带你使用Nginx实现HTTPS双向验证

https单向验证应用广泛想必大家都很熟悉，我已经在一篇博文中分享过，这次来看看Nginx如何实现双向验证。

 

单向验证与双向验证的区别：

 

单向验证： 指客户端验证服务器端证书，服务器并不需要验证客户端证书。

 

双向验证：指客户端验证服务器端证书，而服务器也需要通过CA的公钥证书来验证客户端证书。

 

详细的握手过程：

 

单向验证

 

浏览器发送一个连接请求给安全服务器。

 

1、服务器将自己的证书，以及同证书相关的信息发送给客户浏览器。

 

2、客户浏览器检查服务器送过来的证书是否是由自己信赖的CA中心所签发的。如果是，就继续执行协议；如果不是，客户浏览器就给客户一个警告消息：警告客户这个证书不是可以信赖的询问客户是否需要继续。

 

3、接着客户浏览器比较证书里的消息，例如域名和公钥，与服务器刚刚发送的相关消息是否一致，如果是一致的，客户浏览器认可这个服务器的合法身份。

 

4、浏览器随机产生一个用于后面通讯的“通话密钥”，然后用服务器的公钥对其加密，然后将加密后的“预主密码”传给服务器。

 

5、服务器从客户发送过来的密码方案中，选择一种加密程度最高的密码方案，用服务器的私钥加密后通知浏览器。

 

6、浏览器针对这个密码方案，接着用服务器的公钥加过密后发送给服务器。

 

7、服务器接收到浏览器送过来的消息，用自己的私钥解密，获得。

 

8、服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，使用相同的对称密钥。

双向验证

 

1、浏览器发送一个连接请求给安全服务器。

 

2、服务器将自己的证书，以及同证书相关的信息发送给客户浏览器。

 

3、客户浏览器检查服务器送过来的证书是否是由自己信赖的CA中心所签发的。如果是，就继续执行协议；如果不是，客户浏览器就给客户一个警告消息：警告客户这个证书不是可以信赖的询问客户是否需要继续。

 

4、接着客户浏览器比较证书里的消息，例如域名和公钥，与服务器刚刚发送的相关消息是否一致，如果是一致的，客户浏览器认可这个服务器的合法身份。

 

5、服务器要求客户的身份认证，用户可以建立一个随机数然后对其进行数字签名，将这个含有签名的随机数和客户自己的证书以及加密过的“预主密码”一起传给服务器。

 

6、服务器必须检验客户证书和签名随机数的合法性，具体的合法性验证过程包括：客户的证书使用日期是否有效，为客户提供证书的CA 是否可靠，发行CA 的公钥能否正确解开客户证书的发行CA的数字签名，检查客户的证书是否在证书废止列表（CRL）中。检验如果没有通过，通讯立刻中断；如果验证通过，服务器将用自己的私钥解开加密的“预主密码”，然后执行一系列步骤来产生主通讯密码（客户端也将通过同样的方法产生相同的主通讯密码）。

 

7、客户浏览器告诉服务器自己所能够支持的通讯对称密码方案。

 

8、服务器从客户发送过来的密码方案中，选择一种加密程度最高的密码方案，用客户的公钥加过密后通知浏览器。

 

9、浏览器针对这个密码方案，选择一个通话密钥，接着用服务器的公钥加过密后发送给服务器。

 

10、服务器接收到浏览器送过来的消息，用自己的私钥解密，获得通话密钥。

 

11、服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，使用相同的对称密钥。

一、自建CA，签署证书

# openssl 配置文件路径

vim /etc/pki/tls/openssl.cnf

 

# 下面只列出配置文件中和自建CA有关的几个关键指令

 

dir             = /etc/pki/CA # CA的工作目录

database        = $dir/index.txt # 签署证书的数据记录文件

new_certs_dir   = $dir/newcerts # 存放新签署证书的目录

serial          = $dir/serial # 新证书签署号记录文件

certificate     = $dir/ca.crt # CA的证书路径

private_key     = $dir/private/cakey.pem # CA的私钥路径

 

使用openssl制作CA的自签名证书

# 切换到CA的工作目录

cd /etc/pki/CA

 

# 制作CA私钥

(umask 077; openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048)

 

# 制作自签名证书

openssl req -new -x509 -key private/cakey.pem  -out ca.crt

 

# 生成数据记录文件，生成签署号记录文件，给文件一个初始号。

touch index.txt

touch serial

echo '01'> serial

 

# 自建CA完成

 

准备服务器端证书

# 制作服务器端私钥

(umask 077; openssl genrsa -out server.key 1024)

 

# 制作服务器端证书申请指定使用sha512算法签名 （默认使用sha1算法）

openssl req -new -key server.key -sha512 -out server.csr

 

# 签署证书

openssl ca -in server.csr -out server.crt -days 3650

 

准备客户端证书

# 制作客户端私钥

(umask 077; openssl genrsa -out kehuduan.key 1024)

 

# 制作客户端证书申请

openssl req -new -key kehuduan.key -out kehuduan.csr

 

# 签署证书

openssl ca -in kehuduan.csr -out kehuduan.crt -days 3650

 

注意事项:

 

1、制作证书时会提示输入密码，设置密码可选，服务器证书和客户端证书密码可以不相同。

2、服务器证书和客户端证书制作时提示输入省份、城市、域名信息等，需保持一致。

3、以下信息根证书需要和客户端证书匹配，否则可能出现签署问题。

 

             countryName = match
             stateOrProvinceName = match
             organizationName = match
             organizationalUnitName = match

 

如何指定签署证书的签名算法

openssl req xx

 

-[digest]      Digest to sign with (see openssl dgst -h for list)

 

查看使用的签名算法:

# 使用-sha256指定算法

openssl req -new -key server.key -sha256 -out server.csr

 

二、提供Nginx配置文件

server {

        listen       443;

        server_name  pro.server.com;

        ssi on;

        ssi_silent_errors on;

        ssi_types text/shtml;

 

        ssl                  on;

        ssl_certificate      /data/server/nginx/ssl/self/server.crt;

        ssl_certificate_key  /data/server/nginx/ssl/self/server.key;

        ssl_client_certificate /data/server/nginx/ssl/self/ca/ca.crt;

 

        ssl_verify_client on;

        ssl_protocols    TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;

        ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES256-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-SHA256:ECDHE-ECDSA-RC4-SHA:!ECDHE-RSA-RC4-SHA:ECDH-ECDSA-RC4-SHA:ECDH-RSA-RC4-SHA:ECDHE-RSA-AES256-SHA:!RC4-SHA:HIGH:!aNULL:!eNULL:!LOW:!3DES:!MD5:!EXP:!CBC:!EDH:!kEDH:!PSK:!SRP:!kECDH;

        ssl_prefer_server_ciphers On;

 

        index index.html index.htm index.php;

        root /data/www;

        location ~ .*\.(php|php5)?$

        {

                #fastcgi_pass  unix:/tmp/php-cgi.sock;

                fastcgi_pass  127.0.0.1:9000;

                fastcgi_index index.php;

                include fastcgi.conf;

        }

        location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf)$

        {

                expires 30d;

        }

        location ~ .*\.(js|css)?$

        {

                expires 1h;

        }

###this is to use open website lianjie like on apache##

        location / {

                if (!-e $request_filename) {

                        rewrite ^(.*)$ /index.php?s=$1 last;

                        break;

                }

                 keepalive_timeout  0;

        }

        location ~ /.svn/ {

        deny all;

        }

###end##

        include /data/server/nginx/conf/rewrite/test.conf;

        access_log /log/nginx/access/access.log;

}

 

客户端证书格式转换

# 将文本格式的证书转换成可以导入浏览器的证书

openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.p12

 

 

三、将证书导入浏览器，这里以Chrome为例

 

1、在浏览器窗口右上角找到设置

2、在设置窗口中找到高级设置

3、找到管理证书

4、点击导入证书，然后选择证书路径就可以了

5、在导入证书之后就可以正常访问到服务器数据了

6、如果没有成功导入客户端证书就访问服务器的话，那么服务器验证客户端证书这步就会失败，然后返回如下错误

由于用的是自签证书不被公有CA信任，所以https那里会有红叉。

 

 

附加内容: 如何配置级联证书链

（2016/11/08）

 

为什么我之前写这篇的时候没有写上，而是之后加上这块呢？

 

因为之前做的实验用的是自签名证书，所谓的自签名证书就是CA也是自己做，自己给自己发证。

那么我们在签发服务端证书和客户端证书的时候，是由自己所创建的根级CA下发的。 不存在一级、二级代理CA的概念。在Nginx上配置校验客户端证书时，只需要制定根级CA的证书就够了。

 

但是在实际运用过程中，我们很可能会在CA代理机构，申请受信任的证书，这个机构很可能就会是代理CA，也就是由根级CA授权的下级CA，有数字证书的签发资格。

 

举个例子，假如有一个二级代理CA签发了一个证书，那么当需要校验这个证书的合法性时，需要用到签发这个证书的二级代理CA的证书来校验。 那么二级代理CA的证书是否又可信呢？ 那么就需要给二级代理CA发证的，一级代理CA的证书来校验，层层递进，直到根CA证书。这就是级联证书的校验模式。

 

这时候在配置Nginx校验客户端证书时，只指定给发证的二级代理CA的证书就不行了。 还需要跟上能校验二级代理CA证书的根CA证书。

 

在HTTPS双向验证中，指定CA证书来校验客户端证书时，是用于校验整个信任域。 比如: 你的顶级域名是 baidu.com。 那么任何 xxx.baidu.com 的证书都可以被信任。

 

 

假设在startSSL申请了一个SSL证书

 

使用者: test.baidu.com

颁发者: StartCom Class 1 DV Server CA

 

打开这个CA证书可以看到，它上面还有一级，它的颁发者是 StartCom Certification Authority

 

然后再打开这个CA的证书，查看颁发者和使用者都相同，那它应该就是根级CA了。

 

test.baidu.com 作为客户端证书，Nginx配置校验：

 

1、打开代理CA和根级CA的证书，复制代理CA证书中的内容，贴到根CA证书内容的下方，保存；

 

2、提供Nginx配置文件

server {

        listen       443;

        server_name  test.baidu.com;

        ssl                  on;

        ssl_certificate        /alidata/server/nginx/ssl/server.baidu.com.crt;

        ssl_certificate_key    /alidata/server/nginx/ssl/server.key;

        ssl_verify_depth 2;

        ssl_client_certificate /alidata/server/nginx/ssl/ca/ca_and_proxyca.crt;

        ssl_verify_client on;

        ssl_protocols    TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;

        ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES256-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-SHA256:ECDHE-ECDSA-RC4-SHA:!ECDHE-RSA-RC4-SHA:ECDH-ECDSA-RC4-SHA:ECDH-RSA-RC4-SHA:ECDHE-RSA-AES256-SHA:!RC4-SHA:HIGH:!aNULL:!eNULL:!LOW:!3DES:!MD5:!EXP:!CBC:!EDH:!kEDH:!PSK:!SRP:!kECDH;

        ssl_prefer_server_ciphers on;

 

 

        index index.html index.htm index.php;

        root /alidata/www/default;

}

 

部分重点配置解释:

ssl_verify_client on 开启客户端身份校验

ssl_client_certificate 指定用于校验客户端证书的CA的证书，如果是代理级CA，那么需要把内容并在一起。

ssl_verify_depth 指定校验深度

 

证书常见的三种格式，pem、der、pkcs12

 

pem 格式也就是文本格式，可以直接用文本编辑器打开看到证书内容的，这也是最常见的格式。

 

der 这种格式无法直接通过文本编辑器打开查看内容，通常用在JAVA环境。

 

pkcs12 用于导入浏览器的格式

 

格式转换:

# pem 转 der

openssl x509 -inform pem -in certificate.crt -out certificate.cer -outform DER

 

# pem 格式的证书有含私钥的，和不含私钥的。

 

 

# der 转 pem

openssl x509 -inform der -in certificate.cer -out certificate.pem

 

# 私钥转化 der 转 pem

openssl rsa -inform DER -outform PEM -in privatekey.der -out privatekey.pem

 

 

# pem 转 pkcs12

openssl pkcs12 -export -in Cert.pem -out Cert.p12 -inkey key.pem

 

# pkcs12 转 pem

openssl pkcs12 -nocerts -nodes -in cert.p12 -out private.pem

openssl pkcs12 -clcerts -nokeys -in cert.p12 -out cert.pem

 

 

# P7B 转换为 PEM （P7B格式一般出现在windows server和tomcat中，无私钥）

openssl pkcs7 -print_certs -in incertificat.p7b -out outcertificate.cer

 

 

# PFX 转换为PEM （PFX格式一般出现在windows server中）

#提取私钥

openssl pkcs12 -in certname.pfx -nocerts -out key.pem -nodes

 

#提取证书

openssl pkcs12 -in certname.pfx -nokeys -out cert.pem

 

# 从pem私钥中提取公钥

openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem

 

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