_certificate_key  /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_keys.pem;
	ssl_password_file    /usr/local/nginx/conf/tlcp_server_password.txt;
	ssl_ecdh_curve       sm2p256v1;

	ssl_client_certificate /usr/local/nginx/conf/tlcp_client_verify_cacert.pem;
	ssl_verify_client on;
	ssl_verify_depth 4;

	location / {
		root   html;
		index  index.html index.htm;
	}
}

其中增加了ssl_client_certificate、ssl_verify_client和ssl_verify_depth选项。

其中ssl_client_certificate用于设置签发客户端证书的CA证书。

注意：这个配置中将端口号设置为4433，因为Nginx可以监听多个端口，因此服务器配置中可以分别监听一个无需客户端验证的端口4443，和一个客户端验证的4433。

生成客户端证书

Web服务器证书是由知名CA及其下属CA签发的，根CA证书通常被浏览器等客户端终端内置安装。但是SSL的客户端证书不一定是由知名CA签名的，可能是由网站自己的CA签发或者其他CA签名，并且客户端证书的CA和服务器的CA通常不是相同的CA。但是这里为了演示，采用前面生成的中间CA签发客户端证书。

下面的例子展示了生成客户端私钥，以及签发客户端证书的过程。

$ gmssl sm2keygen -pass 123456 -out clientkey.pem
$ gmssl reqgen -C CN -ST Beijing -L Haidian -O PKU -OU CS -CN TlcpClient -key clientkey.pem -pass 123456 -out clientreq.pem
$ gmssl reqsign -in clientreq.pem -days 365 -key_usage digitalSignature -cacert cacert.pem -key cakey.pem -pass P@ssw0rd -out clientcert.pem

注意这里客户端证书的CA证书是服务器的中间CA证书cacert.pem，需要将这个证书作为客户端验证的CA证书安装到配置文件中指定的路径。

$ sudo cp cacert.pem /usr/local/nginx/conf/tlcp_client_verify_cacert.pem

测试带客户端验证的HTTPS

执行

$ gmssl tlcp_client -get / -host localhost -port 4433 -cacert rootcacert.pem -cert clientcert.pem -key clientkey.pem -pass 123456

手工测试HTTP

去掉tlcp_client中的-get /参数，可以在终端下手动测试HTTP交互

$ gmssl tlcp_client -host localhost -port 4433 -cacert rootcacert.pem -cert clientcert.pem -key clientkey.pem -pass 123456

在gmssl命令行连接服务器之后需要发送三行消息

GET / HTTP/1.1
Host: localhost
<return>

然后可以看到Nginx返回的index.html。此时连接没有中断，可再次访问。

如果gmssl客户端发送的请求格式不正确，例如发送了GET /，那么Nginx-1.22仍然返回index.html，但是会shutdown SSL连接。