网络安全之tomcat上https服务的搭建

最近工作中使用到了一些加密的算法，如：

• 对称加密的DES、3DES、RC4、AES
• 非对称加密算法：RSA，DSA、DSS
• HASH算法：MD5，SHA1，SHA256

上篇中，我也给出了其中一些算法的java实现。工作中也使用了其中的DES、RSA、MD5进行网络传输数据的加密。但是这也引发了一个问题：每次请求都要对参数进行加密，造成了代码的冗余，也影响了请求的效率！在上篇评论中，也有简友提问，问什么不使用https请求，因为https需要第三方的ssl证书啊，这是要收费的！不过既然提出了问题，那么我们就看看如何在tomcat上搭建https服务吧！

简单介绍一下https协议

• 什么是HTTPS
  　　在说HTTPS之前先说说什么是HTTP，HTTP就是我们平时浏览网页时候使用的一种协议。HTTP协议传输的数据都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP协议传输隐私信息非常不安全。为了保证这些隐私数据能加密传输，于是网景公司设计了SSL（Secure Sockets Layer）协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密，从而就诞生了HTTPS。SSL目前的版本是3.0，被IETF（Internet Engineering Task Force）定义在RFC 6101中，之后IETF对SSL 3.0进行了升级，于是出现了TLS（Transport Layer Security） 1.0，定义在RFC 2246。实际上我们现在的HTTPS都是用的TLS协议，但是由于SSL出现的时间比较早，并且依旧被现在浏览器所支持，因此SSL依然是HTTPS的代名词，但无论是TLS还是SSL都是上个世纪的事情，SSL最后一个版本是3.0，今后TLS将会继承SSL优良血统继续为我们进行加密服务。目前TLS的版本是1.2，定义在RFC 5246中，暂时还没有被广泛的使用。
• SSL协议的握手协议
  SSL 协议既用到了公钥加密技术又用到了对称加密技术，对称加密技术虽然比公钥加密技术的速度快，可是公钥加密技术提供了更好的身份认证技术。SSL 的握手协议非常有效的让客户和服务器之间完成相互之间的身份认证，其主要过程如下：　　
  ① 客户端的浏览器向服务器传送客户端 SSL 协议的版本号，加密算法的种类，产生的随机数，以及其他服务器和客户端之间通讯所需要的各种信息。　　
  ② 服务器向客户端传送 SSL 协议的版本号，加密算法的种类，随机数以及其他相关信息，同时服务器还将向客户端传送自己的证书。　
  ③ 客户利用服务器传过来的信息验证服务器的合法性，服务器的合法性包括：证书是否过期，发行服务器证书的 CA 是否可靠，发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”，服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配。如果合法性验证没有通过， 通讯将断开；如果合法性验证通过，将继续进行第四步。　　
  ④ 用户端随机产生一个用于后面通讯的“对称密码”，然后用服务器的公钥（服务器的公钥从步骤②中的服务器的证书中获得）对其加密，然后将加密后的“预主密码”传给服务器。 　　
  ⑤ 如果服务器要求客户的身份认证（在握手过程中为可选），用户可以建立一个随机数然后对其进行数据签名，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 如果服务器要求客户的身份认证，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 服务器和客户端用相同的主密码即“通话密码”，一个对称密钥用于 SSL 协议的安全数据通讯的加解密通讯。同时在 SSL 通讯过程中还要完成数据通讯的完整性，防止数据通讯中的任何变化。 　　
  ⑧ 客户端向服务器端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知服务器客户端的握手过程结束。　　
  ⑨ 服务器向客户端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知客户端服务器端的握手过程结束。　　
  ⑩ SSL 的握手部分结束，SSL 安全通道的数据通讯开始，客户和服务器开始使用相同的对称密钥进行数据通讯，同时进行通讯完整性的检验。
• 双向认证 SSL 协议的具体过程　　
  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 服务器要求客户发送客户自己的证书。收到后，服务器验证客户的证书，如果没有通过验证，拒绝连接；如果通过验证，服务器获得用户的公钥。 　　
  ⑥ 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。　　
  ⑦ 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。 　　
  ⑧ 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。　　
  ⑨ 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。 　　
  ⑩ 服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，对称密钥是加过密的。 　　
  上面所述的是双向认证 SSL 协议的具体通讯过程，这种情况要求服务器和用户双方都有证书。单向认证 SSL 协议不需要客户拥有 CA 证书，具体的过程相对于上面的步骤，只需将服务器端验证客户证书的过程去掉，以及在协商对称密码方案，对称通话密钥时，服务器发送给客户的是没有加过密的 （这并不影响 SSL 过程的安全性）密码方案。 这样，双方具体的通讯内容，就是加过密的数据，如果有第三方攻击，获得的只是加密的数据，第三方要获得有用的信息，就需要对加密的数据进行解密，这时候的 安全就依赖于密码方案的安全。而幸运的是，目前所用的密码方案，只要通讯密钥长度足够的长，就足够的安全。这也是我们强调要求使用 128 位加密通讯的原因。

在tomcat上搭建https服务

我们使jdk自带的证书生成工具keytool生成证书（如果以后真正在产品环境中使用肯定要去证书提供商去购买），步骤如下：

• 为服务端生成证书
  运行控制台，输入命令：
  <pre>#keytool -genkey -v -alias tomcat -keyalg RSA -keystore D:\home\tomcat.keystore -validity 36500</pre>
  其中“D:\home\tomcat.keystore”含义是将证书文件的保存路径，证书文件名称是tomcat.keystore ；“-validity 36500”含义是证书有效期，36500表示100年，默认值是90天 “tomcat”为自定义证书名称。

  
  生成服务端证书
  

  生成证书的额过程中需要几次输入:

• 输入keystore密码：此处需要输入大于6个字符的字符串。
• “您的名字与姓氏是什么？”这是必填项，并且必须是TOMCAT部署主机的域名,我输入的是water.min.com，其实这个域名是不存在的，但是我为了演示所以虚拟了这个域名，技巧在于修改
  <code>C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts</code>
  添加内容如下：
  <code>127.0.0.1 water.min.com</code>
  这样在访问water.min.com的时候其实是访问的127.0.0.1也就是本机。
• 你的组织单位名称是什么？”、“您的组织名称是什么？”、“您所在城市或区域名称是什么？”、“您所在的州或者省份名称是什么？”、“该单位的两字母国家代码是什么？”可以按照需要填写也可以不填写直接回车，在系统询问“正确吗？”时，对照输入信息，如果符合要求则使用键盘输入字母“y”，否则输入“n”重新填写上面的信息。
• 输入<tomcat>的主密码，这项较为重要，会在tomcat配置文件中使用，建议输入与keystore的密码一致，设置其它密码也可以，完成上述输入后，直接回车则在你在第二步中定义的位置找到生成的文件。

• 为客户端生成证书
  使用命令：
  <pre>keytool -genkey -v -alias mykey -keyalg RSA -storetype PKCS12 -keystore D:\home\mykey.p12</pre>
  其中mykey为证书的名称，D:\home\mykey.p12为证书存放的位置。

  
  为客户端生成证书
  

  其中：对应的证书库存在“D:\home\mykey.p12”，客户端的CN（名子和姓氏）可以是任意值。双击mykey.p12文件，即可将证书导入至浏览器（客户端）

• 让服务端信任客户端证书
  由于是双向SSL认证，服务器必须要信任客户端证书，因此，必须把客户端证书添加为服务器的信任认证。由于不能直接将PKCS12格式的证书库导入，必须先把客户端证书导出为一个单独的CER文件，使用如下命令：
  <pre>keytool -export -alias mykey -keystore D:\home\mykey.p12 -storetype PKCS12 -storepass password -rfc -file D:\home\mykey.cer </pre>
  (mykey为自定义与客户端定义的mykey要一致，password是你设置的密码)。通过以上命令，客户端证书就被我们导出到“D:\home\mykey.cer”文件了。
  下一步，是将该文件导入到服务器的证书库，添加为一个信任证书使用命令如下：
  <pre>keytool -import -v -file D:\home\mykey.cer -keystore D:\home\tomcat.keystore</pre>
  通过list命令查看服务器的证书库，可以看到两个证书，一个是服务器证书，一个是受信任的客户端证书：
  <code>keytool -list -keystore D:\home\tomcat.keystore</code>
  (tomcat为你设置服务器端的证书名)。

  
  让服务端证书信任客户端证书

• 让客户端信任服务器证书
  由于是双向SSL认证，客户端也要验证服务器证书，因此，必须把服务器证书添加到浏览的“受信任的根证书颁发机构”。由于不能直接将keystore格式的证书库导入，必须先把服务器证书导出为一个单独的CER文件，使用如下命令：
  keytool -keystore D:\home\tomcat.keystore -export -alias tomcat -file D:\home\tomcat.cer (tomcat为你设置服务器端的证书名)。
  通过以上命令，服务器证书就被我们导出到“D:\home\tomcat.cer”文件了。双击tomcat.cer文件，按照提示安装证书，将证书填入到“受信任的根证书颁发机构”。

  
  将服务器证书导出为一个单独的CER文件
• 配置Tomcat服务器
  打开Tomcat根目录下的/conf/server.xml，找到Connector port="8443"配置段，修改为如下：
  <pre>
  <Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
  SSLEnabled="false" maxThreads="150" scheme="https"
  secure="true" clientAuth="true" sslProtocol="TLS"
  keystoreFile="D:\home\tomcat.keystore" keystorePass="123456"
  truststoreFile="D:\home\tomcat.keystore" truststorePass="123456" />
  </pre>
  （tomcat要与生成的服务端证书名一致）
  属性说明：
  clientAuth:设置是否双向验证，默认为false，设置为true代表双向验证
  keystoreFile:服务器证书文件路径
  keystorePass:服务器证书密码
  truststoreFile:用来验证客户端证书的根证书，此例中就是服务器证书
  truststorePass:根证书密码
• 测试
  在浏览器中输入:</code>https://water.min.com:8443/</code>，会弹出选择客户端证书界面，点击“确定”，会进入tomcat主页，地址栏后会有“锁”图标，表示本次会话已经通过HTTPS双向验证，接下来的会话过程中所传输的信息都已经过SSL信息加密。
  测试.PNG

这样就完成了tomcat上https服务的搭建！