https原理及实践
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了https原理及实践相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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安全知识
网络安全问题
数据机密性
在网络传输数据信息时，对数据的加密是至关重要的，否则所有传输的数据都是可以随时被第三方看到，完全没有机密性可言。
数据机密性解决问题思路
利用算法
为了保证数据的机密性，首先可以采用的方法就是将数据通过相应算法，转换为其它的数据信息，然后再通过相应算法反推出真正的数据是什么，这样一来就保证了数据在网络传输过程中安全性，不会被其它人轻易的看到传输过程中的数据信息。数据加密前的信息称为明文数据(plaintext),经过加密算法转换后进行传输的信息称为密文数据(ciphertext)；反之经 过解密算法转换后，会将密文数据恢复为明文数据进行显示接收。
优点：实现了数据机密传输，避免了明文传输数据的危险性。
缺点：利用加密算法，将明文改密文，如果第三方获得加密算法，即可将传输密文再次变为明文。
利用对称加密算法解决机密性
普通算法虽然已经解决了明文数据的机密性，可以在网络传输过程中不被直接看到明文数据。 但是新的问题又产生了，既然明文数据是通过算法改变成了新的数据信息，如果第三方获得 了算法，利用算法也是可以将密文数据信息，再次转换为明文数据信息，因此出现了对称加 密算法。形象比喻来说：数据加密算法就好比是一本密码规则手册，而对称加密算法就是将手册放在了一个保险柜中进行了上锁传输，只有传递数据信息的双方知道打开保险柜的密码。
数据完整性
网络传输数据的完整性，也是安全领域中需要考虑的重要环节，如果不能保证传输数据的完整性，那传输过程中的数据就有可能被任何人所篡改，而传输数据双方又不能及早的进行发现。将会造成互连通讯双方所表达信息的意义完全不一致。因此，对于不完整的数据信息，接收方应该进行相应判断，如果完整性验证错误，就拒绝接受相应的数据。
数据完整性解决思路
利用单向加密算法
利用数据的单项加密算法（提取数据指纹），进行提取数据特征码的方式，从而完成数据传 输的完整性验证。实际的算法实现过程为：在一段明文数据信息后加上敎据信息的特征码， 这个特征码是通过结合数据信息进行相应算法获得的数据特征码，接收方当收到数据信息后， 会利用相同的加密算法对获取的数据进行加密，确认加密后得到的特征码是否与传送过来数 据后面描述的特征码一致；如果一致，可以表示数据没有被篡改过，如果不一致表示数据完 整性遭到了破坏，数据一概不予以接收处理。
利用单项加密算法（加密特征码）
由于可能存在中间人攻击的可能性，因此可以对传输过程中数据特征码进行加密，发送方利用对称密钥方式对手中的特征码进行加密，接收方会利用相同的密钥对手中的特征码进行解密，从而确认特征码是否一致。如果中间人将新的特征码也进行了加密，发送给接收方，但接收方无法利用和发送方协商好的解密密钥对特征码进行解密，最终无法识别中间人发送过来的数据特征码信息。
单项加密算法特征：
- 数据输入一样，特征码信息输出必然相同
- 雪崩效应，输入的微小改变，将造成输出的巨大改变
- 定长输出，无论源数据多大，但结果都是一样的
- 不可逆的，无论根据数据指纹，还原出原来的数据信息
单项加密算法常见的有：
- DH加密算法，主要用于密钥的协商交换
- MD4 MD5(128)
- SHA1(160) SHA(192) SHA(256) SHA(384)
- CRC-32(循环输出校验码），不是加密机制，只是一种校验机制，不提供安全性，正常加密算 法是不允许出现输入不一样，输出一样的情况，但CRC是可以有这样情况的，因为CRC只 是具有校验功能，不具有加密功能
非对称加密算法常见的有：
- RSA，RSA既是一个公司的名称，也是三个创始人的名称，RSA既可以加密又可以进行签名。
- DSA，只能实现数字签名功能
- ELGamal，属于商业化的加密算法
身份验证
网络中传输数据时，很有可能传输的双方是第一次建立连接，进行相互通讯，既然是第一次 见面沟通，如何确认对方的身份信息，的确是我要进行通讯的对象呢？如果不是正确的通讯 对象，在经过通讯后，岂不是将所有数据信息发送给了一个陌生人。
网络安全证书由来
获取公钥信息的证书
默认公钥在网络中进行传递时，默认情况下也是会出现问题的如下图所示：
对发送方的公钥信息进行公正步骤：(借助第三方安全机构）
- A和B端首先生成自己的公钥和私钥的密钥对，为了使对方能相佶自己的公钥信息。将自己的公钥信息告知给第三方发证机构，利用第三方机构对自己的公钥进行公证。第三方机构会制作一个数字证书（机构 编号 以及发证机构的戳）。并且第三方机构也要给自己设置—个合法的公钥和私钥，并且公钥设置为第三方机构的公钥证书。
- 发证机关计算出数字证书数据的特征码，并用自己的私钥逬行加密，并将加密的信息附加到特征码后成为数字签名。
- A和B两端获得公正过的证书信息，并通过证书信息传递，得到对方的公钥。
- A和B两端与第三方机构建立连接，获得第三方证书，通过第三方证书获得第三方公钥，利用第三方公钥只要能解密数字签名即可。
证书信息所包含内容
目前标准的证书存储格式是X509，还有其他的证书格式，需要包含的内容为：
- 公钥信息，以及证书过期时间
- 证书的合法拥有人信息
- 证书该如何被使用
- CA颁发机构信息
- CA签名的校验码
互联网上使用的SSL和TLS证书管理机制均使用X509的格式
OpenSSL软件介绍
Netscape网景公司生产了最初的浏览器，但为了提高浏览器访问页面的安全性，对TCP/IP模型进行了一定改进，在传输层与应用层之间，创建了一个3.5层的概念，称为SSL（（Secure Sockets Layer安全套接层））层，SSL不是一个软件，只是一个库，让应用层将数据传输到传输层前，调用了ssl层的功能对数据进行了加密，目前比较流行的版本是（SSLv2 V3），但是SSL是netscape公司进行定义的，不够开放性，因此为了使加密功能更加开放，TSL（传输层安全协议）协议就出现了，目前比较流行的版本是（TSLv1==ssl v3），TSL更像是传输层上实现的数据加密。
OpenSSL软件详细说明
1、获取OpenSSL软件的版本信息：
[root@web01 html]# openssl version OpenSSL 1.0.1e-fips 11 Feb 2013 [root@web01 html]# rpm -qa openssl openssl-1.0.1e-57.el6.x86_64
2、获取OpenSSL配置文件信息：
/etc/pki/tls/openssl.cnf <- openssl配置文件，主要用于配置成私有ca时进行使用
3、获取OpenSSL命令详细信息：
openssl命令详细信息OpenSSL软件建立私有CA
创建私钥与公钥信息
需要先给ca证书颁发机构生成证书，即生成一对密钥；genrsa - generate an RSA private key利用genrsa生成密钥信息。虽然只是生成私钥，但需要清楚公钥是通过私钥进行提取得到的，所以只要有私钥，就可以有公钥。私钥信息是非常重要的，因此生成的私钥文件应该是600的权限
View Code实操私钥与公钥建立
密钥建立生成自签署的证书
生成自签署证书ca颁发机构的私钥和证书是不能随便放置的，并且需要配置私有颁发机构的配置文件
vim /etc/pki/tls/openssl.cnf
[CA_default]模块参数说明：
|
参数 |
配置 |
官方配置说明 |
解释配置说明 |
|
dir |
=/etc/pki/CA |
#Where everthing is kept |
创建并定义CA目录信息 |
|
certs |
= $dir/certs |
#Where the issued certs are kept |
证书文件保存目录 |
|
crl_dir |
= $dir/crl |
#Where the issued crl are kept |
证书吊销文件保存目录 |
|
database |
= $dir/index.txt |
# data index file |
表示发过哪些证书，都要文件进 行记录 |
|
new_certs_dir |
= $dir/newcerts |
#default place for new certs |
默认新证书的存放路径 |
|
certificate |
= $dir/cacert.pem |
#The CA certificate |
定义CA机构自己的证书 |
|
serial |
= $dir/serial |
#The current serial number |
表示证书对应的序列号，一般从 01开始 |
|
crinumber |
= $dir/crinumber |
#The current crl number |
表示吊销证书对应的序列号 |
|
crl |
= $dir/crl.pem |
#The current CRL |
表示当前证书吊销列表文件 |
|
private_key |
= $dir/private/cakey.pem |
#The private key |
表示CA机构目身的私钥文件 |
|
RANDFILE |
= $dir/private/.rand |
#private random number file |
私钥随机数文件，此文件会默认自己建立 |
|
在/etc/pki/CA的证书路径下，还需要有certs crl newcerts三个子目录信息 |
|||
指定证书相关的有效期限配置：
|
参数 |
配置 |
官方配置说明 |
解释配置说明 |
|
default_days |
= 365 |
#how long to certify for |
定义证书的有效期限 |
|
default_crl_days |
= 30 |
#how long before next CRL |
默认证书放罝到吊销列表中的保存时间 |
|
default_md |
= default |
#use public key default MD |
指定单向加密算法采用的是默认的 |
定义[req_distinguished_name]模块参数信息，即指定证书中的一些基本属性信息
|
参数 |
配置 |
举例配置 |
解释配置说明 |
|
countryName_default |
=XX |
= CN |
默认的国家改为本地区域名称 |
|
stateOrProvinceName_default |
= Default Province |
= beijing |
默认的省份名称改为本地区域名称 |
|
localityName_default |
=Default City |
= beijing |
默认的城市名称改为本地区域名称 |
|
0.orgzanizationName_default |
=Default Company Ltd |
= o |
默认的公司组织名称 |
|
organizationalUnitName_default |
= |
=ol |
默认的公司部分名称 |
私有HTTPS实现
nginx配置文件
server {
listen 443; # https的端口为443，要指定
server_name www.erlianzhang.com;
ssl on; # 开启ssl，下两行第一行是引用证书，第二行是引用私钥
ssl_certificate /application/nginx/conf/keys/server.crt;
ssl_certificate_key /application/nginx/conf/keys/server.key;
location / {
root html/;
index index.html index.htm;
}
}
设置自动跳转https
每次都要输入https很烦，所以设置自动跳转
利用地址重写功能（方法1）
在原本的server模块上在加一个server：
server {
listen 80;
server_name www.erlianzhang.com;
rewrite ^(.*)$ https://$host$1 permanent;
}
说明：在https配置server基础上再添加http跳转server
利用error_page识别错误码信息进行跳转（方法2）
server {
listen 443;
listen 80;
server_name www.erlianzhang.com;
ssl on;
ssl_certificate /application/nginx/conf/key/server.crt;
ssl_certificate_key /application/nginx/conf/key/server.key;
location / {
root html/www;
index index.html index.htm;
}
error_page 497 https://$host$uri;
}
说明：497为内置错误码，当访问http无法处理，需要利用https处理时
利用反向代理服务器进行http到https跳转
修改地址池信息
将端口改为https的默认443端口
upstream www_server_pools {
server 10.0.0.7:443;
server 10.0.0.8:443;
server 10.0.0.9:443;
}
引用地址池时也要把http改成https
proxy_pass https://web_pools;
修改地址池调用信息
注意，负载上也要有key证书与私钥文件
server {
listen 443;
server_name www.erlianzhang.com;
ssl on;
ssl_certificate /application/nginx/conf/key/server.crt;
ssl_certificate_key /application/nginx/conf/key/server.key;
location / {
proxy_pass https://www_server_pools;
}
}
定义http到https跳转配置信息
server {
listen 80;
server_name www.erlianzhang.com;
rewrite ^(.*)$ https://$host$1 permanent;
}
nginx中的ngx_http_ssl_module模块（https相关）
指令
ssl
语法： ssl on | off; 默认： ssl off 语境： http，server 功能： ssl功能启用/不启用
为给定的虚拟服务器启用HTTPS协议。
ssl_buffer_size
句法： ssl_buffer_size size; 默认： ssl_buffer_size 16k; 语境： http， server 该指令出现在1.5.9版本中。 功能： 设置用于发送数据的缓冲区的大小。
默认情况下，缓冲区大小为16k，这对应于发送大响应时的最小开销。为了最小化第一个字节的时间，使用较小的值可能是有益的，例如：
ssl_buffer_size 4k;
ssl_certificate
句法： ssl_certificate file; 默认： - 语境： http， server 功能： 指定当前虚拟主机所使用的证书文件
指定file具有给定虚拟服务器的PEM格式的证书。如果除了主要证书之外还应该指定中间证书，则应该按照以下顺序在同一个文件中指定它们：主要证书首先是中间证书，然后是中间证书。PEM格式的密钥可以放在同一个文件中。
从版本1.11.0开始，可以多次指定该指令来加载不同类型的证书，例如RSA和ECDSA：
例子注意：应该记住的是，由于HTTPS协议限制了最大的互操作性，虚拟服务器应该监听不同的IP地址。
ssl_certificate_key
句法： ssl_certificate_key file; 默认： - 语境： http， server 功能： 当前虚拟主机与其证书文件匹配的私钥文件，用来解密
指定file给定虚拟服务器的PEM格式密钥。
可以指定值engine：name：id可以指定代替file（1.7.9），该文件从OpenSSL引擎名称加载具有指定标识的密钥id。
ssl_ciphers
句法： ssl_ciphers ciphers; 默认： ssl_ciphers HIGH：！aNULL：！MD5; 语境： http， server 功能： 指定支持加密算法
指定启用的密码。密码以OpenSSL库理解的格式指定，例如：
ssl_ciphers ALL：！aNULL：！EXPORT56：RC4 + RSA：+ HIGH：+ MEDIUM：+ LOW：+ SSLv2：+ EXP;
完整列表可以使用“ openssl ciphers”命令查看。
以前版本的nginx 默认使用不同的密码。
ssl_client_certificate
句法： ssl_client_certificate file; 默认： - 语境： http， server 功能： 制定一个受信任的CA证书用于验证客户端证书
如果启用了ssl_stapling，则指定包含filePEM格式的可信CA证书，用于验证客户端证书和OCSP响应。
证书列表将被发送给客户。如果不需要，可以使用ssl_trusted_certificate指令。
ssl_crl
句法： ssl_crl file; 默认： - 语境： http， server 该指令出现在0.8.7版本中。 功能： 证书吊销列表
指定file用于验证客户端证书的PEM格式的撤销证书（CRL）。
ssl_dhparam
句法： ssl_dhparam file; 默认： - 语境： http， server 该指令出现在0.7.2版本中。
指定fileDHE密码的DH参数。
ssl_ecdh_curve
句法： ssl_ecdh_curve curve; 默认： ssl_ecdh_curve auto; 语境： http， server 该指令出现在版本1.1.0和1.0.6中。
指定一个curve用于ECDHE密码。
当使用OpenSSL 1.0.2或更高版本时，可以指定多条曲线（1.11.0），例如：
ssl_ecdh_curve prime256v1：secp384r1;
特殊值auto（1.11.0）指示nginx在使用OpenSSL 1.0.2或更高prime256v1版本时使用OpenSSL库中内置的列表，或使用旧版本。
在版本1.11.0之前，prime256v1曲线是默认使用的。
ssl_password_file
句法： ssl_password_file file; 默认： - 语境： http， server 该指令出现在版本1.7.3。 功能： 指定password文件
指定file使用密码对密钥 ，其中每个密码都在单独的行中指定。加载密钥时会依次尝试密码。例：
例子ssl_prefer_server_ciphers
句法： ssl_prefer_server_ciphers on | off; 默认： ssl_prefer_server_ciphers off; 语境： http， server 功能： 服务端倾向使用的加密算法
指定在使用SSLv3和TLS协议时，服务器密码应优先于客户端密码。
ssl_protocols
句法： ssl_protocols [SSLv2] [SSLv3] [TLSv1] [TLSv1.1] [TLSv1.2] [TLSv1.3]; 默认： ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2; 语境： http， server 功能： 使用什么样的加密协议，支持ssl协议版本
启用指定的协议。
TLSv1.1和TLSv1.2参数（1.1.13,1.0.12）仅在使用OpenSSL 1.0.1或更高版本时才起作用。
仅当使用支持TLSv1.3的OpenSSL 1.1.1时 ，TLSv1.3参数（1.13.0）才起作用。
ssl_session_cache
句法： ssl_session_cache off | none | [builtin[:size]] [shared:name:size]; 默认： ssl_session_cache无; 语境： http， server 功能： ssl会话缓存
设置存储会话参数的高速缓存的类型和大小。缓存可以是以下任何一种类型：
off
严禁使用会话缓存：nginx明确告诉客户端会话可能不会被重用。
none
会话缓存的使用被轻轻地禁止：nginx告诉客户端会话可能被重用，但实际上不会将会话参数存储在缓存中。
builtin
建立在OpenSSL中的缓存; 仅由一个工作进程使用。缓存大小在会话中指定。如果没有给出大小，则等于20480个会话。内置缓存的使用可能导致内存碎片。
shared
所有工作进程之间共享的缓存。缓存大小以字节为单位指定; 一兆字节可以存储大约4000个会话。每个共享缓存都应该有一个任意的名字。具有相同名称的缓存可以在多个虚拟服务器中使用。
两种缓存类型都可以同时使用，例如：
ssl_session_cache builtin:1000 shared:SSL:10m;
注意：但只使用没有内置缓存的共享缓存应该更有效率。
ssl_session_ticket_key
句法： ssl_session_ticket_key file; 默认： - 语境： http， server 这个指令出现在1.5.7版本中。
file使用用于加密和解密TLS会话票据的密钥设置a。如果必须在多个服务器之间共享相同的密钥，则该指令是必需的。默认情况下，使用随机生成的密钥。
如果指定了多个密钥，则只使用第一个密钥来加密TLS会话票据。这允许配置密钥旋转，例如：
ssl_session_ticket_key current.key; ssl_session_ticket_key previous.key;
在file必须含有80或48个字节的随机数据，并且可以使用下面的命令创建：
openssl rand 80> ticket.key
根据文件大小，AES256（80字节密钥，1.11.8）或AES128（48字节密钥）用于加密。
ssl_session_tickets
句法： ssl_session_tickets on | off; 默认： ssl_session_tickets; 语境： http， server 该指令出现在1.5.9版本中。 功能： 禁用或启用会话恢复
通过TLS会话票据启用或禁用会话恢复。
ssl_session_timeout
句法： ssl_session_timeout time; 默认： ssl_session_timeout 5m; 语境： http， server 功能： ssl参数的有效时长，会话超时时间
指定客户端可以重新使用会话参数的时间。
ssl_stapling
句法： ssl_stapling on | off; 默认： ssl_stapling off; 语境： http， server 这个指令出现在1.3.7版本中。
启用或禁用 服务器对OCSP响应的装订。例：
ssl_stapling on; resolver 192.0.2.1;
要使OCSP装订工作，应该知道服务器证书颁发者的证书。如果ssl_certificate文件不包含中间证书，则服务器证书颁发者的证书应存在于ssl_trusted_certificate文件中。
对于OCSP响应者主机名的解析，也应指定解析器指令。
ssl_stapling_file
句法： ssl_stapling_file file; 默认： - 语境： http， server 这个指令出现在1.3.7版本中。
设置时，装订好的OCSP响应将取自指定的地址，file而不是查询服务器证书中指定的OCSP响应者。
该文件应该是由“openssl ocsp”命令产生的DER格式。
ssl_stapling_responder
句法： ssl_stapling_responder url; 默认： - 语境： http， server 这个指令出现在1.3.7版本中。
覆盖“ 授权信息访问 ”证书扩展中指定的OCSP响应者的URL 。
仅http://支持“ ”OCSP响应者：
ssl_stapling_responder http://ocsp.example.com/;
ssl_stapling_verify
句法： ssl_stapling_verify on | off; 默认： ssl_stapling_verify off; 语境： http， server 这个指令出现在1.3.7版本中。
启用或禁用服务器验证OCSP响应。
要使验证生效，应使用ssl_trusted_certificate指令将服务器证书颁发者，根证书和所有中间证书的证书配置为可信。
ssl_trusted_certificate
句法： ssl_trusted_certificate file; 默认： - 语境： http， server 这个指令出现在1.3.7版本中。
如果启用了ssl_stapling，则 指定包含filePEM格式的可信CA证书，用于验证客户端证书和OCSP响应。
与由ssl_client_certificate设置的证书相比，这些证书的列表不会被发送到客户端。
ssl_verify_client
句法： ssl_verify_client on | off | optional | optional_no_ca; 默认： ssl_verify_client off; 语境： http， server
启用客户端证书的验证。验证结果存储在 $ ssl_client_verify变量中。
的optional参数（0.8.7+）请求的客户端证书，并验证它证书是否存在。
该optional_no_ca参数（1.3.8，1.2.5）要求客户端证书，但不要求它由受信任的CA证书进行签名。这适用于nginx外部的服务执行实际证书验证的情况。证书的内容可以通过$ ssl_client_cert变量访问。
ssl_verify_depth
句法： ssl_verify_depth number; 默认： ssl_verify_depth 1; 语境： http， server
设置客户端证书链中的验证深度。
错误处理
该ngx_http_ssl_module模块支持使用error_page指令可以用于重定向的几个非标准错误代码 ：
495 客户端证书验证过程中发生错误; 496 客户没有提交所需的证书; 497 常规请求已发送到HTTPS端口。
重定向发生后，该请求被完全解析和变量，如requesturi，requesturi，uri，$args等人，都可用。
嵌入式变量
该ngx_http_ssl_module模块支持多个嵌入式变量：
$ssl_cipher
返回用于建立的SSL连接的密码字符串；
$ssl_ciphers
返回客户端支持的密码列表（1.11.7）。已知的密码按名称列出，未知以十六进制显示，例如：
AES128-SHA:AES256-SHA:0x00ff
注意：只有在使用OpenSSL版本1.0.2或更高版本时才支持该变量。对于旧版本，该变量仅适用于新会话，并只列出已知密码。
$ssl_client_escaped_cert
以建立的SSL连接（1.13.5）返回PEM格式的客户端证书（urlencoded）；
$ssl_client_cert
以建立的SSL连接的PEM格式返回客户端证书，除第一行之外的每一行都加上制表符；这是为了在 proxy_set_header指令中使用;
注意：该变量已被弃用，$ssl_client_escaped_cert应该使用该变量。
$ssl_client_fingerprint
为建立的SSL连接（1.7.1）返回客户端证书的SHA1指纹；
$ssl_client_i_dn
根据RFC 2253（1.11.6），为建立的SSL连接返回客户端证书的“颁发者DN”字符串；
$ssl_client_i_dn_legacy
为建立的SSL连接返回客户端证书的“颁发者DN”字符串;
说明：在版本1.11.6之前，变量名是$ssl_client_i_dn。
$ssl_client_raw_cert
以建立的SSL连接的PEM格式返回客户端证书;
$ssl_client_s_dn
根据RFC 2253（1.11.6），为建立的SSL连接返回客户端证书的“主题DN”字符串；
$ssl_client_s_dn_legacy
为建立的SSL连接返回客户端证书的“主题DN”字符串;
说明：在版本1.11.6之前，变量名是$ssl_client_s_dn。
$ssl_client_serial
为建立的SSL连接返回客户端证书的序列号;
$ssl_client_v_end
返回客户端证书的结束日期（1.11.7）;
$ssl_client_v_remain
返回客户端证书过期的天数（1.11.7）;
$ssl_client_v_start
返回客户端证书的开始日期（1.11.7）;
$ssl_client_verify
如果证书不存在，则 返回客户端证书验证的结果：“ SUCCESS”，“ FAILED:reason”和“ NONE”;
说明：在版本1.11.7之前，“ FAILED”结果不包含reason字符串。
$ssl_curves
返回客户端支持的曲线列表（1.11.7）。已知曲线按名称列出，未知以十六进制显示，例如：
0x001d：prime256v1：secp521r1：secp384r1
注意：只有在使用OpenSSL版本1.0.2或更高版本时才支持该变量。对于旧版本，变量值将是一个空字符串。该变量仅适用于新会话。
$ssl_protocol
返回建立的SSL连接的协议;
$ssl_server_name
通过SNI （1.7.0）返回请求的服务器名称 ;
$ssl_session_id
返回建立的SSL连接的会话标识符;
$ssl_session_reused
如果SSL会话被重用，则 返回“ ”;否则返回“ ” .（1.5.11）。
以上是关于https原理及实践的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章