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PKI - 借助Nginx 实现Https 服务端单向认证、服务端客户端双向认证

PKI - 数字签名与数字证书

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概述

使用 CA 签发证书的主要原因和作用如下：

1. 建立信任关系： 使用 CA 签发的证书可以建立信任关系，客户端可以信任由公认的 CA 颁发的证书，从而确保与服务器之间的通信是安全可靠的。

2. 保证身份验证： CA 对证书申请者进行身份验证，并在验证通过后签发证书。这样，服务器可以通过 CA 签发的证书来证明自己的身份，确保客户端与合法的服务器进行通信，防止中间人攻击。

3. 保护通信数据： 证书中包含了公钥，可以用于加密通信数据。使用 CA 签发的证书可以保护通信数据的机密性，防止数据被窃取或篡改。

4. 提供数据完整性： 证书中包含了数字签名，可以用于验证通信数据的完整性。使用 CA 签发的证书可以确保通信数据在传输过程中没有被篡改。

总之，使用 CA 签发证书可以确保通信的安全性、可靠性和完整性，为网络通信提供了重要的保护和信任基础。

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操作步骤

如下OpenSSL 命令，用于生成自签名的 CA（Certificate Authority，证书颁发机构）证书以及服务器证书。

1. 生成 CA 密钥对

openssl genrsa -out ca.key 2048

这个命令生成了一个 2048 位的 RSA 密钥对，私钥保存在 ca.key 文件中。

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2. 生成自签名的 CA 证书

openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -subj "/CN=artisan-ca.com" -days 5000 -out ca.crt

这个命令使用生成的 CA 密钥对生成了一个自签名的 CA 证书。
-x509 选项表示生成一个自签名的 X.509 证书，
-subj 选项用于指定证书的主题信息，
-days 选项用于指定证书的有效期，
-out 选项用于指定输出的证书文件名。

查看生成的证书信息，证明这是一个自签的CA证书 。

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3. 生成服务器密钥对和证书签名请求 (CSR)

# 服务器的 RSA 密钥对
openssl genrsa -out server.key 2048

 # 证书签名请求 (CSR)
openssl req -new -key server.key -subj "/CN=artisan.com" -out server.csr

这两个命令分别生成了服务器的 RSA 密钥对和证书签名请求 (CSR)。

首先使用 genrsa 命令生成了服务器的私钥 server.key，然后使用 req 命令生成了 CSR 文件 server.csr，其中 -subj 选项用于指定证书的主题信息。

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4. 使用 CA 签署服务器证书

openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -days 5000

这个命令使用之前生成的 CA 密钥对和证书 (ca.crt 和 ca.key) 对服务器的 CSR (server.csr) 进行签名，生成了服务器的证书 server.crt。
-CA 选项用于指定签署证书的 CA 证书，
-CAkey 选项用于指定 CA 的私钥
-CAcreateserial 选项用于生成一个序列号文件以跟踪已签署的证书，
-out 选项用于指定输出的证书文件名。

通过这些 OpenSSL 命令，就可以成功地生成了自签名的 CA 证书和服务器证书，并使用 CA 对服务器证书进行了签名，从而建立了一个简单的证书信任链。

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Nginx Https 自签证书

创建和配置 Nginx 使用 HTTPS 自签名证书的步骤如下：

1. 生成自签名证书和私钥

openssl genrsa -out server.key 2048

• 该命令生成一个 RSA 密钥对，并将私钥保存到 server.key 文件中。参数 2048 指定了密钥长度为 2048 位。

openssl req -x509 -new -nodes -key server.key -subj "/CN=artisan.com" -days 10000 -out server.crt

• 这个命令生成一个自签名的 X.509 证书。解释如下：
  • -x509：表示生成自签名证书。
  • -new：创建一个新的证书请求。
  • -nodes：不加密生成的私钥。
  • -key server.key：指定使用之前生成的私钥文件 server.key。
  • -subj "/CN=yandun.com"：指定证书的主题（Subject）。在这里，/CN=yandun.com 表示通用名称（Common Name）为 yandun.com。
  • -days 10000：指定证书的有效期为 10000 天。
  • -out server.crt：将生成的证书保存到 server.crt 文件中。

openssl x509 -in server.crt -noout -text

• 该命令用于查看生成的证书的详细信息，包括主题、颁发者、有效期等。解释如下：
  • -in server.crt：指定要查看的证书文件。
  • -noout：不打印证书内容到标准输出。
  • -text：以文本形式显示证书内容。

这些命令可以用来生成自签名的证书并查看证书的详细信息。

Issuer 和 Subject 是同一个机构， 说明是自签证书。

CA： TRUE 说明它是一个CA签发结构。

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2. 配置 Nginx 使用 CA签发的 HTTPS 证书

编辑 Nginx 的配置文件（通常位于 /etc/nginx/nginx.conf 或 /etc/nginx/sites-available/default），并确保以下配置项已经添加或更新：

 server {
   
   .....
   .....
 	ss1 on;
 	ss1_certificate /cert/server.crt;
	ss1_certificate_key /cert/server.key;
	
	# 暂不开启
	#ss1_client_certificate /cert/client.crt;
	#ssI_verify_client on;

	ss1_session_cache shared:ssL:1m;
	ss1_session_timeout 10m;
	ss1_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
 	ss1_prefer_server_ciphers on; 

 .....
   .....
   }

每个指令的含义如下：

1. ss1 on;：

   • 启用 SSL/TLS 加密。这表示流模块将使用 SSL/TLS 加密来保护与客户端的通信。

2. ss1_certificate /cert/server.crt;：

   • 指定用于 SSL/TLS 加密的服务器证书文件路径。在这里，/cert/server.crt 是服务器证书的路径。

3. ss1_certificate_key /cert/server.key;：

   • 指定用于 SSL/TLS 加密的服务器私钥文件路径。在这里，/cert/server.key 是服务器私钥的路径。

4. #ss1_client_certificate /cert/client.crt;：

   • 用于指定客户端证书的文件路径。这是可选的，如果您希望服务器验证客户端的证书，则取消注释并指定客户端证书的路径。

5. #ss1_verify_client on;：

   • 用于指定是否验证客户端证书。取消注释并设置为 on 可以启用客户端证书验证。

6. ss1_session_cache shared:ssL:1m;：

   • 指定用于缓存 SSL/TLS 会话的共享内存区域名称和大小。在这里，会话缓存名称为 ssL，大小为 1MB。

7. ss1_session_timeout 10m;：

   • 指定 SSL/TLS 会话的超时时间。在这里，会话超时时间为 10 分钟。

8. ss1_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;：

   • 指定 SSL/TLS 加密算法的优先级和允许使用的加密套件。在这里，使用了 HIGH 表示使用高强度加密算法，同时禁用了一些不安全的加密套件，如 NULL 和 MD5。

9. ss1_prefer_server_ciphers on;：

   • 指定是否优先使用服务器端提供的加密套件。设置为 on 表示优先使用服务器端提供的加密套件。

这些指令配置了 Nginx 流模块的 SSL/TLS 加密功能，包括了服务器证书、私钥、会话缓存等参数。

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3. 重启 Nginx 服务

完成配置后，通过以下命令重启 Nginx 服务，以使更改生效：

sudo systemctl restart nginx

现在，Nginx 应该已经配置为使用自签名证书进行 HTTPS 加密通信。请确保防火墙已正确配置以允许流量通过 HTTPS 端口（默认为 443）。

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4. 直接访问

我们可以看到 开启了Https以后，直接使用http的方式访问是行不通的

curl: (60) Peer's certificate issuer has been marked as not trusted by the user
More details here: http;//curl.haxx.se/docs/sslcerts.html  

通过web访问 会弹出警告信息

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5. 不验证证书直接访问

If you'd like to turn off curl's verification of the certificate, use
the -k (or --insecure)  option.

curl  https://192.168.3.103 -k 

可以通过在 curl 命令中添加 -k 或 --insecure 选项来关闭 curl 对证书的验证，从而允许直接访问未经验证的 HTTPS 网站。这样做会绕过证书验证过程，可能会存在安全风险，因此建议仅在测试或特殊情况下使用。

可以使用的命令：

curl https://192.168.3.103 -k

这个命令将直接访问 https://192.168.3.103，而不会验证服务器证书的有效性。

请注意，使用 -k 选项会将连接置于不安全的状态，因为它不验证服务器证书的真实性，可能容易受到中间人攻击。因此，在生产环境中应避免使用此选项，以确保通信的安全性。

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6. 使用ca.crt作为ca证书验证服务端

不能使用签发的server.crt 进行访问，错误信息如下

curl https:/artisan.com  --resolve  --cacert /cert/server.crt
artisan.com:443:192.168.3.103
cur1: (60) Peer's Certificate issuer is not recognized.

cur1: (60) Peer's Certificate issuer is not recognized.

错误信息表明 curl 无法验证服务器证书的签发者。这通常是由于未将 CA 证书正确指定给 curl 所致。我们使用 --cacert 选项指定了服务器证书，但似乎没有正确指定 CA 证书。

需要将 CA 证书正确指定给 curl，以便 curl 可以使用它来验证服务器证书的签发者。以下是正确的命令：

curl https://artisan.com --resolve artisan.com:443:192.168.3.103 --cacert /cert/ca.crt

在这个命令中，--cacert 选项被用来指定 CA 证书的路径，这样 curl 就可以使用它来验证服务器证书的签发者。

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使用ca根证书，而非签发的server.crt 证书进行访问

curl  https://artisan.com --resolve artisan.com:443:192.168.3.103  --cacert /cert/ca.crt

如上命令，OK

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7. 使用IP访问

会报错如上信息， 因为我们签发的证书的csr中，使用的是域名 artisan.com

openssl req -new -key server.key -subj "/CN=artisan.com" -out server.csr

这个错误通常意味着服务器证书中指定的域名与请求的域名不匹配。这可能是因为正在使用的证书是针对另一个域名签发的，或者服务器配置不正确。

要解决这个问题，您可以采取以下步骤：

1. 检查证书的域名： 确保服务器证书是针对正在访问的域名签发的。可以使用以下命令检查证书中的主题信息：

   openssl x509 -in /cert/server.crt -noout -subject
   

   如果主题信息中的域名与正在访问的域名不匹配，那么需要获取一个正确匹配的证书。

2. 检查服务器配置： 确保服务器配置正确，将证书配置为与正在访问的域名匹配。检查服务器配置文件，确保域名和证书的匹配性。

3. 重新签发证书： 如果服务器证书确实是针对错误的域名签发的，需要重新签发一个正确匹配的证书。使用正确的域名生成证书签名请求 (CSR)，并使用 CA 对其进行签名。

4. 更新 DNS 记录： 如果更改了服务器证书针对的域名，确保更新 DNS 记录，以便域名解析到正确的服务器 IP 地址。

5. 检查证书链： 确保服务器证书的颁发机构是信任的，并且证书链是完整的。您可以使用以下命令检查证书链的完整性：

   openssl s_client -connect artisan.com:443 -showcerts
   

   如果证书链不完整或不信任，需要安装完整的证书链或信任颁发机构的根证书。

解决办法将证书信息追加到

/etc/pki/t1s/certs/ca-bunde.crt