[整理]HTTPS和SSL证书

在互联网安全通信方式上，目前用的最多的就是https配合ssl和数字证书来保证传输和认证安全了。本文追本溯源围绕这个模式谈一谈。

名词解释

首先解释一下上面的几个名词：

• 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骗子，采取的确认身份的方式。只有同时进行了加密和认真才能保证通信的安全，因此在SSL通信协议中这两者都被应。

因此，这三者的关系已经十分清楚了：https依赖一种实现方式，目前通用的是SSL，数字证书是支持这种安全通信的文件。另外有SSL衍生出TLS和WTLS，前者是IEFT将SSL标准化之后产生的（TSL1.0），与SSL差别很小，后者是用于无线环境下的TSL。

如何加密

常用的加密算法

• 对称密码算法：是指加密和解密使用相同的密钥，典型的有DES、RC5、IDEA（分组加密），RC4（序列加密）；

• 非对称密码算法：又称为公钥加密算法，是指加密和解密使用不同的密钥（公开的公钥用于加密，私有的私钥用于解密）。比如A发送，B接收，A想确保消息只有B看到，需要B生成一对公私钥，并拿到B的公钥。于是A用这个公钥加密消息，B收到密文后用自己的与之匹配的私钥解密即可。反过来也可以用私钥加密公钥解密。也就是说对于给定的公钥有且只有与之匹配的私钥可以解密，对于给定的私钥，有且只有与之匹配的公钥可以解密。典型的算法有RSA，DSA，DH；

• 散列算法：散列变换是指把文件内容通过某种公开的算法，变成固定长度的值（散列值），这个过程可以使用密钥也可以不使用。这种散列变换是不可逆的，也就是说不能从散列值变成原文。因此，散列变换通常用于验证原文是否被篡改。典型的算法有：MD5，SHA，Base64，CRC等；

在散列算法（也称摘要算法）中，有两个概念，强无碰撞和弱无碰撞。弱无碰撞是对给定的消息x，就是对你想伪造的明文，进行运算得出相同的摘要信息。也就是说你可以控制明文的内容。强无碰撞是指能找到相同的摘要信息，但伪造的明文是什么并不知道。

SSL的加密过程

需要注意的是非对称加解密算法的效率要比对称加解密要低的多。所以SSL在握手过程中使用非对称密码算法来协商密钥，实际使用对称加解密的方法对http内容加密传输。

下面是对这一过程的形象的比喻，摘自http://blog.chinaunix.net/u2/82806/showart_1341720.html。

假设A与B通信，A是SSL客户端，B是SSL服务器端，加密后的消息放在方括号[]里，以突出明文消息的区别。双方的处理动作的说明用圆括号（）括起。

A：我想和你安全的通话，我这里的对称加密算法有DES,RC5,密钥交换算法有RSA和DH，摘要算法有MD5和SHA。

B：我们用DES－RSA－SHA这对组合好了。

这是我的证书，里面有我的名字和公钥，你拿去验证一下我的身份（把证书发给A）。

A：（查看证书上B的名字是否无误，并通过手头早已有的数字的证书验证了B的证书的真实性，如果其中一项有误，发出警告并断开连接，这一步保证了B的公钥的真实性）

（产生一份秘密消息，这份秘密消息处理后将用作对称加密密钥，加密初始化向量和hmac的密钥。将这份秘密消息-协议中称为per_master_secret-用B的公钥加密，封装成称作ClientKeyExchange的消息。由于用了B的公钥，保证了第三方无法窃听）

我生成了一份秘密消息，并用你的公钥加密了，给你（把ClientKeyExchange发给B）

注意，下面我就要用加密的办法给你发消息了！

（将秘密消息进行处理，生成加密密钥，加密初始化向量和hmac的密钥）

[我说完了]

B：（用自己的私钥将ClientKeyExchange中的秘密消息解密出来，然后将秘密消息进行处理，生成加密密钥，加密初始化向量和hmac的密钥，这时双方已经安全的协商出一套加密办法了）

注意，我也要开始用加密的办法给你发消息了！

[我说完了]

A: [我的秘密是...]

B: [其它人不会听到的...]

从上面的过程可以看到，SSL协议是如何用非对称密码算法来协商密钥，并使用密钥加密明文并传输的。还有以下几点补充：

1.B使用数字证书把自己的公钥和其他信息包装起来发送A，A验证B的身份，下面会谈到A是如何验证的。

2.A生成了了加密密钥、加密初始化向量和hmac密钥是双方用来将明文摘要和加密的。加密初始化向量和hmac密钥首先被用来对明文摘要（防止明文被篡改），然后这个摘要和明文放在一起用加密密钥加密后传输。

3.由于只有B有私钥，所以只有B可以解密ClientKeyExchange消息，并获得之后的通信密钥。

4.事实上，上述过程B没有验证A的身份，如果需要的话，SSL也是支持的，此时A也需要提供自己的证书，这里就不展开了。在设置IIS的SSL Require的时候，通常默认都是igore client certification的

数字证书

由上面的讨论可以知道，数字证书在ssl传输过程中扮演身份认证和密钥分发的功能。究竟什么是数字证书呢？

简而言之数字证书是一种网络上证明持有者身份的文件，同时还包含有公钥。一方面，既然是文件那么就有可能“伪造”，因此，证书的真伪就需要一个验证方式；另一方面，验证方需要认同这种验证方式。

对于第一个需求，目前的解决方案是，证书可以由国际上公认的证书机构颁发，这些机构是公认的信任机构，一些验证证书的客户端应用程序：比如浏览器，邮件客户端等，对于这些机构颁发的证书完全信任。当然想要请这些机构颁发证书可是要付“到了斯”的，通常在windows部署系统的时候会让客户端安装我们自己服务器的根证书，这样客户端同样可以信任我们的证书。

对于第二个需求，客户端程序通常通过维护一个“根受信任机构列表”，当收到一个证书时，查看这个证书是否是该列表中的机构颁发的，如果是则这个证书是可信任的，否则就不信任。

证书的信任

因此作为一个https的站点需要与一个证书绑定，无论如何，证书总是需要一个机构颁发的，这个机构可以是国际公认的证书机构，也可以是任何一台安装有证书服务的计算机。客户端是否能够信任这个站点的证书，首先取决于客户端程序是否导入了证书颁发者的根证书。

下图说明了这个流程：

有时一个证书机构可能授权另一个证书机构颁发证书，这样就出现了证书链。IE浏览器在验证证书的时候主要从下面三个方面考察，只要有任何一个不满足都将给出警告

• 证书的颁发者是否在“根受信任的证书颁发机构列表”中

• 证书是否过期

• 证书的持有者是否和访问的网站一致

另外，浏览器还会定期查看证书颁发者公布的“证书吊销列表”，如果某个证书虽然符合上述条件，但是被它的颁发者在“证书吊销列表”中列出，那么也将给出警告。每个证书的CRL Distribution Point字段显示了查看这个列表的url。

SSL证书申请的3个主要步骤

1、制作CSR文件。

所谓CSR就是由申请人制作的Certificate Secure Request证书请求文件。制作过程中，系统会产生2个密钥，一个是公钥就是这个CSR文件，另外一个是私钥，存放在服务器上。要制作CSR文件，申请人可以参考WEB SERVER的文档，一般APACHE等，使用OPENSSL命令行来生成KEY+CSR2个文件，Tomcat，JBoss，Resin等使用 KEYTOOL来生成JKS和CSR文件，IIS通过向导建立一个挂起的请求和一个CSR文件。

2、CA认证。

将CSR提交给CA，CA一般有2种认证方式：

1)域名认证：一般通过对管理员邮箱认证的方式，这种方式认证速度快，但是签发的证书中没有企业的名称;

2)企业文档认证：需要提供企业的营业执照。一般需要3-5个工作日。

也有需要同时认证以上2种方式的证书，叫EV证书，这种证书可以使IE7以上的浏览器地址栏变成绿色，所以认证也最严格。

3、证书的安装。

在收到CA的证书后，可以将证书部署上服务器，一般APACHE文件直接将KEY+CER复制到文件上，然后修改HTTPD.CONF文件;TOMCAT等，需要将CA签发的证书CER文件导入JKS文件后，复制上服务器，然后修改SERVER.XML;IIS需要处理挂起的请求，将 CER文件导入。

独立Tomcat+SSL

Tomcat 是很常见的 Java应用服务器，当然也可以作为独立的 Web服务器，所有用户请求直接访问 tomcat。

如果 Tomcat 作为独立的Web服务器，那么就需要配置Tomcat就可以了，文档参考这里 和 这个。主要是配置存放证书的 Keystore 和 连接器Connector。

Java的keystore

keystore 是 Java 中专用并内置的一个类似于 openssl 的工具，一个 keystore 文件就是一个“保险箱”（database），专门存放证书和密钥，和相关的管理功能：生成自签发的证书、密钥、导入导出等。可以通过 keytool 命令或 Java api 交互。

利用keytool 命令将你的证书导入进去。

Tomcat中Connector

tomcat中有三种 Connector 实现：block、nio 和 APR。前两者使用Java SSL（这需要 keystore 的配置 ），APR使用OpenSSL（不需要用keystore，直接指定证书），配置略有不同。

SSL证书类型

SSL证书需要向国际公认的证书证书认证机构（简称CA，Certificate Authority）申请。

CA机构颁发的证书有3种类型：

域名型SSL证书（DV SSL）：信任等级普通，只需验证网站的真实性便可颁发证书保护网站；

企业型SSL证书（OV SSL）：信任等级强，须要验证企业的身份，审核严格，安全性更高；

增强型SSL证书（EV SSL）：信任等级最高，一般用于银行证券等金融机构，审核严格，安全性最高，同时可以激活绿色网址栏

在tomcat中导入SSL证书

    <Connector port="443" protocol="HTTP/1.1" SSLEnabled="true"
    scheme="https" secure="true" clientAuth="false" sslProtocol="TLS"
    keystoreFile="/home/ow/tomcat/conf/candy.jks" keystorePass="changeit" />

所有文件夹以及文件名请根据实际情况，注意：.cer文件和.crt文件是一样的

注意：以下步骤主要是为了完成.jks（keystore文件），因此在服务器操作和在本地操作是一样的，最终复制到服务器上即可。

本地操作注意要安装Java的环境，找到Java路径下的 keytool工具。（若是OsX系统可以直接运行keytool命令）

生成

keytool -genkey -alias server -keyalg RSA -keysize 2048 -keystore C:\keystore.jks -storepass password -keypass password



注意：除了“该单位的双字母国家/地区代码是什么?”填写大写的CN，其他都填域名(图片上的www.pianyissl.com 要改成你自己的域名噢）

以下命令中的路径以您的实际路径为准！

生成CSR

keytool -certreq -alias server -sigalg SHA1withRSA -file C:\req.csr -keystore C:\keystore.jks -keypass password -storepass password

生成后在本站订单页面提交CSR文件（也就是certreq.csr的内容）。完成证书申请后再进入下面步骤。

导入中级证书(3个文件，下载自订单页面的ca.crt，用记事本打开每一段-----begin----- .....-----end----- 保存为一个文件，共有3个文件，分别保存为1.crt,2.crt,3.crt)

keytool -import -alias intermediate1 -keystore C:\keystore.jks -trustcacerts -storepass password -file C:\1.crt

操作过程中如果提示“如果提示 认证已存在与CA keystore整个系统中您人想要把他添加到自己的keystore吗？“输入Y即可

keytool -import -alias intermediate2 -keystore C:\keystore.jks -trustcacerts -storepass password -file C:\2.crt

keytool -import -alias intermediate3 -keystore C:\keystore.jks -trustcacerts -storepass password -file C:\3.crt

导入服务器证书（域名.crt文件）

keytool -import -alias server -keystore C:\keystore.jks -trustcacerts -storepass password -file C:\4.crt

查看

keytool -list -keystore C:\keystore.jks -storepass password

PS：

证书正确配置后，发现以下两个问题：

1）、手机访问网站提示，证书不安全

2）、微信扫描APP下载二维码，打不开页面；用手机浏览器（UC等）可以正常扫描下载

经百度，发现是缺少中间正式的原因，可以通过https://www.myssl.cn/tools/check-server-cert.html进行检测证书是否安装正确。

解决方案：

1）、在web.xml中添加以下代码，访问非https时，自动跳转到https。

<security-constraint>
       <web-resource-collection >
              <web-resource-name >SSL</web-resource-name>
              <url-pattern>/*</url-pattern>
       </web-resource-collection> 

       <user-data-constraint>
              <transport-guarantee>CONFIDENTIAL</transport-guarantee>
       </user-data-constraint>
</security-constraint>

2）、通过https://www.myssl.cn/tools/merge-jks-cert.html进行证书合成，自动导入中间证书，解决微信、手机访问的安全提示等问题。