web服务之https超文本传输安全协议

概述

• 超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息
• HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如信用卡号、密码等。为了解决HTTP协议的这一缺陷，需要使用另一种协议：安全套接字层超文本传输协议HTTPS。
• HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer 或 Hypertext TransferProtocol Secure，超文本传输安全协议），是以安全为目标的HTTP通道。
• HTTPS并不是一个新协议，而是HTTP+SSL（TLS）。 原本HTTP先和TCP（假定传输层是TCP协议）直接通信，而加了SSL后，就变成HTTP先和SSL通信，再由SSL和TCP通信，相当于SSL被嵌在了HTTP和TCP之间
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• SSL 是“Secure Sockets Layer”的缩写，中文叫做“安全套接层”。它是在上世纪90年代中期，由网景公司设计的。到了1999年，SSL 应用广泛，已经成为互联网上的事实标准。IETF 就把SSL 标准化。标准化之后SSL被改为 TLS（Transport Layer Security传输层安全协议）

SSL协议分两层

• SSL记录协议 （SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能
• SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等

SSL协议提供的服务

• 认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器
• 加密数据以防止数据中途被窃取
• 维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变
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证书

https安全通信机制

图解

过程

• （1）客户端（通常是浏览器）向服务端发送加密通信的请求，然后连接到服务端的443端口，这被叫做ClientHello请求,客户端主要向服务器提供以下信息：
  • 支持的协议版本，比如TLS 1.0版。
  • 一个客户端生成的随机数1，稍后用于生成"会话密钥"
  • 支持的加密方法，比如RSA公钥加密
  • 支持的压缩方法
• （2）服务端回应（SeverHello）,接收到信息之后给予客户端响应握手信息,服务器的回应包含以下内容:
  • 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本,。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信
  • 一个服务器生成的随机数2，稍后用于生成"会话密钥"
  • 确认使用的加密方法，这个加密算法一定是client发送给server加密算法的子集,比如RSA公钥加密
  • 服务器证书: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，传送的证书其实就是公钥，只是包含了很多信息，如证书的颁发机构，过期时间、服务端的公钥，第三方证书认证机构(CA)的签名等
  • 除此之外，如果服务器需要使用双向认证，就会再包含一项请求，要求客户端提供"客户端证书"。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书
• （3）客户端回应：客户端收到服务器回应以后进行证书解析，首先会验证证书是否有效，比如颁发机构，过期时间等等，如果发现异常，则会弹出一个警告框，提示证书存在问题。如果证书没有问题，那么就生成一个随机数3(预主密钥"pre-master key"），接下来是通过随机值1、随机值2和随机数3组装会话秘钥。然后通过服务器端证书的公钥加密会话秘钥，传送加密信息，内容如下：
  • 一个随机数C。该随机数用服务器公钥加密，防止被窃听
  • 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
  • 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验
• （4）服务器的最后回应：服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"（对称密钥）。然后，向客户端最后发送下面信息。
  • 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
  • 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验
• 至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容
• 大致分为三个阶段：
  • （1）（2）认证服务器：浏览器内置一个受信任的CA机构列表，并保存了这些CA机构的证书。第一阶段服务器会提供经CA机构认证颁发的服务器证书，如果认证该服务器证书的CA机构，存在于浏览器的受信任CA机构列表中，并且服务器证书中的信息与当前正在访问的网站（域名等）一致，那么浏览器就认为服务端是可信的，并从服务器证书中取得服务器公钥，用于后续流程。否则，浏览器将提示用户，根据用户的选择，决定是否继续。当然，我们可以管理这个受信任CA机构列表，添加我们想要信任的CA机构，或者移除我们不信任的CA机构。
  • （3）（4）协商会话密钥：客户端在认证完服务器，获得服务器的公钥之后，利用该公钥与服务器进行加密通信，协商出两个会话密钥，分别是用于加密客户端往服务端发送数据的客户端会话密钥，用于加密服务端往客户端发送数据的服务端会话密钥。在已有服务器公钥，可以加密通讯的前提下，还要协商两个对称密钥的原因，是因为非对称加密相对复杂度更高，在数据传输过程中，使用对称加密，可以节省计算资源。另外，会话密钥是随机生成，每次协商都会有不一样的结果，所以安全性也比较高
  • 加密通讯：此时客户端服务器双方都有了本次通讯的会话密钥，之后传输的所有http数据，都通过会话密钥加密。这样网路上的其它用户，将很难窃取和篡改客户端和服务端之间传输的数据，从而保证了数据的私密性和完整性。

PKI（Public Key Infrastructure）公钥基础设施是提供公钥加密和数字签名服务的系统或平台，目的是为了管理密钥和证书。一个机构通过采用PKI 框架管理密钥和证书可以建立一个安全的网络环境
PKI 主要包括四个部分：X.509 格式的证书（X.509 V3）和证书废止列表CRL（X.509 V2）；CA 操作协议；CA管理协议；CA政策制定
X.509通用的证书格式包含三个文件：key，csr，crt。
key是私钥文件
csr是证书签名请求文件，用于提交给证书颁发机构（CA）对证书签名
crt是由证书颁发机构（CA）签名后的证书，或者是开发者自签名的证书，包含证书持有人的信息，持有人的公钥，以及签署者的签名等信息
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使用Apache+mod_ssl组件的加密认证网站

概念

• mod_ssl组件：是apache的一个模块，以openssl的工具箱为基础专门为apache提供密码保护的一种组件模块

安装

[root@server ~]# yum  install  mod_ssl  -y
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配置文件

• 主配置文件：/etc/httpd/conf.d/ssl.conf
• 证书文件：/etc/pki/tls/certs/xxxx.crt
• 私钥文件：/etc/pki/tls/private/xxxx.key

SSL配置文件的主要参数

#打开主配置文件
[root@server ~]# vim /etc/httpd/conf.d/ssl.conf

#常用参数如下
Listen 443 https  #监听的端口号
SSLPassPhraseDialog exec:/usr/libexec/httpd-ssl-pass-dialog #存储证书的密码信息
SSLSessionCache   shmcb:/run/httpd/sslcache(512000) #ssl的缓存位置
SSLSessionCacheTimeout  300 #缓存的超时时间
<VirtualHost _default_:443> #定义虚拟主机的信息
	ErrorLog logs/ssl_error_log #错误日志
	TransferLog logs/ssl_access_log #传输日志
	LogLevel warn #日志等级
	SSLEngine on  #ssl引擎开启
	SSLHonorCipherOrder on #协商算法
	SSLCertificateFile  /etc/pki/tls/certs/localhost.crt  #证书存储路径
	SSLCertificateKeyFile  /etc/pki/tls/private/localhost.key #私钥文件路径
</VirtualHost>  # 虚拟主机结束定义
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实验

1.搭建https+ssl的加密认证web服务器

• 第一步：准备工作

[root@server ~]# setenforce  0     
      
[root@server ~]# systemctl stop  firewalld

[root@server ~]# yum  install  httpd  mod_ssl -y

[root@server ~]# systemctl start  httpd   # 启动httpd

[root@server ~]# systemctl enable  httpd  # 设置开机启动
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• 第二步：新建存储网站数据文件的目录

[root@server ~]# mkdir -vp /www/zy
mkdir: 已创建目录 '/www'
mkdir: 已创建目录 '/www/zy'

#使用mobaxterm上传网页
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• 第三步：在 /etc/pki/tls/private目录中生成私钥文件（创建验证证书真实性的私钥文件）

[root@server ~]# cd  /etc/pki/tls/private   # 进入私钥文件存储目录
[root@server private]# openssl  genrsa  -aes128  2048 > zy.key # 建立私钥文件，必须是.key文件
Enter PEM pass phrase:               # 密码123456
Verifying - Enter PEM pass phrase:   # 再输一遍密码123456
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• 第四步：在 /etc/pki/tls/certs目录中生成证书（创建证书）

[root@server private]# cd  /etc/pki/tls/certs
[root@server certs]# openssl  req  -utf8  -new  -key  /etc/pki/tls/private/zy.key  -x509  -days  365  -out  zy.crt
Enter pass phrase for /etc/pki/tls/private/zy.key:  # 输入私钥加密密码123456
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.
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# 注意：下列证书信息项目，在面试时常问
Country Name (2 letter code) [XX]:86                              # 国家代码
State or Province Name (full name) []:shanxi                      # 省份
Locality Name (eg, city) [Default City]:xi'an                     # 城市
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:openlab     # 公司
Organizational Unit Name (eg, section) []:RHCE                    # 部门
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:server   # 主机名
Email Address []:andy@qq.com                                      # 邮箱

# 输入内容时，若输入错误，使用ctrl+退格 进行删除


#面试题：数字证书的包含信息有：
#国家代码：86
#省份：shanxi
#城市：xi'an
#公司：openlab
#部门：RHCE
#主机名：server
#邮箱：andy@qq.com
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• 第五步：修改ssl配置文件

[root@server certs]# cd  ~
[root@server ~]# vim  /etc/httpd/conf.d/ssl.conf 
# 定位第一行，输入以内内容
<virtualhost  192.168.80.129:443>  #设置虚拟主机区域配置
        sslengine on   #开启ssl
        SSLCertificateFile /etc/pki/tls/certs/zy.crt #证书存储路径
        SSLCertificateKeyFile /etc/pki/tls/private/zy.key #私钥文件路径
        servername      192.168.80.129 #主机名或域名
        documentroot    /www/zy #启动目录
        
        <directory /www/zy>   #目录权限
        	allowoverride  none
        	require all     granted
		</directory>
</virtualhost>
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• 第六步：重启服务

[root@server ~]# systemctl restart httpd
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