HTTP over SSL

要保证 Web 浏览器到服务器的安全连接,HTTPS 几乎是唯一选择。HTTPS 其实就是 HTTP over SSL,也就是让 HTTP 连接建立在 SSL 安全连接之上。

SSL 使用证书来创建安全连接,有两种验证模式:

  1. 仅客户端验证服务器的证书,客户端自己不提供证书;
  2. 客户端和服务器都互相验证对方的证书。

一般第二种方式用于网上银行等安全性要求较高的网站,普通的 Web 网站只采用第一种方式。

  • 客户端如何验证服务器的证书呢?

web 服务的证书必须经过某权威证书的签名,而这个权威证书又可能经过更权威的证书签名。这么一级一级追溯上去,最顶层那个最权威的证书就称为根证书,根证书一般内置在浏览器中。这样,浏览器就可以利用自己自带的根证书去验证某个 web 服务的证书是否有效。如果要提供一个有效的证书,web 服务的证书必须从 VeriSign 这样的证书颁发机构签名。这样,浏览器就可以验证通过,否则浏览器给出一个证书无效的警告。一般安全要求较高的内网环境,可以通过创建自签名 SSL 证书来加密通信。

数字证书(Certificate)

在 HTTPS 的传输过程中,有一个非常关键的角色—数字证书。那什么是数字证书?又有什么作用呢?

所谓数字证书,是一种用于电脑的身份识别机制。由数字证书颁发机构(CA)对使用私钥创建的签名请求文件做的签名(盖章),表示 CA 结构对证书持有者的认可。

数字证书拥有以下几个优点:

  • 使用数字证书能够提高用户的可信度;
  • 数字证书中的公钥,能够与服务端的私钥配对使用,实现数据传输过程中的加密和解密;
  • 在证认使用者身份期间,使用者的敏感个人数据并不会被传输至证书持有者的网络系统上;

证书类型

x509 的证书编码格式有两种:

  1. PEM(Privacy-enhanced Electronic Mail) 是明文格式的,以 —–BEGIN CERTIFICATE—— 开头,已 —–END CERTIFICATE—— 结尾。中间是经过 base64 编码的内容。查看这类证书的信息的命令为: openssl x509 -noout -text -in server.pem。其实PEM就是把DER的内容进行了一次base64编码
  2. DER 是二进制格式的证书,查看这类证书的信息的命令为: openssl x509 -noout -text -inform der -in server.der

扩展名

  • .crt:证书文件,可以是DER(二进制)编码的,也可以是 PEM( ASCII Base64 编码的),在类 unix 系统中比较常见。
  • .cer:也是证书,常见于 Windows 系统。编码类型同样可以是 DER 或者 PEM 的,windows 下有工具可以转换 crt 到 cer。
  • .csr:证书签名请求文件,一般是生成请求以后发送给 CA,然后 CA 会给您签名并发回证书。
  • .key:一般公钥或者密钥都会用这种扩展名,可以是 DER 编码的或者是 PEM 编码的。
    • 查看DER编码的(公钥或密钥)的文件的命令为: openssl rsa -inform DER -noout -text -in xxx.key
    • 查看PEM编码的(公钥或者密钥)的文件的命令为: openssl rsa -inform PEM -noout -text -in xxx.key;
  • .p12:证书文件,包含一个X509证书和一个被密码保护的私钥。

自签名证书及自签名类型

当由于某种原因(比如不想购买权威 ssl 证书,或者仅用于测试环境等情况),这时可以生成一个自签名证书来使用。使用这个自签名证书的时候,会在客户端浏览器报一个警告,签名证书授权未知或不可信(signing certificate authority is unknown and not trusted)。

自签名类型

  1. 自签名证书
  2. 私有 CA 签名证书

    自签名证书的 IssuerSubject 是相同的。

自签名区别:

  1. 自签名的证书无法被吊销,私有 CA 签名的证书可以被吊销。
  2. 如果您的规划需要创建多个证书,那么使用私有 CA 签名的方法比较合适。因为只要给所有的客户端都安装相同的 CA 证书,那么以该 CA 证书签名过的证书,客户端都是信任的,也就只需要安装一次 CA 证书就够了。
  3. 如果您使用用自签名证书,您需要给所有的客户端安装该证书才会被信任。如果您需要第二个证书,则需要给所有客户端安装第二个 CA 证书才会被信任。

生成私有 CA 自签名证书

可以通过以下脚本一键生成 ssl 自签名证书

#!/bin/bash -e

help ()
{
    echo  ' ================================================================ '
    echo  ' --ssl-domain: 生成 ssl 证书需要的主域名,如不指定则默认为 www.rancher.local,如果是 ip 访问服务,则可忽略;'
    echo  ' --ssl-trusted-ip: 一般 ssl 证书只信任域名的访问请求,有时候需要使用 ip 去访问 server,那么需要给 ssl 证书添加扩展 IP,多个 IP 用逗号隔开;'
    echo  ' --ssl-trusted-domain: 如果想多个域名访问,则添加扩展域名(SSL_TRUSTED_DOMAIN),多个扩展域名用逗号隔开;'
    echo  ' --ssl-size: ssl 加密位数,默认 2048;'
    echo  ' --ssl-cn: 国家代码(2 个字母的代号),默认 CN;'
    echo  ' 使用示例:'
    echo  ' ./create_self-signed-cert.sh --ssl-domain=www.test.com --ssl-trusted-domain=www.test2.com \ '
    echo  ' --ssl-trusted-ip=1.1.1.1,2.2.2.2,3.3.3.3 --ssl-size=2048 --ssl-date=3650'
    echo  ' ================================================================'
}

case "$1" in
    -h|--help) help; exit;;
esac

if [[ $1 == '' ]];then
    help;
    exit;
fi

CMDOPTS="$*"
for OPTS in $CMDOPTS;
do
    key=$(echo ${OPTS} | awk -F"=" '{print $1}' )
    value=$(echo ${OPTS} | awk -F"=" '{print $2}' )
    case "$key" in
        --ssl-domain) SSL_DOMAIN=$value ;;
        --ssl-trusted-ip) SSL_TRUSTED_IP=$value ;;
        --ssl-trusted-domain) SSL_TRUSTED_DOMAIN=$value ;;
        --ssl-size) SSL_SIZE=$value ;;
        --ssl-date) SSL_DATE=$value ;;
        --ca-date) CA_DATE=$value ;;
        --ssl-cn) CN=$value ;;
    esac
done

# CA 相关配置
CA_DATE=${CA_DATE:-3650}
CA_KEY=${CA_KEY:-cakey.pem}
CA_CERT=${CA_CERT:-cacerts.pem}
CA_DOMAIN=cattle-ca

# ssl 相关配置
SSL_CONFIG=${SSL_CONFIG:-$PWD/openssl.cnf}
SSL_DOMAIN=${SSL_DOMAIN:-'www.rancher.local'}
SSL_DATE=${SSL_DATE:-3650}
SSL_SIZE=${SSL_SIZE:-2048}

## 国家代码(2 个字母的代号),默认 CN;
CN=${CN:-CN}

SSL_KEY=$SSL_DOMAIN.key
SSL_CSR=$SSL_DOMAIN.csr
SSL_CERT=$SSL_DOMAIN.crt

echo -e "\033[32m ---------------------------- \033[0m"
echo -e "\033[32m       | 生成 SSL Cert |       \033[0m"
echo -e "\033[32m ---------------------------- \033[0m"

if [[ -e ./${CA_KEY} ]]; then
    echo -e "\033[32m ====> 1. 发现已存在 CA 私钥,备份"${CA_KEY}"为"${CA_KEY}"-bak,然后重新创建 \033[0m"
    mv ${CA_KEY} "${CA_KEY}"-bak
    openssl genrsa -out ${CA_KEY} ${SSL_SIZE}
else
    echo -e "\033[32m ====> 1. 生成新的 CA 私钥 ${CA_KEY} \033[0m"
    openssl genrsa -out ${CA_KEY} ${SSL_SIZE}
fi

if [[ -e ./${CA_CERT} ]]; then
    echo -e "\033[32m ====> 2. 发现已存在 CA 证书,先备份"${CA_CERT}"为"${CA_CERT}"-bak,然后重新创建 \033[0m"
    mv ${CA_CERT} "${CA_CERT}"-bak
    openssl req -x509 -sha256 -new -nodes -key ${CA_KEY} -days ${CA_DATE} -out ${CA_CERT} -subj "/C=${CN}/CN=${CA_DOMAIN}"
else
    echo -e "\033[32m ====> 2. 生成新的 CA 证书 ${CA_CERT} \033[0m"
    openssl req -x509 -sha256 -new -nodes -key ${CA_KEY} -days ${CA_DATE} -out ${CA_CERT} -subj "/C=${CN}/CN=${CA_DOMAIN}"
fi

echo -e "\033[32m ====> 3. 生成 Openssl 配置文件 ${SSL_CONFIG} \033[0m"
cat > ${SSL_CONFIG} <<EOM
[req]
req_extensions = v3_req
distinguished_name = req_distinguished_name
[req_distinguished_name]
[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = clientAuth, serverAuth
EOM

if [[ -n ${SSL_TRUSTED_IP} || -n ${SSL_TRUSTED_DOMAIN} ]]; then
    cat >> ${SSL_CONFIG} <<EOM
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
EOM
    IFS=","
    dns=(${SSL_TRUSTED_DOMAIN})
    dns+=(${SSL_DOMAIN})
    for i in "${!dns[@]}"; do
      echo DNS.$((i+1)) = ${dns[$i]} >> ${SSL_CONFIG}
    done

    if [[ -n ${SSL_TRUSTED_IP} ]]; then
        ip=(${SSL_TRUSTED_IP})
        for i in "${!ip[@]}"; do
          echo IP.$((i+1)) = ${ip[$i]} >> ${SSL_CONFIG}
        done
    fi
fi

echo -e "\033[32m ====> 4. 生成服务 SSL KEY ${SSL_KEY} \033[0m"
openssl genrsa -out ${SSL_KEY} ${SSL_SIZE}

echo -e "\033[32m ====> 5. 生成服务 SSL CSR ${SSL_CSR} \033[0m"
openssl req -sha256 -new -key ${SSL_KEY} -out ${SSL_CSR} -subj "/C=${CN}/CN=${SSL_DOMAIN}" -config ${SSL_CONFIG}

echo -e "\033[32m ====> 6. 生成服务 SSL CERT ${SSL_CERT} \033[0m"
openssl x509 -sha256 -req -in ${SSL_CSR} -CA ${CA_CERT} \
    -CAkey ${CA_KEY} -CAcreateserial -out ${SSL_CERT} \
    -days ${SSL_DATE} -extensions v3_req \
    -extfile ${SSL_CONFIG}

echo -e "\033[32m ====> 7. 证书制作完成 \033[0m"
echo
echo -e "\033[32m ====> 8. 以 YAML 格式输出结果 \033[0m"
echo "----------------------------------------------------------"
echo "ca_key: |"
cat $CA_KEY | sed 's/^/  /'
echo
echo "ca_cert: |"
cat $CA_CERT | sed 's/^/  /'
echo
echo "ssl_key: |"
cat $SSL_KEY | sed 's/^/  /'
echo
echo "ssl_csr: |"
cat $SSL_CSR | sed 's/^/  /'
echo
echo "ssl_cert: |"
cat $SSL_CERT | sed 's/^/  /'
echo

echo -e "\033[32m ====> 9. 附加 CA 证书到 Cert 文件 \033[0m"
cat ${CA_CERT} >> ${SSL_CERT}
echo "ssl_cert: |"
cat $SSL_CERT | sed 's/^/  /'
echo

echo -e "\033[32m ====> 10. 重命名服务证书 \033[0m"
echo "cp ${SSL_DOMAIN}.key tls.key"
cp ${SSL_DOMAIN}.key tls.key
echo "cp ${SSL_DOMAIN}.crt tls.crt"
cp ${SSL_DOMAIN}.crt tls.crt

脚本说明

  • 复制以上代码另存为 create_self-signed-cert.sh 或者其他您喜欢的文件名。
  • 脚本参数
--ssl-domain: 生成 ssl 证书需要的主域名,如不指定则默认为 www.rancher.local,如果是 ip 访问服务,则可忽略;
--ssl-trusted-ip: 一般 ssl 证书只信任域名的访问请求,有时候需要使用 ip 去访问 server,那么需要给 ssl 证书添加扩展 IP,多个 IP 用逗号隔开;
--ssl-trusted-domain: 如果想多个域名访问,则添加扩展域名(TRUSTED_DOMAIN),多个 TRUSTED_DOMAIN 用逗号隔开;
--ssl-size: ssl 加密位数,默认 2048;
--ssl-cn: 国家代码(2 个字母的代号),默认 CN;
使用示例:
./create_self-signed-cert.sh --ssl-domain=www.test.com --ssl-trusted-domain=www.test2.com \
--ssl-trusted-ip=1.1.1.1,2.2.2.2,3.3.3.3 --ssl-size=2048 --ssl-date=3650

验证证书

注意: 因为使用的是自签名证书,浏览器会提示证书的颁发机构是未知的。

把生成的 ca 证书和去除密码的私钥文件部署到 web 服务器后,执行以下命令验证:

通过 openssl 本地校验

openssl verify -CAfile cacerts.pem tls.crt 应该返回状态为 ok

openssl x509 -in tls.crt -noout -text 执行后查看对应的域名和扩展 iP 是否正确

通过远程 web 服务在线验证

注意: 修改为你自己的域名

  • 不加 CA 证书验证
    openssl s_client -connect demo.rancher.com:443 -servername demo.rancher.com

  • 添加 CA 证书验证
    openssl s_client -connect demo.rancher.com:443 -servername demo.rancher.com -CAfile server-ca.crt