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Linux下配置双向HTTPS证书认证

作者：Chancel Yang， 创建：2024-06-17， 字数：8684， 已阅：191， 最后更新：2024-06-17

HTTPS双向认证，也称为客户端认证、双向SSL认证或双向身份验证，是一种增强的HTTPS安全协议，用于确保Web服务器和客户端之间的双向身份验证和通信加密

在传统的 HTTPS 连接中，只有服务器需要提供数字证书来验证其身份，并启用加密通信。而HTTPS双向认证要求不仅服务器要验证其身份，客户端也需要提供数字证书进行身份验证

https（Hypertext Transfer Protocol Secure）是在 http 的基础上增加 SSL 加密

通过双向认证，HTTPS确保了服务器和客户端之间的互相验证，防止中间人攻击和身份伪装

这种安全机制常用于需要更高安全性和身份验证的环境，如在线银行、电子商务和企业内部网络等

1. 单向认证 VS 双向认证

传统的 HTTPS 访问过程如下

双向认证是在上面的基础上增加多一次认证，如下

2. 实践

2.1. Nginx启用HTTPS

Nginx启用HTTPS流程：

  • 向CA证书商家申请证书
  • 下载证书，并更改NGINX配置指向证书
  • 重新读取NGINX配置即可完成HTTPS配置

先手动生产一个测试用的CA证书

自行产生的证书，浏览器会提示证书不安全

先创建并切换到存放HTTPS证书的文件夹

Bash
mkdir /etc/nginx/ssl_certs
cd /etc/nginx/ssl_certs

制作CA私钥和证书，全部配置填"."

Bash
openssl genrsa -out ca.key 2048
openssl req -new -x509 -days 3650 -key ca.key -out ca.crt

制作服务器证书签发文件，除了Common Name填入域名，其他全部填入"."以便和CA根证书对应

Bash
openssl genrsa -out server.pem 1024
openssl rsa -in server.pem -out server.key
openssl req -new -key server.pem -out server.csr

使用CA证书进行签发

Bash
openssl x509 -req -sha256 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 3650 -out server.crt

签发后，产生了我们需要的 crt 和 key 文件

编辑：/etc/nginx/conf.d/default.conf

TEXT
server {
    listen       443 ssl;
    server_name  www.example.com;
    #charset koi8-r;
    #access_log  /var/log/nginx/host.access.log  main;
    ssl on;
    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/server.crt;      # 服务端HTTPS的证书，不能自己产生，否则会提示证书不安全，该配置与客户端证书无关
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/server.key;  # 服务端HTTPS的证书，不能自己产生，否则会提示证书不安全，该配置与客户端证书无关
    location / {
        proxy_pass_header Server;
        proxy_pass_header X-Scheme;
        proxy_set_header Host $http_host;
        proxy_set_header X-SSL-CERT $ssl_client_escaped_cert;
        proxy_set_header X-SSL-CERT-DN $ssl_client_s_dn;
        proxy_set_header X-SSL-CERT-VERIFY $ssl_client_verify;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_pass http://192.168.10.100:5000/;
    }
}

验证使用HTTPS访问

Bash
# 因证书自签必须使用insecure忽略证书风险，提示否则curl会返回证书不安全测试失败的结果
curl --insecure 'https://www.example.com' -v

2.2. 客户端启用证书验证

客户端证书一般就采用自己配置根证书来签发自己的客户端证书，签发客户端证书会包含几个重要的属性，分别是

  • 地区信息（国家、省份、城市）
  • 公司信息（公司名称、该证书拥有者的部门信息）
  • Common Name信息（也叫CN信息，可把一些信息存储在这里，如有效信息/客户端信息等）
  • 邮箱信息
  • 证书有效期、证书导入/导出密码

制作客户端证书的流程一般为

  1. 制作自己的CA私钥（ca.key）
  2. 使用CA私钥制造CA根证书(cacert.crt)
  3. 制作客户端私钥，并合成待签发csr文件（client.key,client.csr)
  4. 使用CA证书对客户端待签发文件进行签发产生客户端的crt证书（client.crt)
  5. 转换客户端证书为适合浏览器的证书格式（client.pfx，client.p12)

首先要编辑默认CA创建规则，根据需要自行修改一下默认的参数

编辑/etc/pki/tls/openssl.cnf

Bash
/etc/pki/CA/            # 所有资料全存放在此目录下
/etc/pki/CA/certs/      # 存放CA证书
/etc/pki/CA/crl/        # 存放证书吊销列表
/etc/pki/CA/index.txt   # 存放可用、不可用证书的数据库
/etc/pki/CA/newcerts    # 存放CA的新目录
/etc/pki/CA/cacert.pem  # 生成的自签名证书
/etc/pki/CA/serial      # 下个证书的编号，16进制，多从00或01开始
/etc/pki/CA/crlnum      # 下一个吊销证书的编号
/etc/pki/CA/crl.pem     # 下一个吊销列表
/etc/pki/CA/private/cakey.pem  # 默认密钥

# 匹配策略的可选值
match                   # 必须匹配，默认是国家、州(省)、组织名称
supplied                # 必填，为哪个主机申请证书，一般对应域名
optional                # 可选

根据具体的环境调整好上述的参数之后，我们就可以开始制作客户端证书

文件夹位置根据实际情况自行调整

生成创建证书所必须的基本文件

Bash
# 生成数据库文件，记录证书信息（包含序列号、序号、证书自定义CN信息等）
touch /etc/pki/CA/index.txt
# 生成存放证书编号的文件（一般存储即将颁发的下一个证书序号）
echo 00 > /etc/pki/CA/serial

切换到/etc/pki/CA，开始生成签证客户端的根证书

Bash
openssl  req -new -x509  -key private/cakey.pem  -days 3650 -out cacert.pem

接下来签发客户端的证书（此处有提供一键脚本执行）

Bash
# 创建存放客户端证书的文件夹
mkdir /etc/nginx/client_ssl
# 切换到存放客户端证书的目录
cd /etc/nginx/client_ssl
# 创建客户端证书私钥
(umask 066; openssl genrsa -out client_01.key 1024)
# 创建请求根证书签证的文件             
openssl  req -new -key client_01.key  -out client_01.csr
# 创建客户端证书        
openssl  ca -in client_01.csr  -out client_01.crt -days 730

client_01.crt 就是客户端证书

编辑：/etc/nginx/conf.d/default.conf

TEXT
server {
    listen       443 ssl;
    server_name  www.example.com;
    #charset koi8-r;
    #access_log  /var/log/nginx/host.access.log  main;
    ssl on;
    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/server.crt;      # 服务端HTTPS的证书，不能自己产生，否则会提示证书不安全，该配置与客户端证书无关
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/server.key;  # 服务端HTTPS的证书，不能自己产生，否则会提示证书不安全，该配置与客户端证书无关
    ssl_client_certificate /etc/nginx/ssl/ca.crt;   # 客户端的CA根证书，由自己的机器OPENSSL生成
    ssl_verify_client optional;                     # 是否启用客户端验证，ON为启用，OFF为不启用，如需自定义验证结果处理则填入optional
    if ($ssl_client_verify = NONE) {
        return 303 http://www.example.com/error;
    }
        location / {
            proxy_pass_header Server;
            proxy_pass_header X-Scheme;
            proxy_set_header Host $http_host;
            proxy_set_header X-SSL-CERT $ssl_client_escaped_cert;   # 转发证书信息
            proxy_set_header X-SSL-CERT-DN $ssl_client_s_dn;        # 转发证书的CN信息
            proxy_set_header X-SSL-CERT-VERIFY $ssl_client_verify;  # 转发证书的验证结果，成功为success
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_pass http://192.168.10.100:5000/;
    }
}

测试客户端证书能否正常访问网页

Bash
# -v参数可以打印详细信息以便我们核查证书的详细信息
curl --insecure --key ./client.key --cert ./client.crt 'https://www.example.com' -v

以上步骤我整理为一个简易的客户端证书脚本，如下

Bash
#!/bin/bash -e
# 运行脚本前请记得设置好openssl.cnf配置文件
# 运行成功返回0，运行失败（缺少参数）返回-1
show_help() {
    echo "$0 [-h|-?|--help] [--ou ou] [--cn cn] [--email email]"
    echo "-h|-?|--help    显示帮助"
    echo "--ou            设置组织或部门名"
    echo "--cn            设置证书的DN信息"
    echo "--email         设置证书的邮箱信息"
    echo "--days          设置证书的有效时间"
    echo "--out           设置证书的输出目录(含文件名)"
}
while [[ $# -gt 0 ]]; do
    case $1 in
    -h | -\? | --help)
        show_help
        exit 0
        ;;
    --ou)
        OU="${2}"
        shift
        ;;
    --cn)
        CN="${2}"
        shift
        ;;
    --email)
        emailAddress="${2}"
        shift
        ;;
    --days)
        days="${2}"
        shift
        ;;
    --out)
        out="${2}"
        shift
        ;;
    --)
        shift
        break
        ;;
    *)
        echo -e "Error: $0 invalid option '$1'\nTry '$0 --help' for more information.\n" >&2
        exit -1
        ;;
    esac
    shift
done
# 创建客户端证书
# 非交互式方式创建以下内容:
# 国家名(2个字母的代号)
C=CN
# 省
ST=GuangDong
# 市
L=GuangDong
# 公司名
O=TY
# 部门名
OU=${OU:-未知}
# DN信息
CN=${CN:-未知}
# 邮箱地址
emailAddress=${emailAddress:-virtual@example.com}
# 创建私钥
openssl req -utf8 -nodes -newkey rsa:2048 -keyout "${out}.key" -new -days "${days}" -out "${out}.csr" -subj "/C=${C}/ST=${ST}/L=${L}/O=${O}/OU=${OU}/CN=${CN}/emailAddress=${emailAddress}"
# 使用根证书进行进行签证
openssl ca -utf8 -batch -days 36500 -in "${out}.csr" -out "${out}.crt"
# 转换客户端证书的类型为浏览器支持的模式
openssl pkcs12 -export -inkey "${out}.key" -in "${out}.crt" -passout pass: -out "${out}.pfx"
exit 0

3. 尾语

SSL证书常用格式转换方法

Bash
# crt转pfx(p12)
openssl pkcs12 -export -inkey server.key -in server.crt -out server.pfx

# csr转pfx(p12)
openssl pkcs12 -export -inkey server.key -in server.csr -out server.pfx

# pfx转jks
keytool -importkeystore -v  -srckeystore client.pfx -srcstoretype pkcs12  -destkeystore client.keystore -deststoretype jks 

# jks转p12(pfx)
keytool -importkeystore -srckeystore client_pri.keystore -destkeystore client_pri.p12 -srcstoretype JKS -deststoretype PKCS12 -srcalias imgo.tv -destalias imgo.tv -noprompt

# pfx转x509
openssl pkcs12 -in onovps.com.pfx -nodes -out onovps.com.pem 
openssl rsa -in onovps.com.pem -out onovps.com.key
openssl x509 -in onovps.com.pem -out onovps.com.crt

资料参考

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