十四、HTTPS基本原理、构建私有CA

作者: 胖虎喜欢小红 | 来源:发表于2020-01-13 20:00 被阅读0次

十四、HTTPS基本原理、构建私有CA
HTTPS基本原理及构建CA
OpenSSL：实现创建私有CA、签署证书请求详解
tomcat系列-06-HTTPS支持-商用证书-openssl
建立私有CA
nginx系列-06-nginx配置https并转发请求至后端t
Https --- CA
openssl 签名
创建CA
cocoapods私有库笔记

https 介绍

HTTPS（全称：HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer），其实 HTTPS 并不是一个新鲜协议，Google 很早就开始启用了，初衷是为了保证数据安全。国内外的大型互联网公司很多也都已经启用了HTTPS，这也是未来互联网发展的趋势。

1、加密算法

对称加密
A要给B发送数据
1，A做一个对称密钥
2，使用密钥给文件加密
3，发送加密以后的文件和钥匙
4，B拿钥匙解密
加密和解密都是使用的同一个密钥。
非对称加密 ---- 公钥加密，私钥解密
A要给B发送数据
1.B做一对非对称的密钥
2.发送公钥给A
3.A拿公钥对数据进行加密
4.发送加密后的数据给B
5.B拿私钥解密
哈希算法
将任意长度的信息转换为较短的固定长度的值，通常其长度要比信息小得多。
例如：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等
数字签名
签名就是在信息的后面再加上一段内容（信息经过hash后的值），可以证明信息没有被修改过。hash值一般都会加密后（也就是签名）再和信息一起发送，以保证这个hash值不被修改。

2、HTTPS 协议介绍

HTTP 协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）：是客户端浏览器与Web服务器之间的应用层通信协议。
HTTPS 协议（HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：可以理解为HTTP+SSL/TLS，即 HTTP 下加入 SSL 层，HTTPS 的安全基础是 SSL，因此加密的详细内容就需要 SSL，用于安全的 HTTP 数据传输。

1562050089966.png

如上图所示 HTTPS 相比 HTTP 多了一层 SSL/TLS
SSL/TLS :SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层为数据通讯进行加密提供安全支持。

SSL协议可分为两层： SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。相当于连接

SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。相当于通信

**SSL协议提供的服务主要有： **

ssl:身份认证和数据加密。保证数据完整性
1）认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；
2）加密数据以防止数据中途被窃取；
3）维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。

3、HTTPS 原理

1、HTTP 访问过程

1562050123147.png

如上图所示，HTTP请求过程中，客户端与服务器之间没有任何身份确认的过程，数据全部明文传输，“裸奔”在互联网上，所以很容易遭到黑客的攻击，如下：

1562050246969.png

可以看到，客户端发出的请求很容易被黑客截获，如果此时黑客冒充服务器，则其可返回任意信息给客户端，而不被客户端察觉。

所以 HTTP 传输面临的风险有：

窃听风险：黑客可以获知通信内容。
篡改风险：黑客可以修改通信内容。
冒充风险：黑客可以冒充他人身份参与通信。

那有没有一种方式既可以安全的获取公钥，又能防止黑客冒充呢？那就需要用到终极武器了：SSL 证书（申购）TSL

证书：.crt, .pem
私钥：.key
证书请求文件：.csr

1562050492512.png

如上图所示，在第 ② 步时服务器发送了一个SSL证书给客户端，SSL 证书中包含的具体内容有：

（1）证书的发布机构CA

（2）证书的有效期

（3）公钥

（4）证书所有者

（5）签名 ----- 签名就可以理解为是钞票里面的一个防伪标签。

客户端在接受到服务端发来的SSL证书时，会对证书的真伪进行校验，以浏览器为例说明如下：

（1）首先浏览器读取证书中的证书所有者、有效期等信息进行一一校验

（2）浏览器开始查找操作系统中已内置的受信任的证书发布机构CA，与服务器发来的证书中的颁发者CA比对，用于校验证书是否为合法机构颁发

（3）如果找不到，浏览器就会报错，说明服务器发来的证书是不可信任的。

（4）如果找到，那么浏览器就会从操作系统中取出颁发者CA 的公钥，然后对服务器发来的证书里面的签名进行解密

（5）浏览器使用相同的hash算法计算出服务器发来的证书的hash值，将这个计算的hash值与证书中签名做对比

（6）对比结果一致，则证明服务器发来的证书合法，没有被冒充

（7）此时浏览器就可以读取证书中的公钥，用于后续加密了

(8）client与web协商对称加密算法，client生成对称加密密钥并使用web公钥加密，发送给web服务器，web服务器使用web私钥解密

(9)使用对称加密密钥传输数据，并校验数据的完整性

4、所以通过发送SSL证书的形式，既解决了公钥获取问题，又解决了黑客冒充问题，一箭双雕，HTTPS加密过程也就此形成

所以相比HTTP，HTTPS 传输更加安全
（1）所有信息都是加密传播，黑客无法窃听。
（2）具有校验机制，一旦被篡改，通信双方会立刻发现。
（3）配备身份证书，防止身份被冒充。

3、HTTPS 总结

综上所述，相比 HTTP 协议，HTTPS 协议增加了很多握手、加密解密等流程，虽然过程很复杂，但其可以保证数据传输的安全。

HTTPS 缺点：

SSL 证书费用很高，以及其在服务器上的部署、更新维护非常繁琐
HTTPS 降低用户访问速度（多次握手）
网站改用HTTPS 以后，由HTTP 跳转到 HTTPS 的方式增加了用户访问耗时（多数网站采用302跳转）
HTTPS 涉及到的安全算法会消耗 CPU 资源，需要增加大量机器（https访问过程需要加解密）

构建私有的 CA 机构

=========================================================================
CA中心申请证书的流程:

过程：
1。web服务器,生成一对非对称加密密钥（web公钥，web私钥）
2。web服务器使用 web私钥生成 web服务器的证书请求，并将证书请求发给CA服务器
3。CA服务器使用 CA的私钥对 web 服务器的证书请求进行数字签名得到 web服务器的数字证书，并将web服务器的数字证书颁发给web服务器。
4。client访问web服务器，请求https连接，下载web数字证书
5。client下载 CA数字证书（CA身份信息＋CA公钥，由上一级CA颁发，也可自签名颁发），验证 web数字证书（CA数字证书中有CA公钥，web数字证书是使用CA私钥签名的）

1、CA 介绍

CA（Certificate Authority）证书颁发机构主要负责证书的颁发、管理以及归档和吊销。证书内包含了拥有证书者的姓名、地址、电子邮件帐号、公钥、证书有效期、发放证书的CA、CA的数字签名等信息。证书主要有三大功能：加密、签名、身份验证。

2、构建私有 CA

1、检查安装 openssl

[root@https-ca ~]# rpm -qa openssl

如果未安装

[root@https-ca ~]# yum install openssl openssl-devel

2、查看配置文件

openssl 配置/etc/pki/tls/openssl.cnf有关CA的配置。如果服务器为证书签署者的身份那么就会用到此配置文件，此配置文件对于证书申请者是无作用的。

[root@https-ca ~]# vim /etc/pki/tls/openssl.cnf
####################################################################
[ ca ]
default_ca      = CA_default            # 默认的CA配置；CA_default指向下面配置块

####################################################################
[ CA_default ]

dir             = /etc/pki/CA           # CA的默认工作目录
certs           = $dir/certs            # 认证证书的目录
crl_dir         = $dir/crl              # 证书吊销列表的路径
database        = $dir/index.txt        # 数据库的索引文件


new_certs_dir   = $dir/newcerts         # 新颁发证书的默认路径

certificate     = $dir/cacert.pem       # 此服务认证证书，如果此服务器为根CA那么这里为自颁发证书
serial          = $dir/serial           # 下一个证书的证书编号
crlnumber       = $dir/crlnumber        # 下一个吊销的证书编号
                                        
crl             = $dir/crl.pem          # The current CRL
private_key     = $dir/private/cakey.pem# CA的私钥
RANDFILE        = $dir/private/.rand    # 随机数文件

x509_extensions = usr_cert              # The extentions to add to the cert

name_opt        = ca_default            # 命名方式，以ca_default定义为准
cert_opt        = ca_default            # 证书参数，以ca_default定义为准


default_days    = 365                   # 证书默认有效期
default_crl_days= 30                    # CRl的有效期
default_md      = sha256                # 加密算法
preserve        = no                    # keep passed DN ordering


policy          = policy_match          #policy_match策略生效

# For the CA policy
[ policy_match ]
countryName             = match         #国家；match表示申请者的申请信息必须与此一致
stateOrProvinceName     = match         #州、省
organizationName        = match         #组织名、公司名
organizationalUnitName  = optional      #部门名称；optional表示申请者可以的信息与此可以不一致
commonName              = supplied
emailAddress            = optional

# For the 'anything' policy
# At this point in time, you must list all acceptable 'object'
# types.
[ policy_anything ]                     #由于定义了policy_match策略生效，所以此策略暂未生效
countryName             = optional
stateOrProvinceName     = optional
localityName            = optional
organizationName        = optional
organizationalUnitName  = optional
commonName              = supplied
emailAddress            = optional

3、根证书服务器目录

根CA服务器：因为只有 CA 服务器的角色，所以用到的目录只有/etc/pki/CA
网站服务器：只是证书申请者的角色，所以用到的目录只有/etc/pki/tls

4、创建所需要的文件

[root@https-ca ~]# cd /etc/pki/CA/
[root@https-ca CA]# ls
certs  crl  newcerts  private
[root@https-ca CA]# touch index.txt   #创建生成证书索引数据库文件
[root@https-ca CA]# ls
certs  crl  index.txt  newcerts  private
[root@https-ca CA]# echo 01 > serial   #指定第一个颁发证书的序列号
[root@https-ca CA]# ls
certs  crl  index.txt  newcerts  private  serial
[root@https-ca CA]#

5、创建密钥

在根CA服务器上创建密钥，密钥的位置必须为/etc/pki/CA/private/cakey.pem，这个是openssl.cnf中中指定的路径，只要与配置文件中指定的匹配即可。

[root@https-ca CA]# (umask 066; openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
...........+++
...............+++
e is 65537 (0x10001)

6、生成自签名证书

根CA自签名证书，根CA是最顶级的认证机构，没有人能够认证他，所以只能自己认证自己生成自签名证书。

[root@https-ca CA]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -days 7300 -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 7300
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [XX]:CN
State or Province Name (full name) []:BEIJING
Locality Name (eg, city) [Default City]:BEIJING
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:CA
Organizational Unit Name (eg, section) []:OPT
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:www.biudefor.com
Email Address []:
[root@https-ca CA]# ls
cacert.pem  certs  crl  index.txt  newcerts  private  serial

-new:   生成新证书签署请求
-x509:  专用于CA生成自签证书
-key:   生成请求时用到的私钥文件
-days n：    证书的有效期限
-out /PATH/TO/SOMECERTFILE:     证书的保存路径

7、下载安装证书

/etc/pki/CA/cacert.pem就是生成的自签名证书文件，使用 SZ/xftp工具将他导出到窗口机器中。然后双击安装此证书到受信任的根证书颁发机构

[root@https-ca CA]# yum install -y lrzsz
[root@https-ca CA]# sz cacert.pem

image.png

3、客户端CA 证书申请及签名

1、检查安装 openssl

[root@nginx-server ~]# rpm -qa openssl

如果未安装，安装 openssl

[root@nginx-server ~]# yum install openssl openssl-devel

2、客户端生成私钥文件

[root@nginx-server ~]# (umask 066; openssl genrsa -out /etc/pki/tls/private/www.biudefor.com.key 2048)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
..............................+++
..........+++
e is 65537 (0x10001)
[root@nginx-server ~]# cd /etc/pki/tls/private/
[root@nginx-server private]# ls
www.biudefor.com.key
[root@nginx-server private]#

3、客户端用私钥加密生成证书请求

[root@nginx-server private]# ls ../
cert.pem  certs  misc  openssl.cnf  private
[root@nginx-server private]# openssl req -new -key /etc/pki/tls/private/www.biudefor.com.key -days 365 -out /etc/pki/tls/www.biudefor.com.csr
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [XX]:CN
State or Province Name (full name) []:BEIJING
Locality Name (eg, city) [Default City]:BEIJING
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:biudefor
Organizational Unit Name (eg, section) []:OPT
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:www.biudefor.com
Email Address []:

Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:
An optional company name []:
[root@nginx-server private]# ls ../
cert.pem  certs  misc  openssl.cnf  private  www.biudefor.com.csr
[root@nginx-server private]#

CSR(Certificate Signing Request)包含了公钥和名字信息。通常以.csr为后缀，是网站向CA发起认证请求的文件，是中间文件。

在这一命令执行的过程中，系统会要求填写如下信息：

1562059278073.png
最后把生成的请求文件（/etc/pki/tls/www.biudefor.com.csr）传输给CA ,这里我使用scp命令，通过ssh协议，将该文件传输到CA下的/etc/pki/CA/private/目录

[root@nginx-server private]# cd ../
[root@nginx-server tls]# scp www.biudefor.com.csr 10.0.105.181:/etc/pki/CA/private
root@10.0.105.181's password: 
www.biudefor.com.csr                                                           100%  997   331.9KB/s   00:00

4、在ca服务器上面操作:CA 签署证书

默认使用/etc/pki/tls/openssl.cnf，里面要求其一致，修改organizationName=supplied
修改 /etc/pki/tls/openssl.cnf

[root@https-ca ~]# vim /etc/pki/tls/openssl.cnf
policy          = policy_match
 82 
 83 # For the CA policy
 84 [ policy_match ]
 85 countryName             = match
 86 stateOrProvinceName     = match
 87 organizationName        = supplied
 88 organizationalUnitName  = optional
 89 commonName              = supplied
 90 emailAddress            = optional

2、查看生成的证书的信息

[root@https-ca ~]# openssl ca -in /etc/pki/CA/private/www.biudefor.com.csr -out /etc/pki/CA/certs/www.biudefor.com.crt -days 365
Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf
Check that the request matches the signature
Signature ok
Certificate Details:
        Serial Number: 1 (0x1)
        Validity
            Not Before: Jul  3 10:12:23 2019 GMT
            Not After : Jul  2 10:12:23 2020 GMT
        Subject:
            countryName               = CN
            stateOrProvinceName       = BEIJING
            organizationName          = QF
            organizationalUnitName    = OPT
            commonName                = www.biudefor.com
        X509v3 extensions:
            X509v3 Basic Constraints: 
                CA:FALSE
            Netscape Comment: 
                OpenSSL Generated Certificate
            X509v3 Subject Key Identifier: 
                E3:AC:1A:55:2B:28:B9:80:DC:9C:C2:13:70:53:27:AD:3D:44:8F:D3
            X509v3 Authority Key Identifier: 
                keyid:5D:2A:81:B2:E7:8D:D8:88:E5:7B:94:CA:75:65:9C:82:2B:A9:B2:3C

Certificate is to be certified until Jul  2 10:12:23 2020 GMT (365 days)
Sign the certificate? [y/n]:y


1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

证书通常以.crt为后缀，表示证书文件

1、查看生成的证书的信息

[root@https-ca ~]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/www.biudefor.com.crt -noout -subject -dates
subject= /C=CN/ST=BEIJING/O=QF/OU=OPT/CN=www.biudefor.com
notBefore=Jan 13 05:05:13 2020 GMT
notAfter=Jan 12 05:05:13 2021 GMT

2、将生成的证书发放给请求客户端

[root@https-ca ~]# cd /etc/pki/CA/certs/
[root@https-ca certs]# scp www.biudefor.com.crt 10.0.105.199:/etc/pki/CA/certs/
root@10.0.105.199's password: 
www.biudefor.com.crt                                                           100% 4422   998.3KB/s   00:00

测试:

在nginx-server端操作:
[root@nginx-server ~]# cd /etc/pki/CA/certs/
[root@nginx-server certs]# ls
www.biudefor.com.crt
[root@nginx-client certs]#  find / -name *.key
/etc/pki/tls/private/www.biudefor.com.key
/usr/share/doc/openssh-7.4p1/PROTOCOL.key

还是在这台机器安装nginx并且配置证书:
root@localhost conf.d]# pwd
/etc/nginx/conf.d
[root@localhost conf.d]# vim nginx.conf
server {
        listen       443 ssl;
        server_name  localhost;

        ssl_certificate         /etc/pki/CA/certs/www.biudefor.com.crt;  #指定证书路径
        ssl_certificate_key  /etc/pki/tls/private/www.biudefor.com.key;  #指定私钥路径
        ssl_session_timeout  5m;   #配置用于SSL会话的缓存
        ssl_protocols  SSLv2 SSLv3 TLSv1;   #指定使用的协议
        ssl_ciphers  ALL:!ADH:!EXPORT56:RC4+RSA:+HIGH:+MEDIUM:+LOW:+SSLv2:+EXP; # //密码指定为OpenSSL支持的格式
        ssl_prefer_server_ciphers   on;  #设置协商加密算法时，优先使用服务端的加密，而不是客户端浏览器的。

        location / {
                root /usr/share/nginx/html;
                index index.html index.htm;
                }
}
保存重启
[root@localhost conf.d]# nginx -t 
[root@localhost conf.d]# nginx -s reload

浏览器测试访问:

1563288178855.png

1563288213916.png

阿里云配置证书案例:

1.接着需要把这两个证书文件给复制到服务器当中去，首先需要在服务器创建对应的文件夹，参考命令如下
[root@nginx ~]# cd /etc/nginx/ && mkdir cert
2.在服务器创建完成对应文件夹之后，将证书文件复制到服务器中
[root@nginx ~]# ls
2447549_www.testpm.cn_nginx.zip
[root@nginx ~]# unzip 2447549_www.testpm.cn_nginx.zip
Archive:  2447549_www.testpm.cn_nginx.zip
Aliyun Certificate Download
  inflating: 2447549_www.testpm.cn.pem  
  inflating: 2447549_www.testpm.cn.key   
[root@nginx ~]# ls
2447549_www.testpm.cn.key  2447549_www.testpm.cn_nginx.zip  2447549_www.testpm.cn.pem
[root@nginx ~]# cp 2447549_www.testpm.cn* /etc/nginx/cert/
[root@nginx ~]# cd /etc/nginx/cert/
[root@nginx cert]# mv 2447549_www.testpm.cn.key www.testpm.cn.key 
[root@nginx cert]# mv 2447549_www.testpm.cn.pem www.testpm.cn.pem
证书配置
证书复制完成之后，可以对nginx配置文件进行更改，使用vim命令
[root@nginx ~]# cd /etc/nginx/conf.d/
[root@nginx conf.d]# vim nginx_ssl.conf
[root@nginx conf.d]# cat /etc/nginx/conf.d/nginx_ssl.conf 
server {
    listen 443 ssl;
    server_name www.testpm.cn;
    access_log  /var/log/nginx/https_access.log  main;

    ssl_certificate   /etc/nginx/cert/www.testpm.cn.pem;;
    ssl_certificate_key  /etc/nginx/cert/www.testpm.cn.key;
    ssl_session_timeout 5m;
    ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
    ssl_ciphers  ALL:!ADH:!EXPORT56:RC4+RSA:+HIGH:+MEDIUM:+LOW:+SSLv2:+EXP;
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    location / {
        root  /usr/share/nginx/html;
        index index.html index.htm;
    }
}

十四、HTTPS基本原理、构建私有CA
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