内容简介

HTTPS 是一种至关重要的网络安全协议，它通过在 HTTP 协议之上添加 SSL/TLS 层来确保数据传输的安全性和完整性。这有助于防止数据在客户端和服务器之间传输时被窃听、篡改或伪造，对于保护用户隐私、防范中间人攻击以及增强用户对网站的信任至关重要。

针对 Flask Web 应用，实现 HTTPS 加密的三种推荐方式如下：

1. 直接使用 Flask 启动 HTTPS：

   • 优势：配置过程简单直观，非常适合开发和测试阶段。
   • 局限：在高流量的生产环境中，其性能可能不足以应对需求；自签名证书可能会触发浏览器安全警告，影响用户体验。
   • 实施方法：通过 Flask 应用直接配置 SSL/TLS，并在 443 端口上监听，实现 HTTPS 加密。

2. 利用 WSGI 服务器（例如 Gunicorn）：

   • 优势：相较于 Flask 原生运行，WSGI 服务器能更高效地处理请求，支持生产环境中所需的高级特性，如工作进程和线程的智能管理。
   • 局限：配置过程相对复杂，需要对服务器进行额外的管理和配置。
   • 实施方法：使用 Gunicorn 等 WSGI 服务器运行 Flask 应用，并设置 SSL/TLS，以提升性能和可扩展性。

3. 部署 Nginx 作为反向代理：

   • 优势：Nginx 以其高效率和稳定性而著称，特别适合处理静态内容和代理动态请求，显著增强了 Flask 应用的性能和安全性。
   • 局限：需要对 Nginx 进行配置，并维护额外的服务组件。
   • 实施方法：配置 Nginx 作为反向代理服务器，负责处理 SSL/TLS 加密和提供静态资源，然后将动态请求转发至由 Gunicorn 管理的 Flask 应用。

关于证书的选择：

• 在开发和测试阶段，自签名证书是一个可行的选择。然而，在生产环境中，推荐使用由受信任的证书颁发机构签发的证书，以避免浏览器安全警告并增强用户信任。
• 第三方证书可以通过多种渠道获取，包括免费证书（例如 Let’s Encrypt 提供的）和商业付费证书，选择时应根据网站的具体需求和预算进行。

总结：
选择实现 HTTPS 加密的方法应基于应用的具体需求、预期的流量规模以及维护资源。对于大多数生产环境，推荐配置 Nginx 作为反向代理，并结合 Gunicorn 来运行 Flask 应用，同时采用第三方证书以确保通信的安全性和提升用户信任度。这种配置不仅优化了性能，还强化了安全性，为用户提供了更加安全可靠的网络服务体验。

网站目录示例

构建一个 Flask 网站的目录结构，包括 SSL 自制证书、Nginx 的代理配置文件和 Gunicorn 的启动文件，Nginx 启动文件， 可以按照以下示例进行组织：

/myflaskapp
    /app
        __init__.py
        main.py
    /certs
        myflaskapp.com.conf
        myflaskapp.com.crt
        myflaskapp.com.key
    /nginx
        myflaskapp.conf
    gunicorn_start.sh
    nginx_start.sh

这里是每个部分的详细说明：

• /myflaskapp：项目的根目录。
• /app：Flask 应用的目录。
  • __init__.py：初始化 Flask 应用的 Python 文件。
  • main.py：包含 Flask 应用的代码，例如路由和视图函数。
• /certs：存放 SSL 证书和私钥的目录。
  • myflaskapp.com.conf: SSL配置文件
  • myflaskapp.com.crt：SSL 证书文件。
  • myflaskapp.com.key：SSL 私钥文件。
• /nginx：存放 Nginx 配置文件的目录。
  • myflaskapp.conf：Nginx 代理配置文件，用于设置反向代理和 SSL 配置。
• gunicorn_start.sh：启动 Gunicorn 的 shell 脚本。
• nginx_start.sh：启动 Nginx的 shell 脚本。

在使用 Python 的 Flask 框架时，可以通过集成 OpenSSL 和使用 WSGI 服务器的方式来启用 HTTPS。以下是一些基本步骤来配置 Flask 应用以使用 HTTPS：

生成SSL证书

1. 配置文件:
   在myflaskapp/certs下创建文件·myflaskapp.com.conf, 增加下面配置信息

   [req]
   prompt                  = no
   default_bits            = 4096
   default_md              = sha256
   encrypt_key             = no
   string_mask             = utf8only
   
   distinguished_name      = cert_distinguished_name
   req_extensions          = req_x509v3_extensions
   x509_extensions         = req_x509v3_extensions
   
   
   [ cert_distinguished_name ]
   C  = CN
   ST = BJ
   L  = BJ
   O  = HomeLab
   OU = HomeLab
   CN = myflaskapp.com
   
   [req_x509v3_extensions]
   basicConstraints        = critical,CA:true
   subjectKeyIdentifier    = hash
   keyUsage                = critical,digitalSignature,keyCertSign,cRLSign #,keyEncipherment
   extendedKeyUsage        = critical,serverAuth,clientAuth
   subjectAltName          = @alt_names
   
   [alt_names]
   DNS.1 = myflaskapp.com
   DNS.2 = *.myflaskapp.com
   

2. 生成 SSL 证书和私钥：
   我们还需要一个 SSL 证书和私钥， 基于配置文件，使用 OpenSSL 来生成自签名的证书, 如下所示：

   # 定义文件名称
   OUTPUT_FILENAME="myflaskapp.com"
   # 生成证书和私钥
   openssl req -x509 -newkey rsa:2048 \
   -keyout $OUTPUT_FILENAME.key \
   -out $OUTPUT_FILENAME.crt \
   -days 3600 -nodes \
   -config ${OUTPUT_FILENAME}.conf
   

   这将生成一个有效期为 3600 天的自签名证书 myflaskapp.com.crt 和私钥 myflaskapp.com.key。

单独使用Flask

使用 Flask 搭建一个简单的网站并启用 HTTPS 可以通过以下步骤完成：

1. 安装 Flask：
   首先，确保你已经安装了 Python3，然后使用 pip3 来安装 Flask 库：

   pip3 install flask
   

2. 创建 Flask 应用：
   在 myflaskapp/app 目录下创建一个名为 main.py 的文件，并添加以下代码：

   from flask import Flask, request, redirect
   
   app = Flask(__name__)
   
   @app.before_request
   def before_request():
       if request.scheme == 'http':
           return redirect(request.url.replace('http://', 'https://', 1))
   
   @app.route('/')
   def index():
       return 'Hello, Flask with SSL!'
   
   if __name__ == '__main__':
       app.run(host='0.0.0.0', port=443, ssl_context=('../certs/myflaskapp.com.crt', '../certs/myflaskapp.com.key'))
   

   这段代码做了以下几件事情：

   • 定义了一个 Flask 应用。
   • 使用 before_request 装饰器来检查请求的协议，如果是 HTTP，则重定向到 HTTPS。
   • 定义了一个路由 /，当访问网站根目录时返回Hello, Flask with SSL。
   • 运行应用，监听所有公共 IP 地址上的 443 端口，并使用指定的 SSL 证书和私钥启用 HTTPS。

3. 启动 Flask 应用：
   在命令行中运行以下命令来启动你的 Flask 应用：

   python3 main.py
   

4. 配置域名映射：
   将你的 Flask 应用的 宿主机IP地址 映射到域名 myflaskapp.com。对于windows用户可以在C:\Windows\System32\drivers\etc 文件夹下的host文件增加下面内容：

   <your-host-ip>  myflaskapp.com
   

5. 浏览器访问：
   在浏览器中输入 https://myflaskapp.com 访问你的网站。请注意，使用自签名证书会在浏览器中产生安全警告，因为自签名证书不被浏览器信任。

6. 安装证书：

   • 对于 Windows 用户，可以从服务器导出证书myflaskapp.com.crt，通过双击证书文件并按照提示安装。证书安装在受信任的根证书颁发机构目录下。
     
   • 安装完成后，重启浏览器，能够安全访问你的网站。
     

请注意，使用自签名证书在生产环境中是不推荐的，因为它不被浏览器信任。在实际部署时，应该使用由受信任的证书颁发机构签发的证书。此外，确保你的 SSL 证书和私钥文件路径正确无误，并且具有正确的权限设置。

使用WSGI服务器

在生产环境中部署 Flask 应用时，使用 WSGI 服务器如 Gunicorn 可以提供更好的性能和稳定性。以下是使用 Gunicorn 部署 Flask 应用的步骤，包括一些优化的描述：

1. 安装 Gunicorn：
   使用 pip3 安装 Gunicorn，这是 Python 的一个 WSGI HTTP 服务器，用于生产环境, 如下：

   pip3 install gunicorn
   

2. 创建启动脚本：
   在 myflaskapp 目录下创建一个名为 start_gunicorn.sh 的启动脚本，并添加以下内容。这个脚本将配置 Gunicorn 以使用 HTTPS 运行 Flask 应用：

   #!/bin/bash
   export MYFLASKAPP_HOME='/your/path/to/myflaskapp'
   gunicorn -w 4 -b 0.0.0.0:443 \
   --keyfile ${MYFLASKAPP_HOME}/certs/openssl/myflaskapp.com.key \
   --certfile ${MYFLASKAPP_HOME}/certs/openssl/myflaskapp.com.crt \
   --chdir ${MYFLASKAPP_HOME}/app main:app
   

   • -w 4 表示使用 4 个工作进程来处理请求。
   • -b 0.0.0.0:443 表示监听所有公共 IP 的 443 端口，允许来自任何 IP 的访问。
   • --keyfile 和 --certfile 指定了 SSL 私钥和证书文件的路径，确保 HTTPS 连接的安全性。
   • ./app.main:app 是 Flask 应用的模块和应用变量的引用。

3. 启动 Gunicorn 服务：
   给脚本文件添加执行权限，并运行它来启动 Gunicorn 服务：

   chmod +x start_gunicorn.sh
   ./start_gunicorn.sh
   

   这样，你的 Flask 应用就会以 Gunicorn 作为 WSGI 服务器在后台运行。

4. 浏览器访问：
   在浏览器中输入 https://myflaskapp.com 来访问你的网站。由于使用了 SSL/TLS 证书，你的连接将是加密的，浏览器会显示安全连接。

Nginx反向代理

部署 Flask 应用到生产环境时，使用 Nginx 作为反向代理服务器不仅可以提高应用的性能，还可以增强安全性。以下是使用 Nginx 和 Gunicorn 部署 Flask 应用的步骤：

1. 拉取 Nginx 镜像：
   使用 Docker 拉取最新的 Nginx 镜像：

   docker pull nginx
   

2. 修改 Flask 应用：
   更新 myflaskapp/app/main.py 文件，确保 Flask 应用默认不绑定端口和不启用 SSL，因为它将由 Nginx 处理：

   from flask import Flask
   
   app = Flask(__name__)
   
   @app.route('/')
   def index():
       return 'Hello, Flask with SSL!'
   
   if __name__ == '__main__':
       app.run()
   

3. 修改 Gunicorn 启动脚本：
   更新 myflaskapp/start_gunicorn.sh 脚本，确保 Gunicorn 监听 5000 端口（或其他非标准端口），因为 Nginx 将转发请求到这个端口：

   #!/bin/bash
   export MYFLASKAPP_HOME='/path/to/your/myflaskapp'
   nohup gunicorn -w 4 -b 0.0.0.0:5000 -chdir ${MYFLASKAPP_HOME}/app main:app &
   

4. 配置 Nginx 反向代理：
   在 Nginx 配置文件 myflaskapp/nginx/myflaskapp.conf 中设置反向代理规则：

   server {
       listen 80;
       server_name myflaskapp.com;
       return 301 https://$server_name$request_uri;
   }
   
   server {
       listen 443 ssl;
       server_name myflaskapp.com www.myflaskapp.com;
   
       ssl_certificate /etc/nginx/ssl/cert.pem;
       ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/key.pem;
   
       location / {
           proxy_pass http://<your-flask-host>:5000; # 假设 Flask 应用运行在同一个主机的 5000 端口
           proxy_set_header Host $host;
           proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
           proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
           proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
       }
   }
   

   注意：proxy_pass 应该指向 Gunicorn 监听的地址和端口，<your-flask-host>替换为Flask应用服务器IP地址。

5. 创建 Nginx 启动脚本：
   创建 myflaskapp/start_nginx.sh 脚本来启动 Nginx 容器，并挂载配置文件和 SSL 证书：

   #!/bin/bash
   sudo docker run \
     -d \
     -p 443:443 \
     -p 80:80 \
     -v $(pwd)/nginx/myflaskapp.conf:/etc/nginx/conf.d/myflaskapp.conf \
     -v $(pwd)/certs/:/etc/nginx/ssl/ \
     --name https-nginx nginx:latest
   

6. 启动服务：
   首先启动 Gunicorn 服务，然后启动 Nginx 服务：

   ./start_gunicorn.sh
   ./start_nginx.sh
   

7. 浏览器访问：
   在浏览器中输入 https://myflaskapp.com 访问你的网站。由于 Nginx 配置了 SSL 证书，连接将是安全的，浏览器将显示安全连接。

参考资料

如何制作和使用自签名证书
自签证书让Chrome信任的方式
使用自签名SSL证书配置HTTPS，解决浏览器提示不安全警告