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Nginx配置Https单向认证、双向认证以及多证书配置

2021-02-04  本文已影响0人  砒霜拌辣椒

1、环境准备

1.1、Nginx

Nginx版本：1.12.0

Nginx为了支持Https需要安装http_ssl_module模块。在编译时需要带上--with-http_ssl_module参数。

./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http_ssl_module
make && make install

然后通过./nginx -V查看有没有--with-http_ssl_module参数。

1.2、openssl生成公私钥

无论是客户端还是服务端，都可以使用openssl命令来生成公私钥，前提是需要安装好openssl。

生成服务端私钥

openssl genrsa [-out filename] [numbits]

比如：生成一个名为server.key的私钥，长度1024。

openssl genrsa -out server.key 1024
openssl

生成服务端公钥证书

openssl req -new -x509 [-key keyfile] [-out crtfile] [-days numdays]

比如：生成一个名为server.crt的证书，有效期10年。

openssl req -new -x509 -key server.key -out server.crt -days 3650

依次会要求输入国家、省市、公司单位、域名、邮箱等信息。

最关键的是域名信息Common Name，这里需要填写服务器的域名地址，比如test.com；也可以填写泛域名，比如*.test.com；如果没有域名，可以直接填写服务端ip地址。

openssl

通过以上2步，已经生成了私钥server.key，公钥证书server.crt。

生成客户端公私钥

# 生成客户端证书私钥
openssl genrsa -out client.key 1024
# 生成客户端公钥证书
openssl req -new -x509 -key client.key -out client.crt -days 3650
# 生客户端p12格式证书，需要输入一个密码，选一个好记的，比如123456
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.p12

最后会将公私钥两个文件合成得到一个p12文件，p12文件主要用于客户端（包括Postman、浏览器、Java客户端等）发起https请求提供公私钥。

还可以利用Java自带的keytool工具来生成公私钥，并且可以和openssl生成的公私钥进行互相转换。具体可以参考文末的附录。

2、单向认证配置和客户端调用

2.1、Nginx配置

编辑nginx.conf文件在http{...}配置块中新增一个server配置块。

# 负载均衡配置
upstream backend {
    server 192.168.0.1:10900;
    server 192.168.0.2:10900;
    server 192.168.0.3:10900;
}

server {
    listen       21000 ssl;
    server_name  localhost;

    ssl_certificate      ../ssl/server.crt;  # server公钥证书
    ssl_certificate_key  ../ssl/server.key;  # server私钥

    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout  5m;

    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    access_log logs/access1.log; # 单独指定输出访问日志
    error_log logs/error1.log; # # 单独指定输出错误日志

    location / {
        proxy_pass    http://backend;
    }
}

单向认证只需要配置服务器的公私钥即可，这里的相对路径是相对Nginx的配置文件nginx.conf的路径而言的。而输出日志的相对路径是相对于conf目录的路径而言。

2.2、Postman调用

只需要把原来请求的http替换成https即可，不需要做其它任何改动。

2.3、浏览器调用

也是把http替换成https就行了。

如果浏览器提示有风险NET::ERR_CERT_AUTHORITY_INVALID，这主要是服务端证书是我们自己通过命令生成签发的，不是来自于正规的CA机构签发，所以导致浏览器不信任，可以点击高级 -> 继续前往即可。


注意这里最好使用谷歌浏览器测试，国内一些浏览器可能会提示NET::ERR_CERT_REVOKED证书已被吊销，达不到测试效果。

2.4、Java客户端调用

网上很多都是采用httpclient作为http库，这里比较推荐使用Hutool工具包。

<dependency>
    <groupId>cn.hutool</groupId>
    <artifactId>hutool-all</artifactId>
    <version>5.2.4</version>
</dependency>

HttpResponse httpResponse = HttpRequest.post("https://ip:port/senddata")
                .contentType("text/plain")
                .body("requestBody")
                .execute();
System.out.println(httpResponse.getStatus());
System.out.println(httpResponse.body());

只要把原来的http替换成https就行，非常的方便！

3、双向认证配置和客户端调用

3.1、Nginx配置

也是在http{...}配置块中新增一个server配置块。

# 负载均衡配置
upstream backend {
    server 192.168.0.1:10900;
    server 192.168.0.2:10900;
    server 192.168.0.3:10900;
}

server {
    listen       21000 ssl;
    server_name  a.com;

    ssl_certificate      ../ssl/server.crt;  # server公钥证书
    ssl_certificate_key  ../ssl/server.key;  # server私钥
    ssl_client_certificate ../clientcrt/clientA.crt;  # client公钥证书
    ssl_verify_client on;  # 开启客户端证书验证

    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout  5m;

    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    access_log logs/a_access.log;
    error_log logs/a_error.log;

    location / {
        proxy_pass    http://backend;
    }
}

因为是双向认证，不仅客户端要认证服务端，服务端也需要认证客户端，所以相较于单向认证，会多出以下2个配置参数：

3.2、Postman调用

  1. 在设置General中先把SSL certificate verification关掉。

  1. 然后在Certificates中配置客户端公私钥证书。注意这里的地址和端口要与实际的一致，否则请求时会认证失败。

  2. 或者可以只配置p12文件，同时也要配置p12文件的密码。p12文件可以认为是一对公私钥的合体文件，通常会有密码保护；可以通过openssl命令生成（将公私钥两个文件合成得到一个p12文件）。

  3. 最后发起请求


3.3、浏览器调用

浏览器一般用单向认证会比较多，双向认证的详细配置步骤这里就不多啰嗦了。主要就是把自己客户端的p12文件导入到自己电脑的证书列表中再访问服务端，如果提示服务端的证书有风险，点击继续就行。

3.4、Java客户端调用

这里我们使用httpclient来发起https的请求进行双向认证。

<dependency>
    <groupId>org.apache.httpcomponents</groupId>
    <artifactId>httpclient</artifactId>
    <version>4.5.8</version>
</dependency>

不过也分为2种方式：

  1. 一种是要把服务端公钥证书导入到客户端JDK的cacerts文件中；
  2. 另一种则是把服务端的公钥证书自行生成一个truststore信任库，由客户端程序读取这个信任库然后发起https请求进行双向认证。
3.4.1、导入cacerts进行访问
# 切换到jdk的security目录
cd $JAVA_HOME/jre/lib/security
# 将服务端证书导入cacerts文件中，指定别名myserver，-file参数指定的就是服务端公钥证书的路径
keytool -import -alias myserver -keystore cacerts -storepass changeit -file C:/Users/my/Desktop/cert/server_ssl/server.crt

# 查看所有证书
keytool -list -keystore cacerts -storepass changeit
# 删除指定别名的证书
keytool -delete -alias myserver -keystore cacerts -storepass changeit

示例代码

import org.apache.http.HttpEntity;
import org.apache.http.client.config.RequestConfig;
import org.apache.http.client.methods.CloseableHttpResponse;
import org.apache.http.client.methods.HttpPost;
import org.apache.http.conn.ssl.SSLConnectionSocketFactory;
import org.apache.http.entity.ContentType;
import org.apache.http.entity.StringEntity;
import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClients;
import org.apache.http.ssl.SSLContexts;
import org.apache.http.util.EntityUtils;
import org.junit.Test;

import javax.net.ssl.SSLContext;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.security.KeyStore;

public class SSLTestCase {
    /**
     * 客户端p12证书路径
     */
    private String pfxPath = "C:/Users/my/Desktop/cert/client.p12";
    /**
     * 客户端p12证书密码
     */
    private String pfxPasswd = "123456";

    private String url = "https://139.9.127.172:21000/senddata";

    @Test
    public void SSLTestCase() throws Exception {
        /**
         * 1.加载P12证书
         */
        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("PKCS12");
        InputStream instream = new FileInputStream(new File(pfxPath));
        try {
            keyStore.load(instream, pfxPasswd.toCharArray());
        } finally {
            instream.close();
        }
        SSLContext sslcontext = SSLContexts.custom().loadKeyMaterial(keyStore, pfxPasswd.toCharArray()).build();
        SSLConnectionSocketFactory sslsf = new SSLConnectionSocketFactory(sslcontext,
                new String[]{"TLSv1"}, // supportedProtocols ,这里可以根据实际情况设置
                null,
                SSLConnectionSocketFactory.getDefaultHostnameVerifier());
        /**
         * 2.使用httpclient4.5.8发送post请求
         */
        CloseableHttpClient httpclient = HttpClients.custom().setSSLSocketFactory(sslsf).build();
        // 设置超时时间
        RequestConfig requestConfig = RequestConfig.custom()
                .setConnectTimeout(5000)
                .setSocketTimeout(30000).build();
        CloseableHttpResponse response = null;
        try {
            HttpPost httpPost = new HttpPost(url);
            httpPost.setConfig(requestConfig);
//            httpPost.addHeader("Connection", "keep-alive"); // 设置一些header等
            String requestBody = "requestBody";
//            StringEntity stringEntity = new StringEntity(requestBody, "UTF-8");
            StringEntity stringEntity = new StringEntity(requestBody, ContentType.create("text/plain", "UTF-8"));
            httpPost.setEntity(stringEntity);
            response = httpclient.execute(httpPost);
            HttpEntity entity = response.getEntity();
            String respBody = EntityUtils.toString(response.getEntity(), "UTF-8");
            EntityUtils.consume(entity);
            System.out.println(respBody);
        } finally {
            if (httpclient != null) {
                httpclient.close();
            }
            if (response != null) {
                response.close();
            }
        }
    }
}
3.4.2、自行生成truststore信任库文件进行访问

如果服务器的JDK/JRE不能随便改动，我们还可以自行生成truststore信任库，由程序来读取这个信任库中的证书。

# -keystore参数指定生成后的truststore文件，-file参数指定服务公钥证书路径
keytool -keystore C:/Users/my/Desktop/cert/server_ssl/server.truststore -keypass 654321 -storepass 654321 -alias myservertruststore -import -trustcacerts -file C:/Users/my/Desktop/cert/server_ssl/server.crt

示例代码

import org.apache.http.HttpEntity;
import org.apache.http.client.config.RequestConfig;
import org.apache.http.client.methods.CloseableHttpResponse;
import org.apache.http.client.methods.HttpPost;
import org.apache.http.conn.ssl.SSLConnectionSocketFactory;
import org.apache.http.entity.ContentType;
import org.apache.http.entity.StringEntity;
import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClients;
import org.apache.http.util.EntityUtils;
import org.junit.Test;

import javax.net.ssl.KeyManagerFactory;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.security.KeyStore;
import java.security.SecureRandom;

public class SSLTestCase2 {
    /**
     * 客户端p12证书路径
     */
    private String pfxPath = "C:/Users/my/Desktop/cert/client.p12";
    /**
     * 客户端p12证书密码
     */
    private String pfxPasswd = "123456";
    /**
     * 信任库路径
     */
    private String trustStroreFile = "C:/Users/my/Desktop/cert/server_ssl/server.truststore";
    /**
     * 信任库密码
     */
    private String trustStorePwd = "654321";

    private String url = "https://139.9.127.172:21000/senddata";

    @Test
    public void SSLTestCase2() throws Exception {
        /**
         * 1.初始化密钥库
         */
        KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");
        KeyStore keyStore = getKeyStore(pfxPath, pfxPasswd, "PKCS12");
        keyManagerFactory.init(keyStore, pfxPasswd.toCharArray());

        /**
         * 2.初始化信任库
         */
        TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance("SunX509");
        KeyStore trustkeyStore = getKeyStore(trustStroreFile, trustStorePwd, "JKS");
        trustManagerFactory.init(trustkeyStore);

        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("SSL");
        sslContext.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), trustManagerFactory.getTrustManagers(), new SecureRandom());
        SSLConnectionSocketFactory sslsf = new SSLConnectionSocketFactory(sslContext,
                new String[]{"TLSv1"}, // supportedProtocols ,这里可以根据实际情况设置
                null,
                SSLConnectionSocketFactory.getDefaultHostnameVerifier());

        /**
         * 3.使用httpclient4.5.8发送post请求
         */
        CloseableHttpClient httpclient = HttpClients.custom().setSSLSocketFactory(sslsf).build();
        // 设置超时时间
        RequestConfig requestConfig = RequestConfig.custom()
                .setConnectTimeout(5000)
                .setSocketTimeout(30000).build();
        CloseableHttpResponse response = null;
        try {
            HttpPost httpPost = new HttpPost(url);
            httpPost.setConfig(requestConfig);
//            httpPost.addHeader("Connection", "keep-alive"); // 设置一些header等
            String requestBody = "requestBody";
//            StringEntity stringEntity = new StringEntity(requestBody, "UTF-8");
            StringEntity stringEntity = new StringEntity(requestBody, ContentType.create("text/plain", "UTF-8"));
            httpPost.setEntity(stringEntity);
            response = httpclient.execute(httpPost);
            HttpEntity entity = response.getEntity();
            String respBody = EntityUtils.toString(response.getEntity(), "UTF-8");
            EntityUtils.consume(entity);
            System.out.println(respBody);
        } finally {
            if (httpclient != null) {
                httpclient.close();
            }
            if (response != null) {
                response.close();
            }
        }
    }

    private KeyStore getKeyStore(String pfxPath, String pfxPasswd, String type) throws Exception {
        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(type);
        InputStream instream = new FileInputStream(new File(pfxPath));
        try {
            keyStore.load(instream, pfxPasswd.toCharArray());
        } finally {
            instream.close();
        }
        return keyStore;
    }
}

总结双向认证的几种客户端调用方式，可以发现只有Java客户端调用时会需要用到服务端证书；而用Postman、浏览器这些客户端工具时我们并没有配置服务端证书，是因为在一开始建立连接时，服务端本来就会把自己的证书发给客户端去进行认证。

3.5、客户端获取服务端公钥证书

有时候，产线环境的服务端公钥证书并不能很方便地拿出来给客户端去使用，这时候需要客户端通过执行openssl的一个命令来获取服务端的公钥证书，当然前提是Nginx服务需要启动。

openssl s_client -connect 139.9.127.172:21000 </dev/null | sed -ne '/-BEGIN CERTIFICATE-/,/-END CERTIFICATE-/p' >./server.crt

4、双向认证接入多个客户端

很多时候作为服务端要对接多个客户端，每个客户端都有自己的证书，Nginx服务端需要为每一个接入的客户端渠道配置一个server块来进行双向认证。既然是多个server配置块，那就会涉及到对接入的客户端匹配哪个server块来进行双向认证的问题。

首先Nginx会根据不同的监听端口来匹配，但是这样会为每个接入的客户端渠道新开放一个端口。如何统一用一个监听端口接入所有客户端的https请求并验证各个渠道的证书合法性，主要有以下2种方式。

4.1、SNI 多域名匹配不同证书

这里就需要使用到SNI功能。如果编译Nginx开启了http_ssl_module模块，一般默认也是启用SNI功能的，可以通过./nginx -V命令查看。

Nginx配置多个vhost

# 负载均衡配置
upstream backend {
    server 192.168.0.1:10900;
    server 192.168.0.2:10900;
    server 192.168.0.3:10900;
}

# 渠道A
server {
    listen       21000 ssl;
    server_name  a.test.com;

    ssl_certificate      ../ssl/server.crt;  # server公钥证书
    ssl_certificate_key  ../ssl/server.key;  # server私钥
    ssl_client_certificate ../clientcrt/clientA.crt;  # client公钥证书
    ssl_verify_client on;  # 开启客户端证书验证

    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout  5m;

    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    access_log logs/a_access.log;
    error_log logs/a_error.log;

    location / {
        proxy_pass    http://backend;
    }
}

# 渠道B
server {
    listen       21000 ssl;
    server_name  b.test.com;

    ssl_certificate      ../ssl/server.crt;  # server公钥证书
    ssl_certificate_key  ../ssl/server.key;  # server私钥
    ssl_client_certificate ../clientcrt/clientB.crt;  # client公钥证书
    ssl_verify_client on;  # 开启客户端证书验证

    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout  5m;

    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    access_log logs/b_access.log;
    error_log logs/b_error.log;

    location / {
        proxy_pass    http://backend;
    }
}

配置的listen端口是一样的，但每个vhost的server_name不同，这里其实是通过配置不同的server_name来匹配各个不同的客户端，需要客户端请求的url中的域名（Http请求头中的Host字段值）与配置的server_name一致。比如：

客户端的域名解析可以通过域名解析服务器或者可以在本地hosts文件中配置。

需要注意的是：如果使用SNI功能，服务器签发公钥证书时，填写的域名信息Common Name需要是泛域名，比如*.test.com。这样客户端在验证服务器域名时才会通过。

另外，Nginx在同一个端口下匹配多个vhost时，如果找不到匹配的server_name，则会使用默认的vhost（默认第一个）来进行认证。为了防止隐式匹配带来的一些问题困扰，可以通过default_server显式地指定一个默认的vhost，一律返回401。

server {
    listen 21000 ssl default_server;

    ssl_certificate      ../ssl/server.crt;  # server公钥证书
    ssl_certificate_key  ../ssl/server.key;  # server私钥

    access_log logs/default_access.log;
    error_log logs/default_error.log;

    location / {
        return 401;
    }
}

4.2、CA根证书统一签发客户端证书

先统一生成CA根证书，然后由根证书派生出服务端和各个客户端的证书。

CA
生成root根证书 
# 创建根证书私钥
openssl genrsa -out root.key 1024
# 创建根证书请求文件
openssl req -new -key root.key -out root.csr
# 创建根证书
openssl x509 -req -in root.csr -out root.crt -signkey root.key -CAcreateserial -days 3650

生成服务端证书

# 生成服务器端证书私钥
openssl genrsa -out server.key 1024
# 生成服务器证书请求文件
openssl req -new -key server.key -out server.csr
# 生成服务器端公钥证书
openssl x509 -req -in server.csr -out server.crt -signkey server.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650

生成客户端证书

# 生成客户端证书私钥
openssl genrsa -out client.key 1024
# 生成客户端证书请求文件
openssl req -new -key client.key -out client.csr
# 生成客户端证书
openssl x509 -req -in client.csr -out client.crt -signkey client.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650
# 生客户端p12格式证书，需要输入一个密码，选一个好记的，比如123456
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.p12

一定要注意的是，根证书的域名信息Common Name这个字段和客户端证书、服务器端证书不能一样。

然后在Nginx中ssl_client_certificate字段配置根证书的路径，这样就可以验证所有它颁发的客户端证书。不需要再为每个客户端渠道创建一个server配置块去认证。

# 根证书统一认证
server {
    listen       21000 ssl;
    server_name  localhost;

    ssl_certificate      ../ssl/server.crt;  # server公钥证书
    ssl_certificate_key  ../ssl/server.key;  # server私钥
    ssl_client_certificate ../ssl/root.crt;  # 根证书，可以验证所有它颁发的客户端证书
    ssl_verify_client on;  # 开启客户端证书验证

    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    ssl_session_timeout  5m;

    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    access_log logs/access.log;
    error_log logs/error.log;

    location / {
        proxy_pass    http://192.168.0.1:10900;
    }
}

参考链接

附录

keytool相关命令

keytool生成证书

# 生成服务端jks
keytool -genkey -alias servertest -keysize 2048 -validity 3650 -keyalg RSA -dname "CN=client.test.com, OU=R & D department, O=\"BJ SOS Software Tech Co., Ltd\", L=Beijing, S=Beijing, C=CN" -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore server.jks
# -storepass 指定密钥库的密码(获取keystore信息所需的密码) 
# -keypass 指定别名条目的密码(私钥的密码) 
# keystore信息的查看
keytool -list -v -keystore server.jks -storepass 123456

# 从jks中导出公钥证书
keytool -export -alias servertest -keystore server.jks -storepass 123456 -file server.crt
# 查看导出的证书信息
keytool -printcert -file server.crt

# 生成客户端jks
keytool -genkey -alias clienttest -keysize 2048 -validity 3650 -keyalg RSA -dname "CN=client.test.com, OU=R & D department, O=\"BJ SOS Software Tech Co., Ltd\", L=Beijing, S=Beijing, C=CN" -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore client.jks
# 将服务端公钥证书导入的客户端jks信任库中
keytool -import -trustcacerts -alias servertest -file server.crt -storepass 123456 -keystore client.jks
# keystore信息的查看
keytool -list -v -keystore client.jks -storepass 123456

openssl 2 keytool

# 生成私钥
openssl genrsa -out client.key 1024
# 生成公钥证书
openssl req -new -x509 -key client.key -out client.crt -days 3650
# 合成p12文件
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.p12 -passout pass:123456 -name clienttest
# p12文件转jks
keytool -importkeystore -srcstoretype PKCS12 -srckeystore client.p12 -srcstorepass 123456 -srcalias clienttest -deststoretype JKS -destalias clienttest -deststorepass 123456 -destkeypass 123456 -destkeystore client.jks

keytool 2 openssl

# 生成jks
keytool -genkey -alias clienttest -keysize 2048 -validity 3650 -keyalg RSA -dname "CN=client.test.com, OU=R & D department, O=\"BJ SOS Software Tech Co., Ltd\", L=Beijing, S=Beijing, C=CN" -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore client.jks
# 从jks中导出公钥证书
keytool -export -alias clienttest -keystore client.jks -storepass 123456 -file client.crt
# jks转p12文件
keytool -importkeystore -srcstoretype JKS -srckeystore client.jks -srcstorepass 123456 -srcalias clienttest -srckeypass 123456 -deststoretype PKCS12 -destkeystore client.p12 -deststorepass 123456 -destalias clienttest -destkeypass 123456 -noprompt
# p12文件转pem格式
openssl pkcs12 -in client.p12 -out client.pem.p12 -passin pass:123456 -passout pass:123456
# 从pem格式文件单独输出私钥
openssl rsa -in client.pem.p12 -passin pass:123456 -out client.key -passout pass:123456
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