Nginx配置Https单向认证、双向认证以及多证书配置
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个人博客
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。
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| ./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
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| openssl genrsa [-out filename] [numbits]
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比如：生成一个名为server.key的私钥，长度1024。
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| openssl genrsa -out server.key 1024
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生成服务端公钥证书
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| 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。
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| 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。
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
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| # 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
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。
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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;
ssl_certificate_key ../ssl/server.key;
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;
error_log logs/error1.log;
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。
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。
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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;
ssl_certificate_key ../ssl/server.key;
ssl_client_certificate ../clientcrt/clientA.crt;
ssl_verify_client on;
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：
ssl_verify_client on 表示开启双向认证，服务端也要认证客户端，该参数默认是off关闭。ssl_client_certificate 配置客户端公钥证书存放的路径位置。
3.2、Postman调用
在设置General中先把SSL certificate verification关掉。
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。
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）。
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。
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| <dependency>
<groupId>org.apache.httpcomponents</groupId>
<artifactId>httpclient</artifactId>
<version>4.5.8</version>
</dependency>
|
不过也分为2种方式：
- 一种是要把服务端公钥证书导入到客户端
JDK的cacerts文件中； - 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
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| # 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
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示例代码
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| 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 {
private String pfxPath = "C:/Users/my/Desktop/cert/client.p12";
private String pfxPasswd = "123456";
private String url = "https://139.9.127.172:21000/senddata";
@Test
public void SSLTestCase() throws Exception {
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"},
null,
SSLConnectionSocketFactory.getDefaultHostnameVerifier());
CloseableHttpClient httpclient = HttpClients.custom().setSSLSocketFactory(sslsf).build();
RequestConfig requestConfig = RequestConfig.custom()
.setConnectTimeout(5000)
.setSocketTimeout(30000).build();
CloseableHttpResponse response = null;
try {
HttpPost httpPost = new HttpPost(url);
httpPost.setConfig(requestConfig);
String requestBody = "requestBody";
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();
}
}
}
}
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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。
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| # -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
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| 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 {
private String pfxPath = "C:/Users/my/Desktop/cert/client.p12";
private String pfxPasswd = "123456";
private String trustStroreFile = "C:/Users/my/Desktop/cert/server_ssl/server.truststore";
private String trustStorePwd = "654321";
private String url = "https://139.9.127.172:21000/senddata";
@Test
public void SSLTestCase2() throws Exception {
KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");
KeyStore keyStore = getKeyStore(pfxPath, pfxPasswd, "PKCS12");
keyManagerFactory.init(keyStore, pfxPasswd.toCharArray());
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"},
null,
SSLConnectionSocketFactory.getDefaultHostnameVerifier());
CloseableHttpClient httpclient = HttpClients.custom().setSSLSocketFactory(sslsf).build();
RequestConfig requestConfig = RequestConfig.custom()
.setConnectTimeout(5000)
.setSocketTimeout(30000).build();
CloseableHttpResponse response = null;
try {
HttpPost httpPost = new HttpPost(url);
httpPost.setConfig(requestConfig);
String requestBody = "requestBody";
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。
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| openssl s_client -connect 139.9.127.172:21000 </dev/null | sed -ne '/-BEGIN CERTIFICATE-/,/-END CERTIFICATE-/p' >./server.crt
|
- -connect：
Nginx服务器的ip和端口。 - 服务端公钥证书最后输出到客户端本地目录的
server.crt文件。
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
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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.test.com;
ssl_certificate ../ssl/server.crt;
ssl_certificate_key ../ssl/server.key;
ssl_client_certificate ../clientcrt/clientA.crt;
ssl_verify_client on;
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;
}
}
server {
listen 21000 ssl;
server_name b.test.com;
ssl_certificate ../ssl/server.crt;
ssl_certificate_key ../ssl/server.key;
ssl_client_certificate ../clientcrt/clientB.crt;
ssl_verify_client on;
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。
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| server {
listen 21000 ssl default_server;
ssl_certificate ../ssl/server.crt;
ssl_certificate_key ../ssl/server.key;
access_log logs/default_access.log;
error_log logs/default_error.log;
location / {
return 401;
}
}
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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。
生成root根证书
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| # 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
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| # 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
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| # 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。
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server {
listen 21000 ssl;
server_name localhost;
ssl_certificate ../ssl/server.crt;
ssl_certificate_key ../ssl/server.key;
ssl_client_certificate ../ssl/root.crt;
ssl_verify_client on;
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;
}
}
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参考链接
附录
keytool生成证书
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| # 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
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openssl 2 keytool
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| # 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
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keytool 2 openssl
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| # 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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