数字证书、SSL、HTTPS及在Nginx中的配置

一、什么是 RSA、SSL、HTTPS

RSA：它是非对称加密算法的一种，而且是最常用的一种。它的理论基础是：计算两个大质数的乘积非常简单，而对该乘积进行因子分解就非常困难。而且

         这两个质数越大，对其乘积的分解就越困难。RSA生成的密钥对有公钥和私钥之分，不过，貌似密钥对中的任何一个当公钥都行，公钥是可以公开的，

         私钥只有自己知道，公钥加密的数据只有私钥才能解密，反之私钥加密的数据也只有公钥才能解密。目前，公开声明破解的密钥位数是768位，因此

         长度为1024的RSA密钥是有一定危险的，建议密钥用2048位的。量子计算机对破解RSA比较有效。

SSL：全称是Secure Sockets Layer，是介于TCP层协议和HTTP协议之间的协议，如果用TCP/IP五层协议来考察，那SSL属于应用层，与HTTP在同一层。

        SSL协议与HTTP协议没任何关系，它是一个安全协议，用于对数据包（有应用层协议头）进行加密，因此，我们也可以对FTP、SMTP等协议用SSL协议

        加密，即FTPS、SMTPS。SSL采用非对称加密算法，比如可以选择RSA算法。

HTTPS：它其实只是SSL协议+HTTP协议的组合而已，类似的还有FTPS、SMTPS等等。HTTPS 不同于 HTTP 的端口，HTTP默认端口为80，而HTTPS默

        认端口为443。

数字签名：用私钥对发送的信息的hash值进行加密，得到的加密数据就是数字签名，我们最常见到的是CA对数字证书进行签名。数字签名的作用是可以检查

         数据在传输过程中是否被人篡改了，因为如果篡改了，那hash值必定会变化，就与数字签名解密后的值不一样了，而由于篡改者没有CA私钥，所以没

         法重新生成数字签名。你可能会问，为什么不直接对信息加密，而是要对其hash值进行加密呢？从效力上讲，两者是等效的，都可以验证信息是否被人

         篡改过。当信息量大时，直接对信息加密（以及客户端收到信息后解密）太耗时，所以用信息的hash值。

数字证书：里面包含服务器公钥、其它信息、还会附加服务器公钥和证书信息的数字签名。这里的其它信息包含颁发者、有效期、使用者common name-简称CN，

         签名算法，签名哈希算法等。一般来说，我们会使用权威CA认证颁发的数字证书，该证书中附加的数字签名就是CA用自己的私钥对“证书中的公钥和

         证书信息“的hash值加密后得到的。我们可以看到，数字证书本身是没有加密的，只是附加了一个数字签名而已，因此，在传输过程中别人是可以窃听

         的，不过没有关系，我们在传输数字证书时，主要是防止别人的篡改和冒充，保证公钥就是客户端所访问的服务器发来的公钥，而没有被人篡改，也

         没有被冒充，关于冒充，见下面的SSL实现的功能第3点。我们可以通过检查数字签名来保证没有被篡改，通过该证书的颁发者是否为权威CA以及

         common name是否为http request header中的host(不包括端口)来保证没有被别人冒充。

       

使用SSL可以实现下面的功能：

1、数据加密传输，防止窃听。SSL常用的非对称加密算法是RSA，RSA基于的理论是：两个大质数相乘计算非常容易，但对该乘积进行因子分解非常困难，

     而且该乘积越大，破解越难。目前公开声明破解的密钥位数是768，因此密钥长度为1024的RSA是有一定危险的，建议密钥长度用2048位。量子计算

     机对破解RSA有效，目前还不确定美国国安局NSA是否已经掌握了长密钥RSA的破解方法。

2、可以进行数据完整性检查，防篡改。

3、可以进行身份验证，防冒充。比如客户端给服务端发请求时，先要DNS查找服务器的IP，而DNS时被一个黑客拦截，返回了黑客指定的IP，该IP的服务

     给客户端返回了一个证书，为了使客户端验证通过，该证书必须是权威CA机构颁发的，而且证书中的服务器域名必须与客户端请求的域名相同，为了保

     证这两点，那黑客要有某个权威CA颁发的该域名的证书，如果该黑客想直接在权威CA上申请该域名的证书，那是不可行的，因为CA会用一些办法（比

     如给注册域名时所用的邮箱发一封确认邮件）验证该域名是否属性黑客，显然，黑客无法通过验证。另一种方法是黑客直接用浏览器等客户端去从服务

     端获取，这是可以得到的。但是黑客无法获取到服务器私钥，这样即使它将服务器的IP定向到自己的服务器，但客户端发来的对称密钥由于是用证书中

     包含的公钥加密的，黑客是无法解密的。

二、SSL通信过程

     这里只是一个简化的通信过程（主要简化了生成对称密钥的过程），目的只是方便理解SSL原理。

     首先，要向CA申请证书，也可以是自签的证书。在证书请求文件中，包含服务端的公钥，还有域名、Email、地址等信息。CA用自己的私钥将这些信息

加密生成一个证书，该证书会注明CA名称。我们向CA申请证书基于一个假设：即认为CA的证书是可靠的，可信的。我们可以看到，其实SSL通信过程中，

涉及到两对非对称密钥和一对对称密钥。两对非对称密钥是指CA自己的非对称密钥和我们服务器的非对称密钥，简单说一下他们的作用，如下

      CA非对称密钥对的作用：简单点说吧，CA用私钥对证书进行加密（注：证书中包含服务器的公钥），这样可以做到黑客无法篡改证书中的公钥，保证公钥

只能是域名服务器发来的。如果不用CA私钥加密证书，那证书传输过程中，黑客可以劫持并篡改证书中的公钥为自己的公钥，并通过DNS劫持和修改，指向自己

的服务器IP，这是非常危险的。CA的非对称密钥中，私钥由CA自己保存，当用户申请CA证书时，CA会用该私钥对证书进行数字签名，这样可以保证黑客无法修

改证书，因为黑客修改证书信息后，必须重新计算hash，重新生成加密生成数字签名，但黑客没有CA的私钥，所以没法对该hash加密。在SSL通信过程中，当

客户端收到服务器发来的证书后，先计算出该证书信息的hash，然后用CA公钥解密证书上的数字签名，得到hash，如果两个hash相同，那就说明证书没有被篡

改过。

     服务器非对称密钥对的作用：加密解密对称密钥，在SSL通信过程中，客户端将对称密钥发给服务器时，要用服务器的非对称密钥加密的，这样保证对称密钥

的传输安全。

 

SSL握手过程如下：

1、客户端向服务器发请求，请求证书

2、服务器把证书发给客户端

3、客户端一般会有大部分CA的公钥，客户端收到证书后，检查该颁发者是否是客户端认可的CA，如果是，就用该CA的公钥解密数字签名，然后再计算

    证书中的”公钥和证书信息“的hash值，比较两者，如果相同，那就说明该证书没有被人篡改过，而且是该CA机构颁发的。当然，还会进行其它验证，

    如证书的common name与http request header中的host（不包括端口）是否相同，等等，如果有哪项检查不通过，会有告警，如果所有检查通过，

    那进入第4步。

4、客户端生成对称密钥，用证书中的公钥加密，发给服务器

5、服务器收到对称密钥后保存，给客户端一个应答。

6、客户端接收响应，这样就完成了SSL连接，后面的通信用对称密钥加密数据传输。  

因为非对称加密相对对称加密来说比较耗时，所以正式的数据传输是用对称加密算法。非对称加密只是用于建立SSL时对称密钥的安全传输。我们可以设置

HTTPS长连接，这样建立好SSL+HTTP连接后，可以用这个连接发多次HTTPS请求，而不用每次请求都建立连接。

 

三、什么网站需要使用SSL证书

这块我还没完全搞懂，因为很多网站在登陆时用HTTPS，而登陆后用的HTTP，我有些不解，因为登陆时用HTTPS可以防止别人截获用户名和

密码，那登陆后用HTTP就不怕被人截获cookie吗？莫非可以使用HTTPS中的对称密钥对HTTP中的数据进行加密？

 

四、自签SSL证书

需要先安装openssl，使用openssl给服务器生成RSA密钥及证书。如果是用权威的CA，在你申请CA证书过程中，他会帮你生成私钥，这样你就不需要用openssl生成了。

startssl就提供了这个功能。

# 生成一个RSA私钥,1024是加密强度，一般是1024或2048 
$ openssl genrsa -out private.key 1024
 
# 生成一个证书请求
$ openssl req -new -key private.key -out cert_req.csr

# 自己签发证书，如果要权威CA签发的话，要把cert_req.csr发给CA
$ openssl x509 -req -days 365 -in cert_req.csr -signkey private.key -out server_cert.crt

 

第2个命令是生成证书请求，会提示输入省份、城市、域名（图中的Common Name）、Email等，这里主要是保证Common Name用网站域名，

如果没有申请域名，客户端直接通过服务器IP访问，那这里就输入服务器IP。另外，对于自签名的证书，建议生成的私钥不要加密。生成的证

书请求文件cert_req.csr中除了包含这些手动输入的信息外，它还包含private.key对应的公钥，你可能会有一个疑问，根据私钥就能生成公钥吗？

当然不是，如果只单纯的知道私钥，可以认为是无法计算出公钥的，关键在于Putty在产生私钥时，还会在内存中保存必要的公钥参数。最后由该证

书生成自签的证书，见图1.

                                                                                    图1

                                                                    

编辑配置文件nginx.conf，给站点加上HTTPS协议，重启Nginx后即可通过https访问网站了。

server {
    server_name 192.168.1.100; # 客户端直接用IP来访问
    # 这是默认的SSL端口，可以修改为其它端口，浏览器用https访问url时，默认就是用这个端口，
    # 如果下面listen修改成其它端口，那浏览器用https访问时，就要指定端口了。
    listen 443; 
    ssl on;
    ssl_certificate /home/xiaobai/server_cert.crt;
    #使用无密码私钥
    ssl_certificate_key /usr/xiaobai/private.key;
}

 

     在SSL握手的过程中，客户端收到服务端的证书后，会对证书进行多项检查，如果检查不通过，就会用告警，不过这些也只是告警而已，他不会

禁止你访问。常用的浏览器（如FireFox、Chrome）会给你提供两种方案：第一种方案是你可以选择继续访问，这样在你关闭浏览器之前，可以

访问包含该根URL下的所有URL，但是当你关闭浏览器后，再次打开时还会有警告，我们可以认为，浏览器只是临时把证书添加到了受信任的证书

颁发机构，关闭浏览器后，就把它删除了。第二种方案是允许你永久将该证书添加到受信任的证书颁发机构，这样，即使你关闭浏览器，再次打开后

该证书还有效。一般来说，我们会先尝试第一种方案，检验一下URL是否可以正常访问，如果还是无法访问，那就要看一下服务器的web服务器软件

是否设置有问题。

下面我们说一下其中的两个检查：

（1）证书是否是客户端信任的CA签发

    检查证书的签发机构是否是自己信任的CA，在客户端有一个信任CA机构列表，如果不是，告警如图2所示，这是FireFox的警告，在警告

的技术细节中提示了原因：该证书因为其自签名而不被信任，如果想继续访问，那就选择”添加例外..."，点击添加例外，会出现图3，可以看

到一个选项“永久保存此例外”，如果不选，就是上面说到的浏览器提供的第一种方案，如果选中，那就是第二种方案。

                                                                         图2

 

 

 

                                                                         图3

 

（2）证书中的Common Name与HTTP Request Header中的host（不包括端口）是否相同

     如果不同，警告如图4所示，这是Chrome的警告。比如，我的证书的Common Name是主机的局域网IP=192.168.1.100，而我使用服务器的域名

www.xiaobai.net进行的访问，这时就会提示提示“您尝试访问的是 www.xiaobai.net，但实际上访问的却是标识为 192.168.1.100 的服务”。

（注：如果局域网内的主机通过192.168.1.100访问服务器，它会出现（1）中的警告，该证书不是受信任的证书颁发机构颁发的。）

      前面提到Chrome对于不信任的证书会有告警，但也提供了两种方案使用他们：第一种方案是选择”继续www.xiaobai.net(不安全)"，它是临时性

将证书添加到受信任的证书颁发机构；第二种方案是将证书导出，添加到受信任的证书颁发机构，见http://www.cnblogs.com/ajianbeyourself/p/3899729.html

                                                                              图4

五、找一家CA机构

     要获取受浏览器信任的证书，则需要到证书提供商处申请。证书授证中心，又叫做CA机构，为每个使用公开密钥的用户发放一个数字证书。浏览器在默认情况下内置了一些CA机构的证书，

使得这些机构颁发的证书受到信任。VeriSign即 是一个著名的国外CA机构，工行、建行、招行、支付宝、财付通等网站均使用VeriSign的证书，而网易邮箱等非金融网站采用的是中国互

联网信息中心CNNIC颁发的SSL证书，不过知乎上有人说CNNIC的证书不可信，呵呵，我同意。一个证书的价格从一百到数千，以VeriSign的证书为例，价格在每年8000元人民币左右。

     也有免费的证书可以申请，StartSSL就是，它的根证书很久之前就被一些具有开源背景的浏览器支持（Firefox浏览器、谷歌Chrome浏览器、苹果Safari浏览器等）。后来StartSSL竟然

搞定了微软：在升级补丁中，微软更新了通过Windows根证书认证（Windows Root Certificate Program）的厂商清单，并首次将StartCom公司列入了该认证清单。现在，在Windows 7

或安装了升级补丁的Windows Vista或Windows XP操作系统中，系统会完全信任由StartCom这类免费数字认证机构认证的数字证书，从而使StartSSL也得到了IE浏览器的支持。

（来源及申请步骤）。在StartSSL提供了免费和收费两种证书，见https://www.startssl.com/?app=37，其中Class1就免费的，它只验证域名所有者，其它的都是收费的。这里我们只说一

下这种免费的证书的申请，在Class1中需要验证你是域名的所有者："Domain Name Validation"，在你输入域名后，它会弹出一个邮箱列表，如下，前三个邮箱是postmaster@你的域名，

hostmaster@你的域名，webmaster@你的域名，还有一个是你注册域名时提供的邮箱，选择一个，点击“Continue”，它会给你邮箱把一个验证码

详细的申请过程见http://www.live-in.org/archives/1296.html

 

六、只针对注册、登陆进行https加密处理

既然HTTPS能保证安全，为什么全世界大部分网站都仍旧在使用HTTP呢？使用HTTPS协议，对服务器来说是很大的负载开销。从性能上考虑，我 们无法做到对于每个用户的每个访问请求都进行安全加密（当然，Google这种大神除外）。作为一个普通网站，我们所追求的只是在进行交易、密码登陆等操 作时的安全。通过配置Nginx服务器，可以使用rewrite来做到这一点。

在https server下加入如下配置：

if ($uri !~* "/logging.php$")
{
    rewrite ^/(.*)$ http://$host/$1 redirect;
}

在http server下加入如下配置：

if ($uri ~* "/logging.php$")
{
    rewrite ^/(.*)$ https://$host/$1 redirect;
}

这样一来，用户会且只会在访问logging.php的情况下，才会通过https访问。

更新：有一些开发框架会根据 $_SERVER['HTTPS'] 这个 PHP 变量是否为 on 来判断当前的访问请求是否是使用 https。为此我们需要在 Nginx 配置文件中添加一句来设置这个变量。遇到 https 链接重定向后会自动跳到 http 问题的同学可以参考一下。

server {
    ...
    listen 443;
    location \.php$ {
        ...
        include fastcgi_params;
        fastcgi_param HTTPS on; # 多加这一句
    }
}
 
server {
    ...
    listen 80;
    location \.php$ {
        ...
        include fastcgi_params;
    }
}

参考链接：

http://www.lovelucy.info/nginx-ssl-certificate-https-website.html 
http://zou.lu/nginx-https-ssl-module
http://blog.s135.com/startssl/
http://www.baalchina.net/2008/08/nginx-https-rewrite/