Nginx 配置 SSL 及 HTTPS 协议通信过程

一、前言

基础知识

1.1 公钥密码体制（public-key cryptography）

公钥密码体制分为三个部分，公钥、私钥、加密解密算法，它的加密解密过程如下：

加密：通过加密算法和公钥对内容(或者说明文)进行加密，得到密文。加密过程需要用到公钥。

解密：通过解密算法和私钥对密文进行解密，得到明文。解密过程需要用到解密算法和私钥。注意，由公钥加密的内容，只能由私钥进行解密，也就是说，由公钥加密的内容，如果不知道私钥，是无法解密的。

公钥密码体制的公钥和算法都是公开的(这是为什么叫公钥密码体制的原因)，私钥是保密的。大家都以使用公钥进行加密，但是只有私钥的持有者才能解密。在实际的使用中，有需要的人会生成一对公钥和私钥，把公钥发布出去给别人使用，自己保留私钥。

1.2 对称加密算法（symmetric key algorithms）

在对称加密算法中，加密使用的密钥和解密使用的密钥是相同的。也就是说，加密和解密都是使用的同一个密钥。因此对称加密算法要保证安全性的话，密钥要做好保密，只能让使用的人知道，不能对外公开。这个和上面的公钥密码体制有所不同，公钥密码体制中加密是用公钥，解密使用私钥，而对称加密算法中，加密和解密都是使用同一个密钥，不区分公钥和私钥。密钥，一般就是一个字符串或数字，在加密或者解密时传递给加密/解密算法。前面在公钥密码体制中说到的公钥、私钥就是密钥，公钥是加密使用的密钥，私钥是解密使用的密钥。

1.3 非对称加密算法（asymmetric key algorithms）

在非对称加密算法中，加密使用的密钥和解密使用的密钥是不相同的。前面所说的公钥密码体制就是一种非对称加密算法，他的公钥和是私钥是不能相同的，也就是说加密使用的密钥和解密使用的密钥不同，因此它是一个非对称加密算法。

1.4 RSA简介

RSA 是一种公钥密码体制，现在使用得很广泛。如果对 RSA 本身有兴趣的，可以查询 RSA 相关的具体介绍。

RSA 密码体制是一种公钥密码体制，公钥公开，私钥保密，它的加密解密算法是公开的。由公钥加密的内容可以并且只能由私钥进行解密，并且由私钥加密的内容可以并且只能由公钥进行解密。也就是说，RSA 的这一对公钥、私钥都可以用来加密和解密，并且一方加密的内容可以由并且只能由对方进行解密。

1.5 签名和加密

我们说加密，是指对某个内容加密，加密后的内容还可以通过解密进行还原。 比如我们把一封邮件进行加密，加密后的内容在网络上进行传输，接收者在收到后，通过解密可以还原邮件的真实内容。

这里主要解释一下签名，签名就是在信息的后面再加上一段内容，可以证明信息没有被修改过，怎么样可以达到这个效果呢？一般是对信息做一个 hash 计算得到一个hash值，注意，这个过程是不可逆的，也就是说无法通过 hash 值得出原来的信息内容。在把信息发送出去时，把这个 hash 值加密后做为一个签名和信息一起发出去。 接收方在收到信息后，会重新计算信息的 hash 值，并和信息所附带的hash值(解密后)进行对比，如果一致，就说明信息的内容没有被修改过，因为这里 hash 计算可以保证不同的内容一定会得到不同的 hash 值，所以只要内容一被修改，根据信息内容计算的 hash 值就会变化。当然，不怀好意的人也可以修改信息内容的同时也修改hash值，从而让它们可以相匹配，为了防止这种情况，hash 值一般都会加密后(也就是签名)再和信息一起发送，以保证这个 hash 值不被修改。

HTTPS 的通信过程

HTTPS 是 HTTP 的安全版本，它可以通过 SSL / TLS 连接保护在线传输的任何通信。简而言之，HTTPS=HTTP+SSL。如果想要建立 HTTPS 连接，则首先必须从受信任的证书颁发机构（CA）Gworg 机构注册 SSL证书。安装 SSL 证书后，网站地址栏 HTTP 后面就会多一个 "S"，还有绿色安全锁标志。

SSL（Secure Sockets Layer，安全套接字层）协议，及其继任者 TLS（Transport Layer Security，传输层安全）协议，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。

1）浏览器发送一个 HTTPS 的请求给服务器；

2）服务器要有一套数字证书，可以自己制作，也可以向组织申请，区别就是自己颁发的证书需要客户端验证通过，才可以继续访问，而使用受信任的公司申请的证书则不会弹出提示页面，这套证书其实就是一对公钥和私钥；

3）服务器会把公钥传输给客户端；

4）客户端（浏览器）收到公钥后，会验证其是否合法有效，无效会有警告提醒，有效则会生成一串随机数，并用收到的公钥加密；

5）客户端把加密后的随机字符串传输给服务器；

6）服务器收到加密随机字符串后，先用私钥解密（公钥加密，私钥解密），获取到这一串随机数后，再用这串随机字符串加密传输的数据（该加密为对称加密，所谓对称加密，就是将数据和私钥也就是这个随机字符串通过某种算法混合在一起，这样除非知道私钥，否则无法获取数据内容）；

7）服务器把加密后的数据传输给客户端；

8）客户端收到数据后，再用自己的私钥也就是那个随机字符串解密；

9）客户机和服务器都知道了对称密钥，并用它来加密会话期间的最终用户。（流程图如下所示）

                                                                                

2.1 client访问url，

一种是 https://www.domain.com/...访问直接走443端口到server；

另一种是http://www.domain.com/....访问走80端口到server被nginx的rewrite成https://www.domain.com/...重新走443到server；

server部署了nginx监听了80和443端口，80的全部重新转换到443，这一步多了个重定向；

二、自己生成 SSL 证书

如果准备给 Nginx 安装 SSL 证书，默认情况下，SSL 模块是不被编译的，需要在编译 Nginx 时使用 --with-http_ssl_module 参数，而该编译模块需要 OpenSSL 库文件，一般需要安装 openssl 与 openssl-devel 软件。

# cd /usr/local/src/nginx-1.12.2

# ./configure --prefix=/usr/local/nginx --with-http_ssl_module

# make

# make install

2.1 生成带密码私钥 key

进入到 nginx.conf 所在的目录，源码安装后，该文件目录为 /usr/local/nginx/conf，如果是 yum安装，该文件目录为 /etc/nginx，进入目录后，创建 ssl_cert 目录，在该目录中生成相应的密钥，如下：

[root@masternode /]# cd /etc/nginx
[root@masternode nginx]# mkdir ssl_cert
[root@masternode nginx]# cd ssl_cert
[root@masternode ssl_cert]# pwd
/etc/nginx/ssl_cert
[root@masternode ssl_cert]# openssl genrsa -des3 -out tmp.key 2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
..............+++
............................................................+++
e is 65537 (0x10001)
Enter pass phrase for tmp.key:
Verifying - Enter pass phrase for tmp.key:
[root@masternode ssl_cert]# ls -l
total 4
-rw-r--r-- 1 root root 1751 Sep 21 23:45 tmp.key

生成私钥文件时需要输入密码，每次用浏览器访问 HTTPS 都需要输入密钥是不现实的，需要转换私钥，取消密码，如下步骤。

2.2 转换成无密码私钥 key

[root@masternode ssl_cert]# openssl rsa -in tmp.key -out moonxy.key
Enter pass phrase for tmp.key:
writing RSA key
[root@masternode ssl_cert]# ls -l
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 1679 Sep 21 23:46 moonxy.key
-rw-r--r-- 1 root root 1751 Sep 21 23:45 tmp.key
[root@masternode ssl_cert]# rm -f tmp.key
[root@masternode ssl_cert]# ls -l
total 4
-rw-r--r-- 1 root root 1679 Sep 21 23:46 moonxy.key

将带密码的 tmp.key 删除，只保留无密码的 moonxy.key 私钥。

2.3 生成证书请求文件

[root@masternode ssl_cert]# openssl req -new -key moonxy.key -out moonxy.csr
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [XX]:CN
State or Province Name (full name) []:HongKong
Locality Name (eg, city) [Default City]:HongKong
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:moonxy
Organizational Unit Name (eg, section) []:Linux
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:masternode
Email Address []:[email protected]

Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:20190922
An optional company name []:amxx
[root@masternode ssl_cert]# ls -l
total 8
-rw-r--r-- 1 root root 1119 Sep 22 15:55 moonxy.csr
-rw-r--r-- 1 root root 1679 Sep 21 23:46 moonxy.key

生成证书请求文件 moonxy.csr 后，我们将拿它和私钥 moonxy.key 文件一起生成最终的证书文件，也就是公钥。

2.4 生成公钥证书文件

[root@masternode ssl_cert]# openssl x509 -req -days 365 -in moonxy.csr -signkey moonxy.key -out moonxy.crt
Signature ok
subject=/C=CN/ST=HongKong/L=HongKong/O=moonxy/OU=Linux/CN=masternode/[email protected]
Getting Private key
[root@masternode ssl_cert]# ls -l
total 12
-rw-r--r-- 1 root root 1298 Sep 22 16:02 moonxy.crt
-rw-r--r-- 1 root root 1119 Sep 22 15:55 moonxy.csr
-rw-r--r-- 1 root root 1679 Sep 21 23:46 moonxy.key

这样最终生成了 CRT 证书文件 moonxy.crt，也就是上面提到的公钥。

三、Nginx 配置 SSL

在 /etc/nginx/vhost（如果是编译安装，通常为 /usr/local/nginx/conf/vhost）目录下创建新的配置文件 ssl.conf，并添加如下内容：

[root@masternode vhost]# vim /etc/nginx/vhost/ssl.conf
server {
    listen       443;
    server_name      moonxy.com;
    index index.html index.php;
    root /data/www/nginx/moonxy;

    ssl on;
    ssl_certificate ssl_cert/moonxy.crt;
    ssl_certificate_key ssl_cert/moonxy.key;
    ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
}

然后检查配置文件语法，创建 index.html 并启动 nginx 服务，如下：

[root@masternode vhost]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@masternode vhost]# mkdir -p /data/www/nginx/moonxy
[root@masternode vhost]# vim /data/www/nginx/moonxy/index.html
This is SSL test for moonxy.com
[root@masternode vhost]# systemctl start nginx
[root@masternode vhost]# ps aux |grep nginx
root       8810  0.0  0.2 125008  2144 ?        Ss   16:31   0:00 nginx: master process /usr/sbin/nginx
nginx      8811  0.0  0.3 125404  3192 ?        S    16:31   0:00 nginx: worker process
root       8813  0.0  0.0 112708   976 pts/0    R+   16:31   0:00 grep --color=auto nginx

然后在本地 hosts 文件中配置域名映射：

C:\Windows\System32\drivers\etc
192.168.150.140    www.moonxy.com moonxy.com

使用 Chrome 浏览器访问 https://moonxy.com。

四、通过阿里云申请证书

可以通过阿里云申请免费的赛门铁克（Sysmantec）SSL 证书，注意右侧显示的购置费用为 0.00，如下