网络知识详解之：CA证书制作实战

计算机网络相关知识体系详解

• 网络知识详解之：TCP连接原理详解
• 网络知识详解之：HTTP协议基础
• 网络知识详解之：HTTPS通信原理剖析（对称、非对称加密、数字签名、数字证书）
• 网络知识详解之：CA证书制作实战（Nginx数字证书实战）
• 网络知识详解之：网络攻击与安全防护
  

  文章目录

  • 网络知识详解之：CA证书制作实战
  • • 需求
    • OpenSSL
    • 过程
    • 颁发证书
    • • (1) 修改配置
      • (2) 生成根密钥
      • (3）生成根证书
      • (4) 为我们的Nginx服务器生成SSL密钥
      • (5）为nginx生成证书签署请求
      • (6) 私有CA根据请求来签署证书
    • 使用 SSL证书
    • • (1) Nginx 使用 SSL 证书
      • (2) 启动Nginx
      • (3) 访问测试
      • (4) 添加证书
      • (5）访问测试

需求

自建CA 颁发证书

使用自签名证书来构建安全网络，所谓自签名证书，就是自己扮演 CA 机构，自己给自己的服务器颁发证书。

OpenSSL

OpenSSL是一个以C语言编写现了SSL与TLS协议的开源的软件库包，应用程序可以使用这个包来进行安全通信，避免窃听，同时确认另一端连线者的身份。这个包广泛被应用在互联网的网页服务器上。OpenSSL支持Linux、Windows、BSD（Unix的衍生系统）、Mac等平台，这使得OpenSSL具有广泛的适用性。

OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分：

• 加密算法库
  • 对称加密算法：
  • 非对称加密算法
  • 信息摘要算法
• SSL协议库
  • OpenSSL实现了SSL协议的SSLv2和SSLv3，支持了其中绝大部分算法协
    议
  • OpenSSL也实现了TLSv1.0+
• 应用程序
  • 多功能的命令行工具，可以实现加密解密、密钥生成、密钥和证书管理、自建CA和签名等功能

过程

1. CA生成根密钥
2. CA生成根证书
3. Nginx生成私钥
4. Nginx申请证书
5. CA签发
6. Nginx安装证书，配置

颁发证书

默认情况下Linux操作系统已经内置安装了OpenSSL，可以通过 openssl version 查看版本号

但是在使用前，需要注意下当前OpenSSL的库的版本，因为版本1.0.1是一个很重要的风水岭版本，1.0.1是第一个支持TLS1.1和1.2的版本。

(1) 修改配置

在CA目录下创建两个初始文件，维护序列号。通过CA机构签发的每个证书都有一个唯一的序列号。

cd /etc/pki/CA
touch index.txt serial
echo 01 > serial

(2) 生成根密钥

表示的CA机构的私钥，CA结构签发的每一个证书都要通过自己的私钥进行签名

cd /etc/pki/CA
#生成一个2048位的密钥
openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048

(3）生成根证书

使用req命令生成自签证书

• -new：表示新的申请
• -x509：表示生成自签证书
• -key：指定私钥文件
• -out：保存证书的位置
• -days：指定证书期限

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

会提示输入一些内容，因为是私有的，所以可以随便输入（之前修改的openssl.cnf会在这里呈现），最好记住能与后面保持一致。上面的自签证书cacert.pem 应该生成在 /etc/pki/CA 下。

(4) 为我们的Nginx服务器生成SSL密钥

申请SSL证书本质上就是服务器升级支持HTTPS，非对称加密（公钥和私钥）。

以上都是在CA服务器上做的操作，而且只需进行一次，现在转到nginx服务器上执行：

安装Nginx

#1.安装该rpm
rpm -ivh
http://nginx.org/packages/centos/7/noarch/RPMS/nginx-releasecentos-7-0.el7.ngx.noarch.rpm
#安装该rpm后，我们就能在/etc/yum.repos.d/ 目录中看到一个名为
nginx.repo 的文件。

#2.安装完Nginx源后，就可以正式安装Nginx了。
yum install -y nginx

#3.查看所在目录
whereis nginx

cd ./nginx-1.17.8/
# 创建一个ssl的新目录
mkdir ssl
cd ssl
#为我们的nginx web服务器生成ssl密钥
openssl genrsa -out nginx.key 2048

(5）为nginx生成证书签署请求

该过程会生成一个文件，包含了证书相关的信息，但是该文件不是证书，生成证书的请求文件。

该文件需要发送给CA机构，由CA签名后生成一个证书文件。

openssl req -new -key nginx.key -out nginx.csr
...
Country Name (2 letter code) [AU]:CN
State or Province Name (full name) [Some-State]:GD
Locality Name (eg, city) []:SZ
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty
Ltd]:COMPANY
Organizational Unit Name (eg, section) []:IT_SECTION
Common Name (e.g. server FQDN or YOUR name)
[]:your.domain.com
Email Address []:
Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:
An optional company name []:
...

同样会提示输入一些内容，其它随便，除了 Commone Name 一定要是你要授予证书的服务器域名或主机名，challenge password不填。

(6) 私有CA根据请求来签署证书

接下来要把上一步生成的证书请求csr文件，发到CA服务器上，在CA上执行：

openssl ca -in nginx.csr -out nginx.crt

上面三个文件中，nginx.crt表示证书，nginx.csr表示请求文件，nginx.key表示私钥

上面签发过程其实默认使用了 -cert cacert.pem -keyfile cakey.pem ，这两个文件就是前两步生成的位于 /etc/pki/CA 下的根密钥和根证书。将生成的crt证书发回nginx服务器使用。

到此我们已经拥有了建立SSL安全连接所需要的所有文件，并且服务器的crt和key都位于配置的目录下，剩下的是如何使用证书的问题。

使用 SSL证书

(1) Nginx 使用 SSL 证书

在本地安装完成证书（在Nginx服务器配置）也就意味着Java Web应用已经完成了从http到https协议的升级

以 Nginx 为例，在 Nginx 中新建ssl文件夹，将生成的crt和key放入其中，配置文件中加入以下代码：

#修改Nginx的配置文件，安装SSL证书
cd /etc/nginx/conf.d
vi default.conf

listen 443 ssl http2;#https协议监听的端口号是443端口，基于http2进行工作的。
ssl_certificate /etc/nginx/ssl/nginx.crt; # 指向 ssl文件夹中的 crt 文件
ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/nginx.key; # 指向ssl 文件夹中的 key 文件
ssl_session_timeout 5m;
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;

实际的配置文件如下：

default.conf

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;
		
	listen 443 ssl http2;	
	ssl_certificate /opt/lagou/servers/nginx-1.17.8/ssl/nginx.crt; 
	ssl_certificate_key /opt/lagou/servers/nginx-1.17.8/ssl/nginx.key; 
	ssl_session_timeout 5m;
	ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;  

    #charset koi8-r;

    #access_log  logs/host.access.log  main;

    location / {
        root   html;
        index  index.html index.htm;
    }

    #error_page  404              /404.html;

    # redirect server error pages to the static page /50x.html
    #
    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
        root   html;
    }

    # proxy the PHP scripts to Apache listening on 127.0.0.1:80
    #
    #location ~ \.php$ {
    #    proxy_pass   http://127.0.0.1;
    #}

    # pass the PHP scripts to FastCGI server listening on 127.0.0.1:9000
    #
    #location ~ \.php$ {
    #    root           html;
    #    fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
    #    fastcgi_index  index.php;
    #    fastcgi_param  SCRIPT_FILENAME  /scripts$fastcgi_script_name;
    #    include        fastcgi_params;
    #}

    # deny access to .htaccess files, if Apache's document root
    # concurs with nginx's one
    #
    #location ~ /\.ht {
    #    deny  all;
    #}
}

(2) 启动Nginx

#切换到可执行目录
cd /usr/sbin/
./nginx
#查看启动状态
ps -ef|grep nginx

(3) 访问测试

curl https://192.168.80.121

但是，我们自己签发的证书，是不受其他服务器信任的，当发起 curl 请求时，会出现以下情况：证书无效或无法验证错误。

这时候，我们就需要将我们 CA 服务器的根证书导入到这台服务器中。

(4) 添加证书

#安装 ca-certificates package:
yum install ca-certificates

#启用dynamic CA configuration feature:
update-ca-trust force-enable

#将证书文件放到 /etc/pki/ca-trust/source/anchors/ 目录下
mv /etc/pki/CA/cacert.pem /etc/pki/ca-trust/source/anchors/

#执行更新:
update-ca-trust extract

(5）访问测试

curl https://192.168.80.121

可以看到，通过上述配置后，已经可以成功访问nginx了，说明我们利用CA数字证书进行网络通信的方式测试成功！