【HTTPS双向加密认证】

HTTPS单向认证和双向认证

发布时间: 2015/07/30 15:27
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一、背景&概念

HTTPS：在http(超文本传输协议)基础上提出的一种安全的http协议，因此可以称为安全的超文本传输协议。 http协议直接放置在TCP协议之上，而https提出在http和TCP中间加上一层加密层。从发送端看，这一层负责把http的内容加密后送到下层的TCP，从接收方看，这一层负责将TCP送来的数据解密还原成http的内容。

SSL(Secure Socket Layer)：是Netscape公司设计的主要用于WEB的安全传输协议。从名字就可以看出它在https协议栈中负责实现上面提到的加密层。因此，一个https协议栈大致是这样的：

数字证书：一种文件的名称，好比一个机构或人的签名，能够证明这个机构或人的真实性。其中包含的信息，用于实现上述功能。

加密和认证：加密是指通信双方为了防止铭感信息在信道上被第三方窃听而泄漏，将明文通过加密变成密文，如果第三方无法解密的话，就算他获得密文也无能为力；认证是指通信双方为了确认对方是值得信任的消息发送或接受方，而不是使用假身份的非法者，采取的确认身份的方式。只有同时进行了加密和认证才能保证通信的安全，因此在SSL通信协议中这两者都被应。早期一般是用对称加密算法，现在一般都是不对称加密，最常见的算法就是RSA。

消息摘要：这个技术主要是为了避免消息被篡改。消息摘要是把一段信息，通过某种算法，得出一串字符串。这个字符串就是消息的摘要。如果消息被篡改（发生了变化），那么摘要也一定会发生变化（如果2个不同的消息生成的摘要是一样的，那么这就叫发生了碰撞）。

消息摘要的算法主要有MD5和SHA，在证书领域，一般都是用SHA（安全哈希算法）。

数字证书、加密和认证、消息摘要三个技术结合起来，就是在HTTPS中广泛应用的证书（certificate），证书本身携带了加密/解密的信息，并且可以标识自己的身份，也自带消息摘要。

HTTPS认证过程：

① 浏览器发送一个连接请求给安全服务器。

② 服务器将自己的证书，以及同证书相关的信息发送给客户浏览器。

③ 客户浏览器检查服务器送过来的证书是否是由自己信赖的 CA 中心所签发的。如果是，就继续执行协议；如果不是，客户浏览器就给客户一个警告消息：警告客户这个证书不是可以信赖的，询问客户是否需要继续。

④ 接着客户浏览器比较证书里的消息，例如域名和公钥，与服务器刚刚发送的相关消息是否一致，如果是一致的，客户浏览器认可这个服务器的合法身份。

⑤ 服务器要求客户发送客户自己的证书。收到后，服务器验证客户的证书，如果没有通过验证，拒绝连接；如果通过验证，服务器获得用户的公钥。

⑥ 客户浏览器告诉服务器自己所能够支持的通讯对称密码方案。

⑦ 服务器从客户发送过来的密码方案中，选择一种加密程度最高的密码方案，用客户的公钥加过密后通知浏览器。

⑧ 浏览器针对这个密码方案，选择一个通话密钥，接着用服务器的公钥加过密后发送给服务器。

⑨ 服务器接收到浏览器送过来的消息，用自己的私钥解密，获得通话密钥。

⑩ 服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，对称密钥是加过密的。

上面所述的是双向认证 SSL 协议的具体通讯过程，这种情况要求服务器和用户双方都有证书。单向认证 SSL 协议不需要客户拥有 CA 证书，具体的过程相对于上面的步骤，只需将服务器端验证客户证书的过程去掉，以及在协商对称密码方案，对称通话密钥时，服务器发送给客户的是没有加过密的（这并不影响 SSL 过程的安全性）密码方案。这样，双方具体的通讯内容，就是加过密的数据，如果有第三方攻击，获得的只是加密的数据，第三方要获得有用的信息，就需要对加密的数据进行解密，这时候的安全就依赖于密码方案的安全。而幸运的是，目前所用的密码方案，只要通讯密钥长度足够的长，就足够的安全。这也是我们强调要求使用128 位加密通讯的原因。

二、环境准备

Oracle Linux Server release 6.5、JDK1.7.0_45、openssl-1.0.2d

三、单向认证

3.1 为服务器生成证书

keytool -genkey -keyalg RSA -dname "cn=127.0.0.1,ou=inspur,o=none,l=shandong,st=jinan,c=cn" -alias server -keypass 111111 -keystore server.keystore -storepass 111111 -validity 3650

注：cn=127.0.0.1配置的是服务器IP

3.2 生成csr

生成csr文件用于提交CA认证生成证书使用。

keytool -certReq -alias server -keystore server.keystore -file ca.csr

3.3 生成cer

这个ca.cer是为了解决不信任时要导入的

keytool -export -alias server -keystore server.keystore -file ca.cer -storepass 111111

3.4 tomcat配置ssl

clientAuth="false"代表单向认证，配置如下：

<Connector SSLEnabled="true" clientAuth="false"

maxThreads="150" port="8443"

protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Protocol"或者HTTP/1.1

scheme="https" secure="true" sslProtocol="TLS"

keystoreFile="D:/server.keystore" keystorePass="111111"/>

注: Http11Protocol支持HTTP/1.1协议，是http1.1协议的ProtocolHandler实现。

3.5 解决不信任

启动tomcat，输入 https://127.0.0.1:8443/

这时提示框显示：服务器的证书不受信任。在浏览器内显示以下提示：

此服务器无法证明它是127.0.0.1；您计算机的操作系统不信任其安全证书。出现此问题的原因可能是配置有误或您的连接被拦截了。

选择“继续前往（不安全）”，也能访问，但是此时就是以普通的HTTP方式进行信息传输了。

选择安装步骤3.3生成的ca.cer文件，将证书存储在“受信任的证书颁发机构”，就可以通过HTTPS正常访问了。

3.6 解决程序访问异常

这时候如果用程序去访问可能还会抛证书不信任的异常sun.security.validator.ValidatorException: PKIX path building failed...

需要将生成的证书(ca.cer ) 导入到jdk中

执行以下命令：

keytool -import -alias tomcatsso -file "ca.cer" -keystore "D:\java\jdk1.6.0_11\jre\lib\security\cacerts" -storepass changeit

其中changeit是jre默认的密码。

如果抛 No subject alternative names present，请在生成keystore 注意CN必须要为域名（或机器名称)例如localhost 不能为IP 。

如果抛 No name matching localhost found，表示你生成keystore CN的名称和你访问的名称不一致。

四、双向认证

4.1 目录建立

Linux环境下，在home下建立out32dll目录，在此目录下建立ca、client、server三个文件夹。以下命令均在out32dll目录下执行。

4.2 生成CA证书

创建私钥 :

openssl genrsa -out ca/ca-key.pem 1024

创建证书请求：

openssl req -new -out ca/ca-req.csr -key ca/ca-key.pem

-----

Country Name (2 letter code) [AU]:cn
State or Province Name (full name) [Some-State]:beijing
Locality Name (eg, city) []:fengtai
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:DKY
Organizational Unit Name (eg, section) []:0953
Common Name (eg, YOUR name) []:CA
Email Address []:20095335@mail.besti.edu.cn

弹出密码输入选项，Enter默认即可

自签署证书：

openssl x509 -req -in ca/ca-req.csr -out ca/ca-cert.pem -signkey ca/ca-key.pem -days 3650

将证书导出成浏览器支持的.p12格式：

openssl pkcs12 -export -clcerts -in ca/ca-cert.pem -inkey ca/ca-key.pem -out ca/ca.p12

密码：111111

4.3 生成Server证书

一. 1.创建私钥：
openssl genrsa -out server/server-key.pem 1024
2.创建证书请求：
openssl req -new -out server/server-req.csr -key server/server-key.pem
-----
Country Name (2 letter code) [AU]:cn
State or Province Name (full name) [Some-State]:beijing
Locality Name (eg, city) []:fengtai
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:DKY
Organizational Unit Name (eg, section) []:0953
Common Name (eg, YOUR name) []:222.28.129.224 注意：一定要写服务器所在的ip地址
Email Address []:20095335@mail.besti.edu.cn

弹出密码输入选项，Enter默认即可

3.自签署证书：
openssl x509 -req -in server/server-req.csr -out server/server-cert.pem -signkey server/server-key.pem -CA ca/ca-cert.pem -CAkey ca/ca-key.pem -CAcreateserial -days 3650
4.将证书导出成浏览器支持的.p12格式：
openssl pkcs12 -export -clcerts -in server/server-cert.pem -inkey server/server-key.pem -out server/server.p12
密码：111111

4.4 生成Clinet证书

创建私钥：

openssl genrsa -out client/client-key.pem 1024

创建证书请求：openssl req -new -out client/client-req.csr -key client/client-key.pem

-----

Country Name (2 letter code) [AU]:cn

State or Province Name (full name) [Some-State]:Beijing

Locality Name (eg, city) []:fengtai
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:DKY

Organizational Unit Name (eg, section) []:0953

Common Name (eg, YOUR name) []:Client

Email Address []:20095335@mail.besti.edu.cn

Please enter the following 'extra' attributes to be sent with your certificate request
A challenge password []:123456
An optional company name []:tsing
3.自签署证书：

openssl x509 -req -in client/client-req.csr -out client/client-cert.pem -signkey client/client-key.pem -CA ca/ca-cert.pem -CAkey ca/ca-key.pem -CAcreateserial -days 3650
4.将证书导出成浏览器支持的.p12格式：
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client/client-cert.pem -inkey client/client-key.pem -out client/client.p12
密码：111111

4.5 根据CA证书生成jks文件

keytool -keystore truststore.jks -keypass 222222 -storepass 222222 -alias ca -import -trustcacerts -file /home/out32dll/ca/ca-cert.pem

4.6 tomcat配置ssl

tomcat6.0的配置：修改conf/server.xml。将keystoreFile、truststoreFile的路径填写为正确的放置路径。如下图：

<Connector port="8443" protocol="HTTP/1.1" SSLEnabled="true"

maxThreads="150" scheme="https" secure="true"

clientAuth="true" sslProtocol="TLS"

keystoreFile="server.p12" keystorePass="111111" keystoreType="PKCS12"

truststoreFile="truststore.jks" truststorePass="222222" truststoreType="JKS"/>

4.7 导入证书

将ca.p12，client.p12分别导入到IE中去（打开IE->Internet选项->内容->证书）。 ca.p12导入至受信任的根证书颁发机构，client.p12导入至个人。

五、浏览器验证

验证ssl配置是否正确访问你的应用https://服务器ip:8443/，如果配置正确的话，

单向认证方式会直接跳转到地址，并且https显示绿色。

双向认证方式会出现请求你数字证书的对话框，选择确定，再跳转到地址，并且https显示绿色。

六、帮助

6.1 Tomcat—server.xml—Connector属性

属性	说明
clientAuth	设置是否双向验证，默认为false，设置为true代表双向验证
keystoreFile	服务器证书文件路径
keystorePass	服务器证书密码
truststoreFile	用来验证客户端证书的根证书，此例中就是服务器证书
truststorePass	根证书密码

6.2 keytool

Keytool是一个Java数据证书的管理工具，Keytool将密钥和证书存在一个称为keystore的文件中。常用命令属性如下：

命令属性	说明
-genkey	在用户主目录中创建一个默认文件".keystore",还会产生一个mykey的别名，mykey中包含用户的公钥、私钥和证书
-alias	别名,每个keystore都关联一个唯一的alias，通常不区分大小写
-keystore	指定密钥库的名称(产生的各类信息将不在.keystore文件中)
-keyalg	指定密钥的算法(如 RSA DSA（如果不指定默认采用DSA)
-validity	指定创建的证书有效期多少天
-keysize	指定密钥长度
-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)
-dname	指定证书拥有者信息。例如："CN=名字与姓氏,OU=组织单位名称,O=组织名称,L=城市或区域名称,ST=省份名称,C=单位的两字母国家代码"
-list	显示密钥库中的证书信息
-v	显示密钥库中的证书详细信息
-export	将别名指定的证书导出到文件，例: keytool -export -alias 需要导出的别名 -keystore 指定keystore -file 指定导出的证书位置及证书名称 -storepass 密码
-file	参数指定导出到文件的文件名
-delete	删除密钥库中某条目，例： keytool -delete -alias 指定需删除的别名 -keystore 指定keystore -storepass 密码
-printcert	查看导出的证书信息，例：keytool -printcert -file yushan.crt
-keypasswd	修改密钥库中指定条目口令，例: keytool -keypasswd -alias 需修改的别名 -keypass 旧密码 -new 新密码 -storepass keystore密码 -keystore
-import	将已签名数字证书导入密钥库，例: keytool -import -alias 指定导入条目的别名 -keystore 指定keystore -file 需导入的证书

6.3 openssl

http://www.openssl.org/docs/apps/openssl.html

参考资料：

http://my.oschina.net/nearzk/blog/485652

http://seanlook.com/2015/05/28/nginx-ssl/