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03-3. 數位憑證與 CA
⏱️ 閱讀時間： 12 分鐘 🎯 難度： ⭐⭐ (簡單)
🎯 本篇重點
深入理解數位憑證的結構、CA（憑證機構）的角色、憑證申請流程、信任鏈的運作方式，以及如何處理憑證問題。
🤔 什麼是數位憑證？
Digital Certificate（數位憑證） = 網站的「數位身份證」
一句話解釋： 數位憑證就像是身份證，證明「這個網站確實是它所聲稱的網站」，由可信任的第三方（CA）發行和簽章。
🎫 用身份證來比喻數位憑證
身份證（政府發行）
身份證內容：
├─ 姓名：張三
├─ 生日：1990-01-01
├─ 身份證號：A123456789
├─ 照片：📸
└─ 發行機關：內政部 🏛️（政府簽章 ✅）
特性：
- 由政府發行（可信任）
- 有政府簽章（防偽造）
- 過期需要更新
- 用來證明你的身份
驗證：
警察：請出示身份證
你：這是我的身份證 🎫
警察：檢查簽章...✅ 是真的數位憑證（CA 發行）
數位憑證內容：
├─ 網域名稱：www.google.com
├─ 公鑰：[RSA 2048-bit public key]
├─ 有效期：2024-01-01 to 2025-01-01
├─ 發行者：Google Trust Services LLC
└─ CA 數位簽章：✅
特性：
- 由 CA 發行（可信任）
- 有 CA 數位簽章（防偽造）
- 過期需要更新
- 用來證明網站的身份
驗證：
瀏覽器：請出示憑證
網站：這是我的憑證 📜
瀏覽器：檢查 CA 簽章...✅ 是真的📜 數位憑證的結構
X.509 憑證格式
數位憑證包含：
1. 版本資訊
- X.509 v3
2. 序號
- 唯一識別碼
- 例：03:2E:7F:2F:5F:AC:1C:34...
3. 簽章演算法
- sha256WithRSAEncryption
- ecdsa-with-SHA256
4. 發行者（Issuer）
- 哪個 CA 發行
- CN=Let's Encrypt Authority X3
5. 有效期（Validity）
- 不早於（Not Before）：2024-01-01 00:00:00 UTC
- 不晚於（Not After）：2025-01-01 23:59:59 UTC
6. 主體（Subject）
- 憑證擁有者
- CN=www.example.com
7. 公鑰資訊（Subject Public Key Info）
- 演算法：RSA 2048-bit
- 公鑰：[public key data]
8. 擴充欄位（Extensions）
- Subject Alternative Name（SAN）
- www.example.com
- example.com
- *.example.com
- Key Usage（金鑰用途）
- Digital Signature
- Key Encipherment
- Extended Key Usage
- TLS Web Server Authentication
- Authority Information Access（AIA）
- OCSP：http://ocsp.example.com
- CRL Distribution Points
- http://crl.example.com/crl.pem
9. CA 數位簽章
- CA 用私鑰簽署整個憑證
- [signature data]查看憑證（Chrome）
步驟：
1. 打開 https://www.google.com
2. 點擊網址列的 🔒
3. 點擊「憑證」
可以看到：
┌─────────────────────────────────┐
│ 一般 │
├─────────────────────────────────┤
│ 發給：www.google.com │
│ 發行者：WR2 │
│ 有效期：2024-12-02 到 2025-02-24 │
├─────────────────────────────────┤
│ 詳細資料 │
├─────────────────────────────────┤
│ 版本：V3 │
│ 序號：0D:B9:64:72:0A:E9:81:98 │
│ 簽章演算法：ecdsa-with-SHA256 │
│ 發行者：CN=WR2, O=Google Trust...│
│ 有效期從：2024-12-02 │
│ 有效期到：2025-02-24 │
│ 主體：CN=www.google.com │
│ 主體公開金鑰：ECDSA 256 bits │
└─────────────────────────────────┘使用 OpenSSL 查看憑證
# 查看線上網站的憑證
echo | openssl s_client -servername www.google.com \
-connect www.google.com:443 2>/dev/null | \
openssl x509 -noout -text
# 輸出範例：
Certificate:
Data:
Version: 3 (0x2)
Serial Number:
0d:b9:64:72:0a:e9:81:98
Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256
Issuer: C=US, O=Google Trust Services LLC, CN=WR2
Validity
Not Before: Dec 2 08:28:44 2024 GMT
Not After : Feb 24 08:28:43 2025 GMT
Subject: CN=www.google.com
Subject Public Key Info:
Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
Public-Key: (256 bit)
X509v3 extensions:
X509v3 Subject Alternative Name:
DNS:www.google.com
X509v3 Key Usage: critical
Digital Signature
X509v3 Extended Key Usage:
TLS Web Server Authentication
Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA256🏛️ CA（憑證機構）的角色
什麼是 CA？
CA (Certificate Authority) = 憑證機構
角色：
- 數位世界的「公證人」
- 驗證身份並發行憑證
- 用數位簽章證明憑證真實性
比喻：
CA 就像是政府的「戶政事務所」
- 驗證你的身份
- 發行身份證
- 政府簽章證明真實性CA 的類型
1. 根 CA（Root CA）
- 最高層級的 CA
- 自己簽署自己的憑證（Self-Signed）
- 瀏覽器內建信任
範例：
├─ DigiCert Global Root CA
├─ Let's Encrypt ISRG Root X1
├─ GlobalSign Root CA
└─ Comodo CA
2. 中繼 CA（Intermediate CA）
- 由根 CA 簽發
- 實際簽發網站憑證
範例：
根 CA（DigiCert）
↓ 簽發
中繼 CA（DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1）
↓ 簽發
網站憑證（www.example.com）
3. 為什麼需要中繼 CA？
- 保護根 CA 私鑰（離線保存）
- 根 CA 私鑰洩露影響巨大
- 中繼 CA 可以撤銷並重新發行信任鏈（Chain of Trust）
完整的信任鏈：
瀏覽器內建根 CA
↓ 信任
根 CA 憑證（DigiCert Global Root CA）
↓ 簽發
中繼 CA 憑證（DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1）
↓ 簽發
網站憑證（www.example.com）
驗證流程：
1. 網站提供：網站憑證 + 中繼 CA 憑證
2. 瀏覽器檢查：
├─ 網站憑證由中繼 CA 簽發 ✅
├─ 中繼 CA 憑證由根 CA 簽發 ✅
└─ 根 CA 在瀏覽器信任清單中 ✅
3. 信任成功 ✅
如果任一環節失敗：
❌ 憑證無效
⚠️ 瀏覽器警告📋 憑證申請流程
完整流程
【第 1 步：產生金鑰對】
網站管理員（在伺服器上）：
openssl genrsa -out private.key 2048
產生：
- 私鑰（private.key）← 絕對保密
- 公鑰（包含在 CSR 中）
【第 2 步：產生 CSR（憑證簽署請求）】
openssl req -new -key private.key -out request.csr
填寫資訊：
- Country Name: TW
- Organization: Example Inc.
- Common Name: www.example.com
- Email: admin@example.com
產生：
- CSR 檔案（request.csr）
- 包含公鑰和網站資訊
【第 3 步：提交 CSR 給 CA】
網站管理員 → CA：
- 上傳 CSR
- 選擇憑證類型
- 付款（商業 CA）
【第 4 步：CA 驗證網域擁有權】
CA 的驗證方式：
方法 1：檔案驗證
CA：請在網站放置檔案
http://example.com/.well-known/acme-challenge/TOKEN
網站：放置檔案
CA：訪問檔案...✅ 驗證成功
方法 2：DNS 驗證
CA：請新增 DNS TXT 記錄
_acme-challenge.example.com TXT "TOKEN"
網站：新增 DNS 記錄
CA：查詢 DNS...✅ 驗證成功
方法 3：Email 驗證（DV 憑證）
CA：發送驗證郵件到
admin@example.com
webmaster@example.com
網站：點擊驗證連結...✅ 驗證成功
【第 5 步：CA 簽發憑證】
CA：
1. 驗證通過 ✅
2. 用 CA 私鑰簽署憑證
3. 產生數位憑證
CA → 網站：
- 數位憑證（certificate.crt）
- 中繼 CA 憑證（intermediate.crt）
【第 6 步：安裝憑證到伺服器】
網站管理員：
- 上傳憑證到伺服器
- 設定 Web 伺服器（Nginx/Apache）
- 重啟伺服器
完成！🎉Let’s Encrypt 自動化流程
Let's Encrypt = 免費、自動化的 CA
使用 Certbot 自動申請：
# 安裝 Certbot
sudo apt-get install certbot python3-certbot-nginx
# 自動申請憑證（Nginx）
sudo certbot --nginx -d example.com -d www.example.com
Certbot 自動完成：
1. 產生金鑰對 ✅
2. 產生 CSR ✅
3. 提交給 Let's Encrypt ✅
4. 自動驗證（HTTP-01 或 DNS-01）✅
5. 取得憑證 ✅
6. 設定 Nginx ✅
7. 重啟 Nginx ✅
輸出：
Successfully received certificate.
Certificate is saved at: /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem
Key is saved at: /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem
自動更新（每 90 天）：
sudo certbot renew --dry-run
設定 cron job：
0 0 * * * certbot renew --quiet🔍 憑證類型
1. DV（Domain Validation）
DV = 域名驗證憑證
驗證內容：
- 只驗證域名擁有權
- 不驗證組織身份
申請時間：
- 幾分鐘到幾小時（自動化）
價格：
- 免費（Let's Encrypt）
- 或 $10-$50/年
適用：
- 個人網站
- 部落格
- 小型企業網站
瀏覽器顯示：
🔒 example.com
範例：
- Let's Encrypt
- Cloudflare SSL2. OV（Organization Validation）
OV = 組織驗證憑證
驗證內容：
- 驗證域名擁有權 ✅
- 驗證組織存在性 ✅
- 驗證組織法律地位 ✅
申請時間：
- 1-3 天（人工審核）
價格：
- $50-$200/年
適用：
- 企業網站
- 電商網站
瀏覽器顯示：
🔒 example.com
點擊可看到組織資訊：
Example Inc., Taiwan
範例：
- DigiCert OV
- GlobalSign OV3. EV（Extended Validation）
EV = 擴展驗證憑證
驗證內容：
- 驗證域名擁有權 ✅
- 驗證組織存在性 ✅
- 驗證組織法律地位 ✅
- 驗證組織運營狀態 ✅
- 驗證組織實體地址 ✅
- 電話驗證 ✅
申請時間：
- 3-7 天（嚴格審核）
價格：
- $200-$500+/年
適用：
- 金融機構
- 大型電商
- 高安全需求網站
瀏覽器顯示（舊版）：
🔒 Example Inc. [TW] | example.com
（綠色網址列，已移除）
瀏覽器顯示（現在）：
🔒 example.com
點擊可看到完整組織資訊
範例：
- DigiCert EV
- GlobalSign EV
注意：
Chrome 從 2019 年移除 EV 的特殊顯示
現在顯示方式與 DV/OV 相同4. 萬用憑證（Wildcard Certificate）
萬用憑證 = 覆蓋所有子域名
範例：
*.example.com
涵蓋：
✅ www.example.com
✅ blog.example.com
✅ api.example.com
✅ shop.example.com
不涵蓋：
❌ example.com（主域名）
❌ sub.api.example.com（多層子域名）
申請：
openssl req -new -key private.key -out request.csr
Common Name: *.example.com
Let's Encrypt 支援：
certbot certonly --manual -d *.example.com \
--preferred-challenges dns
需要 DNS 驗證（不支援 HTTP 驗證）
價格：
- Let's Encrypt：免費
- 商業 CA：$100-$300/年⚠️ 憑證問題與解決
1. 憑證過期
問題：
憑證有效期過了
瀏覽器警告：
⚠️ NET::ERR_CERT_DATE_INVALID
您的連線不是私人連線
原因：
- 忘記更新憑證
- Let's Encrypt 90 天過期
解決：
1. 檢查憑證有效期
openssl x509 -in certificate.crt -noout -dates
notBefore=Jan 1 00:00:00 2024 GMT
notAfter=Jan 1 23:59:59 2025 GMT ← 已過期
2. 更新憑證
# Let's Encrypt
sudo certbot renew
# 商業 CA
重新申請憑證
3. 設定自動更新
# Cron job
0 0 1 * * certbot renew --quiet2. 憑證域名不符
問題：
憑證的域名與實際域名不符
瀏覽器警告：
⚠️ NET::ERR_CERT_COMMON_NAME_INVALID
此伺服器無法證明它是 example.com
原因：
- 憑證是給 www.example.com
- 但訪問 example.com
範例：
憑證：CN=www.example.com
訪問：https://example.com
→ 域名不符 ❌
解決：
1. 申請包含兩個域名的憑證
SAN（Subject Alternative Name）：
- www.example.com
- example.com
2. 重新導向
http://example.com → https://www.example.com
3. 使用萬用憑證
*.example.com（但不包含主域名）3. 缺少中繼憑證
問題：
伺服器只提供網站憑證，沒有提供中繼 CA 憑證
瀏覽器警告：
⚠️ NET::ERR_CERT_AUTHORITY_INVALID
無法驗證憑證鏈
原因：
信任鏈不完整：
網站憑證（example.com）
↓ 由誰簽發？
中繼 CA 憑證（缺少）❌
↓
根 CA（瀏覽器內建）
解決：
1. 檢查憑證鏈
openssl s_client -connect example.com:443 \
-showcerts
2. 合併憑證
cat certificate.crt intermediate.crt > fullchain.crt
3. Nginx 設定
ssl_certificate /path/to/fullchain.crt;
ssl_certificate_key /path/to/privkey.key;
4. 重啟伺服器
sudo systemctl restart nginx4. 自簽憑證
問題：
使用自己簽發的憑證（不透過 CA）
瀏覽器警告：
⚠️ NET::ERR_CERT_AUTHORITY_INVALID
此伺服器無法證明它的身份
原因：
- 憑證不是由可信任的 CA 簽發
- 開發測試使用
產生自簽憑證：
openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -nodes \
-keyout key.pem -out cert.pem -days 365
瀏覽器：
CA：Unknown ❌
→ 不信任
使用場景：
✅ 本地開發（localhost）
✅ 內部測試
❌ 正式環境（絕對不要用）
解決：
正式環境使用真正的 CA 憑證
- Let's Encrypt（免費）
- 商業 CA5. 混合內容（Mixed Content）
問題：
HTTPS 頁面載入 HTTP 資源
警告：
Mixed Content: The page at 'https://example.com'
was loaded over HTTPS, but requested an insecure resource.
範例：
<!-- HTTPS 頁面 -->
<html>
<img src="http://example.com/image.jpg"> ← HTTP ❌
<script src="http://example.com/script.js"></script> ← HTTP ❌
</html>
瀏覽器行為：
- 被動內容（圖片、影片）：顯示警告 ⚠️
- 主動內容（JavaScript、CSS）：阻擋 ❌
解決：
1. 全部改用 HTTPS
<img src="https://example.com/image.jpg">
2. 使用協定相對 URL
<img src="//example.com/image.jpg">
（自動使用當前頁面的協定）
3. 檢查工具
- Chrome DevTools → Console
- 查看 Mixed Content 警告🎓 面試常見問題
Q1：數位憑證包含哪些資訊？
A：網域名稱、公鑰、有效期、發行者、數位簽章
主要欄位：
1. 主體（Subject）
- CN（Common Name）：www.example.com
- O（Organization）：Example Inc.
- C（Country）：TW
2. 發行者（Issuer）
- CN：Let's Encrypt Authority X3
- O：Let's Encrypt
3. 有效期（Validity）
- Not Before：2024-01-01
- Not After：2025-01-01
4. 公鑰（Public Key）
- Algorithm：RSA 2048-bit
- Public Key：[key data]
5. 序號（Serial Number）
- 唯一識別碼
6. 簽章演算法（Signature Algorithm）
- sha256WithRSAEncryption
7. 擴充欄位（Extensions）
- SAN：www.example.com, example.com
- Key Usage：Digital Signature, Key Encipherment
- Extended Key Usage：TLS Web Server Authentication
8. CA 數位簽章
- CA 用私鑰簽署整個憑證
- 防止偽造
關鍵：
憑證本身是公開的（不含私鑰）
私鑰永遠保密存放在伺服器上Q2：CA 如何驗證網域擁有權？
A：三種主要方式
1. HTTP 檔案驗證（HTTP-01）
CA：請在你的網站放置特定檔案
http://example.com/.well-known/acme-challenge/TOKEN
你：上傳檔案到伺服器
/var/www/html/.well-known/acme-challenge/TOKEN
CA：訪問檔案
curl http://example.com/.well-known/acme-challenge/TOKEN
→ 如果能訪問且內容正確 ✅
優點：
✅ 簡單、自動化
✅ Let's Encrypt 常用
缺點：
❌ 需要 Web 伺服器運行
❌ 不支援萬用憑證
2. DNS TXT 記錄驗證（DNS-01）
CA：請新增 DNS TXT 記錄
_acme-challenge.example.com TXT "TOKEN_VALUE"
你：新增 DNS 記錄
@ DNS 服務商（Cloudflare、Route53）
CA：查詢 DNS
dig _acme-challenge.example.com TXT
→ 如果記錄存在且值正確 ✅
優點：
✅ 支援萬用憑證（*.example.com）
✅ 不需要 Web 伺服器
缺點：
❌ 需要 DNS API 存取
❌ 較複雜
3. Email 驗證
CA：發送驗證郵件到
admin@example.com
webmaster@example.com
postmaster@example.com
你：收到郵件，點擊驗證連結
CA：確認點擊 ✅
優點：
✅ 簡單
缺點：
❌ 需要能接收該網域的郵件
❌ 較慢（人工操作）
❌ 較不安全Q3：為什麼瀏覽器信任 CA？
A：瀏覽器內建根 CA 清單
信任機制：
1. 瀏覽器預先內建根 CA
Chrome/Firefox/Safari 內建：
├─ DigiCert Global Root CA
├─ Let's Encrypt ISRG Root X1
├─ GlobalSign Root CA
├─ GeoTrust Global CA
└─ 約 50-100 個根 CA
2. 作業系統信任清單
Windows：憑證存放區
macOS：鑰匙圈
Linux：/etc/ssl/certs/
3. 驗證流程
網站 → 瀏覽器：這是我的憑證 📜
瀏覽器：
├─ 誰簽發的？→ Let's Encrypt
├─ Let's Encrypt 在信任清單中嗎？✅
├─ 驗證 Let's Encrypt 的簽章 ✅
└─ 信任這個憑證 ✅
4. 信任鏈
瀏覽器信任根 CA
→ 根 CA 簽發中繼 CA
→ 中繼 CA 簽發網站憑證
→ 瀏覽器信任網站憑證
5. CA 如何進入信任清單？
- 嚴格的審核程序
- 必須遵守 CA/Browser Forum 規範
- 定期審計
- 可以被移除（如果違規）
歷史案例：
2016 年：WoSign 被 Chrome/Firefox 移除信任
原因：簽發假憑證、不當行為
結論：
瀏覽器信任 CA = CA 經過嚴格審查 + 持續監督Q4：憑證過期會怎樣？
A：瀏覽器警告，用戶無法訪問
過期後的影響：
1. 瀏覽器警告
Chrome：
⚠️ 您的連線不是私人連線
NET::ERR_CERT_DATE_INVALID
您嘗試存取的網站憑證已過期
攻擊者可能正試圖竊取您的資訊
[返回安全頁面] [進階設定]
2. 用戶反應
大多數用戶：
- 看到警告就離開
- 不會繼續訪問
- 信任度大幅下降
技術用戶：
- 可能點「進階設定」→「繼續前往」
- 但仍有風險警告
3. SEO 影響
Google：
- 憑證過期會影響排名
- 可能被標記為不安全網站
4. 功能影響
API：
- 大多數 HTTP 客戶端拒絕連線
- curl、requests 等工具報錯
行動應用：
- iOS/Android 預設拒絕過期憑證
5. 商業影響
- 失去客戶信任
- 交易量下降
- 品牌形象受損
Let's Encrypt 特別注意：
- 90 天過期（而不是 1-2 年）
- 必須設定自動更新
- 否則很容易過期
預防措施：
1. 設定憑證過期提醒
- Email 通知
- 監控系統
2. 自動更新（Let's Encrypt）
certbot renew --quiet
設定 cron job
3. 監控服務
- SSL Labs
- UptimeRobot
- 在過期前 30/15/7 天提醒Q5：自簽憑證和 CA 憑證有什麼差異？
A：信任來源不同
自簽憑證（Self-Signed Certificate）：
產生方式：
openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -nodes \
-keyout key.pem -out cert.pem -days 365
特性：
- 自己簽發自己（沒有第三方）
- 瀏覽器不信任 ❌
- 免費 ✅
驗證流程：
網站：這是我的憑證，我自己簽發的
瀏覽器：誰證明你是你？
網站：我自己！
瀏覽器：不可信 ❌
警告：
⚠️ NET::ERR_CERT_AUTHORITY_INVALID
使用場景：
✅ 本地開發（localhost）
✅ 內部測試環境
✅ 學習和實驗
❌ 正式環境（絕對不可）
CA 憑證：
產生方式：
1. 產生 CSR
2. 提交給 CA
3. CA 驗證身份
4. CA 簽發憑證
特性：
- 第三方（CA）簽發
- 瀏覽器信任 ✅
- 需要費用（或免費如 Let's Encrypt）
驗證流程：
網站：這是我的憑證，Let's Encrypt 簽發的
瀏覽器：檢查 Let's Encrypt 的簽章...✅
瀏覽器：Let's Encrypt 在信任清單中 ✅
瀏覽器：信任這個網站 ✅
顯示：
🔒 安全
使用場景：
✅ 所有正式環境
✅ 面向公眾的網站
✅ 需要用戶信任
對比總結：
自簽憑證 = 自己說「我是我」
CA 憑證 = 政府證明「他是他」
就像：
自簽 = 拿自己寫的身份證
CA = 拿政府發的身份證
結論：
正式環境必須使用 CA 憑證
現在 Let's Encrypt 免費，沒理由用自簽憑證✅ 重點回顧
數位憑證：
- 網站的「數位身份證」
- 證明網站身份的真實性
- 由 CA 簽發和驗證
憑證內容：
- 網域名稱、公鑰、有效期
- 發行者、數位簽章
- 擴充欄位（SAN、Key Usage）
CA 的角色：
- 數位世界的「公證人」
- 驗證網域擁有權
- 簽發和管理憑證
信任鏈：
瀏覽器內建根 CA
↓ 信任
根 CA 憑證
↓ 簽發
中繼 CA 憑證
↓ 簽發
網站憑證憑證類型：
- DV：只驗證域名（快速、便宜）
- OV：驗證組織（中等審核）
- EV：擴展驗證（嚴格審核、最安全）
- 萬用憑證：涵蓋所有子域名
Let’s Encrypt：
- 免費、自動化的 CA
- 90 天有效期
- 使用 Certbot 自動申請和更新
常見問題：
- 憑證過期 → 設定自動更新
- 域名不符 → 使用 SAN 或萬用憑證
- 缺少中繼憑證 → 使用 fullchain.crt
- 自簽憑證 → 正式環境不可用
面試重點：
- ✅ 數位憑證的結構和內容
- ✅ CA 的三種驗證方式
- ✅ 瀏覽器如何信任 CA
- ✅ 憑證過期的影響
- ✅ 自簽憑證 vs CA 憑證
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最後更新：2025-01-06