配置SpringBoot实现TLS双向认证

作者: 大猪小猪在菜盘 | 来源:发表于2019-07-08 18:57 被阅读0次

单向认证

我们在通常访问一个网站，例如https://www.baidu.com，这是一个单向的TLS认证，具体的过程为：服务器发送证书给客户端，客户端校验证书。验证证书有效之后，客户端和服务器协商出一个对称加密密钥由服务端的私钥加密，客户端收到之后再用公钥解密这个对称密钥，然后就开始了传输层加密之旅。这种时候，服务端并不校验客户端的合法性，来者不拒，绝大部分的网站都是这种类型。

例如查看百度：

[root@iZbp1g905y8l5pclnbxvfxZ ~]# curl https://www.baidu.com -v
* About to connect() to www.baidu.com port 443 (#0)
*   Trying 180.101.49.11...
* Connected to www.baidu.com (180.101.49.11) port 443 (#0)
* Initializing NSS with certpath: sql:/etc/pki/nssdb
*   CAfile: /etc/pki/tls/certs/ca-bundle.crt
  CApath: none
* SSL connection using TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
* Server certificate:
*       subject: CN=baidu.com,O="Beijing Baidu Netcom Science Technology Co., Ltd",OU=service operation department,L=beijing,ST=beijing,C=CN
*       start date: May 09 01:22:02 2019 GMT
*       expire date: Jun 25 05:31:02 2020 GMT
*       common name: baidu.com
*       issuer: CN=GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2,O=GlobalSign nv-sa,C=BE
> GET / HTTP/1.1
> User-Agent: curl/7.29.0
> Host: www.baidu.com
> Accept: */*
>
< HTTP/1.1 200 OK
< Accept-Ranges: bytes
< Cache-Control: private, no-cache, no-store, proxy-revalidate, no-transform
< Connection: Keep-Alive
< Content-Length: 2443
< Content-Type: text/html
< Date: Mon, 19 Aug 2019 05:56:19 GMT
< Etag: "588603eb-98b"
< Last-Modified: Mon, 23 Jan 2017 13:23:55 GMT
< Pragma: no-cache
< Server: bfe/1.0.8.18
< Set-Cookie: BDORZ=27315; max-age=86400; domain=.baidu.com; path=/
<
<!DOCTYPE html>
<!--STATUS OK--><html> <head><meta http-equiv=content-type content=text/html;charset=utf-8><meta http-equiv=X-UA-Compatible content=IE=Edge><meta content=always name=referrer><link rel=stylesheet type=text/css href=https://ss1.bdstatic.com/5eN1bjq8AAUYm2zgoY3K/r/www/cache/bdorz/baidu.min.css><title>百度一下，你就知道</title></head> <body link=#0000cc> <div id=wrapper> <div id=head> <div class=head_wrapper> <div class=s_form> <div class=s_form_wrapper> <div id=lg> <img hidefocus=true src=//www.baidu.com/img/bd_logo1.png width=270 height=129> </div> <form id=form name=f action=//www.baidu.com/s class=fm> <input type=hidden name=bdorz_come value=1> <input type=hidden name=ie value=utf-8> <input type=hidden name=f value=8> <input type=hidden name=rsv_bp value=1> <input type=hidden name=rsv_idx value=1> <input type=hidden name=tn value=baidu><span class="bg s_ipt_wr"><input id=kw name=wd class=s_ipt value maxlength=255 autocomplete=off autofocus=autofocus></span><span class="bg s_btn_wr"><input type=submit id=su value=百度一下 class="bg s_btn" autofocus></span> </form> </div> </div> <div id=u1> <a href=http://news.baidu.com name=tj_trnews class=mnav>新闻</a> <a href=https://www.hao123.com name=tj_trhao123 class=mnav>hao123</a> <a href=http://map.baidu.com name=tj_trmap class=mnav>地图</a> <a href=http://v.baidu.com name=tj_trvideo class=mnav>视频</a> <a href=http://tieba.baidu.com name=tj_trtieba class=mnav>贴吧</a> <noscript> <a href=http://www.baidu.com/bdorz/login.gif?login&amp;tpl=mn&amp;u=http%3A%2F%2Fwww.baidu.com%2f%3fbdorz_come%3d1 name=tj_login class=lb>登录</a> </noscript> <script>document.write('<a href="http://www.baidu.com/bdorz/login.gif?login&tpl=mn&u='+ encodeURIComponent(window.location.href+ (window.location.search === "" ? "?" : "&")+ "bdorz_come=1")+ '" name="tj_login" class="lb">登录</a>');
                </script> <a href=//www.baidu.com/more/ name=tj_briicon class=bri style="display: block;">更多产品</a> </div> </div> </div> <div id=ftCon> <div id=ftConw> <p id=lh> <a href=http://home.baidu.com>关于百度</a> <a href=http://ir.baidu.com>About Baidu</a> </p> <p id=cp>&copy;2017&nbsp;Baidu&nbsp;<a href=http://www.baidu.com/duty/>使用百度前必读</a>&nbsp; <a href=http://jianyi.baidu.com/ class=cp-feedback>意见反馈</a>&nbsp;京ICP证030173号&nbsp; <img src=//www.baidu.com/img/gs.gif> </p> </div> </div> </div> </body> </html>
* Connection #0 to host www.baidu.com left intact

双向认证

有时候我们在一些安全性要求较高的场景下，服务器也需要来校验客户端的合法性。在客户端验证了服务器证书的合法性之后，客户端需要带上自己的证书，服务器收到证书之后，比对服务器在信任链中是否信任了客户端的证书，如果信任，则服务端校验客户端合法。如果证书不在服务端的受信列表上，则拒绝服务。这样子其实就是建立了一条双向认证的TLS传输通道。

配置SpringBoot的SSL

在SpringBoot中很容易就能做到双向认证的配置，具体如下（我们使用内嵌tomcat）：

server:
  port: 8443
  ssl:
    key-store: server.jks
    key-store-password: password
    key-store-type: PKCS12
    trust-store: server_trust.jks
    trust-store-type: JKS
    trust-store-password: password
 #需要认证客户端证书
    client-auth: need

关键就是两组keyStore的生成，双向认证的情况下，首先服务器需要生成一对公私钥，并请求CA签发证书。证书通常配置在servlet容器，或者配置在前端的负载均衡服务器中。证书链（自己生成的根证书及自己签发的中间证书）或者CA根证书（操作系统中自带的信任根证书）需要转换成JKS，并且配置在服务器的trustStore配置中，也可以同样配置在负载均衡上。

另一对为客户端生成的的keyStore（Java客户端）或者包含公钥私钥的密钥交换格式（p12)。第二对的公私钥通常包含了对客户端的一些信息定义。然后将公钥发给CA，请CA签发一张证书。这个CA可以是自签名的，也可以是第三方的证书机构。然后在请求之后带上发给服务端

生成keystore的命令参考如下

keytool -importkeystore -srckeystore keystore.p12 -srcstoretype PKCS12 -deststoretype PKCS12 -destkeystore keystore.jks

测试证书配置是否正确

OpenSSL提供了一个命令来验证证书的配置是否正确，具体如下：

openssl s_client -connect YOURHOST:443 -CAfile ca.pem -servername YOURHOST -key key.pem -cert cert.pem

其中-CAfile可选，在服务端配置的证书为自签名证书的情况下，需要带上这个自签名的ca证书链。

项目遇到的坑总结

因为之前对trustStore的理解不够深刻，因此，在项目中配置server.ssl.trust-store时候，直接将PKCS12密钥交换文件转换过来的JKS设置成为trustStore。这里其实是有问题的，trustStore是服务器的信任密钥存储库，存CA的证书（操作系统管理的所有受信任的根证书），有一部分人存的是客户端证书集合(比如我们内部自己的自签名证书，必须手动设置为信任)不算特别规范，但是trustStore里是绝对不能有私钥信息的。否则在加载trustStore的时候会报类似错误（spring-boot-2.1.0+内嵌tomcat)：

Caused by: java.security.InvalidAlgorithmParameterException: the trustAnchors parameter must be non-empty
    at java.security.cert.PKIXParameters.setTrustAnchors(PKIXParameters.java:200) ~[na:1.8.0_181]
    at java.security.cert.PKIXParameters.<init>(PKIXParameters.java:157) ~[na:1.8.0_181]
    at java.security.cert.PKIXBuilderParameters.<init>(PKIXBuilderParameters.java:130) ~[na:1.8.0_181]
    at org.apache.tomcat.util.net.jsse.JSSEUtil.getParameters(JSSEUtil.java:390) ~[tomcat-embed-core-9.0.12.jar:9.0.12]
    at org.apache.tomcat.util.net.jsse.JSSEUtil.getTrustManagers(JSSEUtil.java:314) ~[tomcat-embed-core-9.0.12.jar:9.0.12]
    at org.apache.tomcat.util.net.AbstractJsseEndpoint.createSSLContext(AbstractJsseEndpoint.java:112) ~[tomcat-embed-core-9.0.12.jar:9.0.12]
    ... 24 common frames omitted

一开始我也一头雾水，网上找了很多方法，压根就不管用。后来还是决定跟到代码中看原因，发现了这么一个判断：

image.png

因此我有理由相信，这个trustStore的内容一定出问题了。所以，我尝试只用证书链来生成trustStore：
导入我们的证书链(从根证书到应用证书)

keytool -import -alias ourtrust -file our_trust_certificates_chain.pem -keystore our_trust.jks

然后，执行我们的测试方法：

void sslCall() throws Exception {

    char[] password = "password".toCharArray();
    // 开发环境中，不一定会有域名，因此可能会造成证书域名和真实服务器IP无法匹配而校验失败。
    //因此在开发环境中，客户端需要加上这么一段配置用来跳过服务端证书校验
    TrustStrategy acceptingTrustStrategy = (X509Certificate[] x509Certificates, String s) -> true;
    SSLContext sslContext = org.apache.http.ssl.SSLContexts.custom()
            // 配置信任链
            .loadTrustMaterial(null, acceptingTrustStrategy)
            .loadKeyMaterial(keyStore("classpath:client_keystore.jks", password), password)
            .build();
    SSLConnectionSocketFactory csf = new SSLConnectionSocketFactory(sslContext, new NoopHostnameVerifier());
    CloseableHttpClient httpClient = HttpClients.custom()
            .setSSLSocketFactory(csf)
            .build();
    HttpComponentsClientHttpRequestFactory requestFactory = new HttpComponentsClientHttpRequestFactory();
    requestFactory.setHttpClient(httpClient);

    RestTemplate restTemplate = new RestTemplate(requestFactory);
    ResponseEntity<String> response = restTemplate.exchange("https://localhost:7099/api/login", HttpMethod.GET, null, String.class);
    System.out.println(response);
}

这样就能正确通过双向认证了。

配置SpringBoot实现TLS双向认证

单向认证

双向认证

配置SpringBoot的SSL

测试证书配置是否正确

项目遇到的坑总结

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