SSL基礎知識及Nginx/Tomcat配置SSL

HTTPS 是在 HTTPS 基礎之上新增 SSL/TLS 使網路通訊加密，進而確保通訊安全。可簡記為 HTTPS = HTTP + SSL/TLS

本文件主要講解常規SSL格式、Nginx 與 Tomcat 的 SSL 配置方法及通過 OpenSSL 轉換證書格式的內容。

1. SSL 證書主流格式說明

SSL 及 TLS（新版SSL）統稱 SSL 證書（又稱 CA 證書、數字證書），用於資料傳輸過程的加密。

本質上 SSL 證書是一個 X.509 證書，是定義證書資料結構的標準。在 X.509 標準下，包含 Base64 ASCII 文字與二進位制兩種檔案儲存方式，根據使用的格式和編碼，證書檔案具有不同的副檔名。

下圖展示了 X.509 主流證書的編碼格式和副檔名。

對於 Nginx 和 Tomcat 最常使用的是 PEM （Nginx）與 PKCS#12（Tomcat），除此之外 Tomcat還支援基於JDK keytool 加密的 JKS 格式。

PEM 格式

大多數 CA (證書頒發機構) 提供 PEM 格式的證書，儲存在 Base64 ASCII 編碼的檔案中。證書檔案型別可以是 .pem、.crt、.cer 或 .key。因為是文字型別，所以對檔案字尾名不敏感。PEM 檔案可以在單個檔案中包含伺服器證書、中間證書和私鑰。伺服器證書和中間證書也可以放在單獨的 .crt 或 .cer 檔案中，私鑰可以放在 .key 檔案中。

PEM 檔案使用 ASCII 編碼，可以使用文字編輯器開啟，文字內容中公鑰、私鑰都有兩種形式，CSR就一種。X.509 規定，取 ---- 開頭的下一行首開始，到下一個 ---- 的上一行尾結束。

----BEGIN CERTIFICATE----

公鑰加密串

----END CERTIFICATE----

-----BEGIN PUBLIC KEY-----

公鑰加密串

-----END PUBLIC KEY-----

---- BEGIN RSA PRIVATE KEY-----

私鑰加密串

-----END RSA PRIVATE KEY-----

-----BEGIN PRIVATE KEY-----

私鑰加密串

-----END PRIVATE KEY-----

-----BEGIN CERTIFICATE REQUEST-----

CSR加密串

-----END CERTIFICATE REQUEST-----

PKCS#7 格式

PKCS#7 格式是一種“加密訊息語法標準”。PKCS#7證書使用 Base64 ASCII 編碼，副檔名為 .p7b 或 .p7c，這種格式只能儲存證書，不能儲存私鑰。一般主要用來做數字信封。格式如下：

-----BEGIN PKCS7-----

公鑰加密串

-----END PKCS7-----

DER 格式

DER 證書採用二進位制格式，只含有證書資訊，不包含私鑰。副檔名為 .der 或 .cer。這些證書主要用於Java Web伺服器。

PKCS12 格式

PKCS#12證書採用二進位制格式，副檔名為 .pfx 或 .p12，支援將 伺服器證書、中間證書 和 私鑰 儲存在一個具有密碼保護的檔案中，主要用於Windows平臺。

2. Nginx SSL證書配置

Nginx 支援所有 PEM 格式的證書，包含 .pem、.crt 、.cer、.key，其中 .key 常用於私鑰字尾名。

server {

    listen              443 ssl;

    server_name         www.example.com;

    ssl_certificate     /path/to/path/public.pem;

    ssl_certificate_key /path/to/path/private.key;

    ssl_session_timeout 5m;

    ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE:ECDH:AES:HIGH:!NULL:!aNULL:!MD5:!ADH:!RC4;

    ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;

    ssl_prefer_server_ciphers on;

    location / {

        root html;

        index index.html index.htm;

    }

}

引數說明：

server_name ：域名（不含https://）
ssl_certificate ：【必填】公鑰檔案位置
ssl_certificate_key ：【必填】私鑰檔案位置
ssl_session_timeout ：客戶端可複用會話的時間
ssl_ciphers：指定啟用的加密器型別，必須是OpenSSL庫支援的型別，預設 ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
ssl_protocols：表示使用的TLS協議的型別，預設是TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2，可選引數為SSLv2、SSLv3、TLSv1、TLSv1.1、TLSv1.2、TLSv1.3
ssl_prefer_server_ciphers：指定服務端加密器優先，引數為on開啟，預設off關閉；

官方文件參考：

3. Tomcat SSL證書配置

Tomcat 支援 JKS、PKCS11 和 PKCS12 格式的金鑰庫，JKS 格式是 Java 的標準格式，由 JDK 的 keytool 生成；PKCS11/12 是網路標準，由 OpenSSL 生成。

對於證書格式轉換，JKS 一般是由 PKCS12 轉換而來，Tomcat 又支援 PKCS12 所以只要將 PEM 格式轉換成 PKCS12 （.pfx 或 .p12）即可。參考 [#PEM 格式轉 PKCS#12](#PEM 格式轉 PKCS#12)

server.xml 配置

<Connector

           protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"

           port="8443" maxThreads="200"

           scheme="https" secure="true" SSLEnabled="true"

           keystoreFile="<keystoreFile>" keystorePass="<passvalue>"

           clientAuth="false" sslProtocol="TLS"/>

引數說明:

port ：HTTPS 協議埠，可以設定為 443
protocol ：連線協議，由 HTTP/1.1 改為 org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol
keystoreFile ：證書檔案絕對路徑，可以是 JKS 或 PKCS12
keystorePass ：證書的密碼
未說明的引數除 maxThreads 根據實際情況調整，其餘均按照上面的配置即可。

官方文件參考：https://tomcat.apache.org/tomcat-8.5-doc/ssl-howto.html#Configuration

4. 主流證書轉換方法

一般來說，阿里雲、騰訊雲直接提供不同伺服器型別的證書，以下證書轉換僅當無備選型別時使用。

PEM 格式轉 PKCS#12

PEM 格式的公私鑰字尾名不影響轉換，可以是 .crt /.pem/ .key /.cer。

openssl pkcs12 -export -in public.pem -inkey private.key -out keystore.p12 -passout pass:<passvalue>

引數說明：

-in ：指定PEM 公鑰檔案
-inkey：指定 PEM 私鑰檔案
-out：指定輸出 PKCS#12 格式的證書，常以 .p12 或 .pfx 副檔名。
-passout：指定 PKCS#12 證書的密碼

PKCS#12 轉 PEM

當提供PKCS#12證書，則需要轉換為PEM證書，命令如下：

#匯出私鑰

openssl pkcs12 -in keystore.p12 -out private.key -nocerts -nodes -password pass:<passvalue>

#匯出公鑰

openssl pkcs12 -in keystore.p12 -out public.pem -clcerts -nokeys -password pass:<passvalue>

引數說明：

-in ：輸入檔案，本命令中是 PKCS#12 證書
-out：輸出檔案，根據上邊兩種搭配，分別輸出私鑰與公鑰
-nocerts：無公鑰
-nodes：不加密私鑰。目前在 OpenSSL 3.0 中廢棄，使用 -noenc 代替，Git Bash 自帶的版本目前還沒升到 3.0
-clcerts：只輸出客戶端證書
-nokeys：無私鑰
-password：PKCS#12證書的密碼，需要接 pass:<實際密碼>

官方文件參考：https://www.openssl.org/docs/manmaster/man1/openssl-pkcs12.html

5. [擴充套件] 自簽發SSL證書與CA數字證書

自簽發 SSL 證書

通過 openssl 生成自簽發證書，自簽發證書不包含CSR中間證書，直接生成公鑰。自簽發的證書在網路上是不可信的，但是內網測試與使用，也是可以的。

命令如下：

#生成RSA私鑰

openssl genrsa -out private.key 2048

#自簽發公鑰

openssl req -new -x509 -key private.key -out public.pem -days 1095 #3年有效期

CA 數字證書

CA 數字證書是由建立者提供 CSR（Centificate Sign Request）給CA機構簽發下來的公鑰。

一般來講，SSL運營商（如阿里雲等）已經提供了直接下載指定伺服器型別的公私鑰功能，以下僅是過程簡單描述。

CA 機構的處理方式一般不需要建立者關心，命令：

#生成RSA私鑰

openssl genrsa -out private.key 2048

#使用私鑰生成CSR

openssl req -new -key privkey.key -out cert.csr

將此CSR交給 CA機構，由CA簽名後獲得公鑰，使用公鑰和私鑰就可以部署 HTTPS 服務了。

寫文過程難免有錯漏，如有指正感激不盡！

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