httpd设置HTTPS双向认证

去年用tomcat、jboss配置过HTTPS双向认证，那时候主要用的是JDK自带的keytool工具。这次是用httpd + openssl，区别比较大

在网上搜索了很多文章，发现全面介绍的不多，或者就是版本比较旧了。所以把我配置的过程完整地记录下来，以供参考

首先要说明一下，HTTPS涉及到的内容非常繁杂，包括各种术语、命令、算法，我现在也没有完全搞清楚。本文会尽量把我知道的解释一下，但是深入的内容，暂时不打算深究了

一、环境

httpd: 2.4.4
openssl：1.0.1
os：ubuntu 12.04 LTS

二、场景

我准备在httpd上配置一个HTTPS双向认证，既向客户端表明自己的身份，也只允许特定的客户端访问。本文说的主要是作为server的角色的配置，至于作为client的配置，最后也会稍微介绍一下，但是不会详细说明

一般来说，互联网站不会去配置双向认证，因为客户端证书的分发和管理会比较麻烦，会把用户挡在门外，所以一般是不能这么做的。当然，像银行等对安全要求很高的网站，也会采用双向认证，比如U盾、安全控件什么的，其实就是固化的客户端证书

但是对于企业应用来说，客户一般是固定的，比如两个已知的系统对接、内部系统集成等。所以在企业应用领域，双向认证还是比较常见的

三、背景知识

证书（Certificate）是HTTPS的核心，但是其实证书并不是一个单一的东西，而是几种技术的综合

为了网络传输的安全，有很多种技术，最主要的是以下3种：

1、加密/解密

避免消息明文传输，对消息进行加密。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。在后面的介绍中，也会多次看到RSA这个词

2、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（一般是这样的。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）

3、数字签名

数字签名是为了验证双方的身份，避免身份伪造

以上三个技术结合起来，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

四、在httpd中配置单向HTTPS

首先在%HTTPD_HOME%/conf/目录下，修改httpd.conf文件，加载必要的模块

LoadModule socache_shmcb_module modules/mod_socache_shmcb.so
LoadModule socache_dbm_module modules/mod_socache_dbm.so
LoadModule socache_memcache_module modules/mod_socache_memcache.so
LoadModule ssl_module modules/mod_ssl.so

这里的前提是，在编译httpd的时候，已经编译了ssl模块。这个步骤看另一篇文档：
http://kyfxbl.iteye.com/blog/1902299

然后再导入默认的SSL配置文件，当然也可以选择不导入，在httpd.conf直接配置。但是导入默认的可以节省很多时间，并且默认的文件是用vhost配置的，不会跟main server冲突，可以算是一种最佳实践

# Secure (SSL/TLS) connections
Include conf/extra/httpd-ssl.conf

<IfModule ssl_module>
SSLRandomSeed startup builtin
SSLRandomSeed connect builtin
</IfModule>

然后打开%HTTPD_HOME%/conf/extra/目录，看一下httpd-ssl.conf，主要有以下几个配置

SSLEngine on
SSLCertificateFile "/usr/local/httpd/conf/server.cer"
SSLCertificateKeyFile "/usr/local/httpd/conf/server.key.pem"
#SSLCACertificateFile "/usr/local/httpd/conf/ca.cer"
#SSLVerifyClient require
#SSLVerifyDepth  10

只要开启前3个，单向的HTTPS认证就配置好了。后面3个目前先注释掉，是后面双向认证才用到

然后重启一下httpd，会发现报错：

AH00526: Syntax error on line 106 of /usr/local/httpd/conf/extra/httpd-ssl.conf:
SSLCertificateFile: file '/usr/local/httpd/conf/server.cer' does not exist or is empty

这是因为httpd需要一个服务端的私钥（.key.pem），和一个服务端证书（.cer）。前面已经配置了这2个文件的路径，但是还没有创建。下一步就要创建这些文件

五、创建CA（Certificate Authority）

这个CA，也叫“根证书”

服务端做了一个证书，但是这是没有法律效力的，谁都可以自己做证书，就根本达不到安全的目的。所以就要有一个机构，负责来确认服务端的身份，然后统一的签发证书。这样才能有权威性

当浏览器通过HTTPS协议访问一个网站，网站首先会发过来一个自己的证书（certificate）。接下来浏览器就会到权威机构（CA），去验证一下这个证书是不是它签发的。如果是的话，就信任这个网站的证书，继续访问;如果不是的话，要怎么处理就依赖于实现了。一般的浏览器会弹出一个警告，让用户自己决定要不要继续访问。当然直接拒绝也是可以的

现在国际上有3大CA机构，如果是要自己做一个网站的话，如上所述，一般是需要请这些权威机构帮忙签发证书的。现在所有的主流浏览器，默认都安装了这些CA的根证书，所以如果网站的证书是这些权威机构签发的，浏览器就不会发出警告了。比如支付宝，它的证书是由VeriSign签发的，所以访问支付宝，浏览器不会发出警告



这里还有一个链条的关系，比如我有10个子网站，如果每个都要去找CA签发证书，就很麻烦。我可以找CA给我签发一个次级根证书，然后再用这个次级根证书给自己签发10个证书。那么只要客户的浏览器里有CA根证书就可以了，这10个证书都可以通过认证，不要求客户安装次级根证书，原文见下：



如果是企业应用，那完全可以自己给自己当CA，因为可以要求目标用户（系统）安装自己的CA根证书，效果是一样的，还可以省下请权威CA签发证书的费用（互联网应用分发自己的CA到无数的互联网用户上，难度很大）

下面就介绍如何创建自己的CA

1、准备工作

先在随便一个目录，创建以下几个子目录：
/private
/certificates

其中private放的是私钥和CSR（后面会介绍），certificates里放的就是证书了

2、创建CA私钥

openssl genrsa -aes256 -out private/ca.key.pem 2048

最后的参数是RSA密钥的长度，默认是512。2048其实长了一点，老的浏览器稍后会不支持，不过现在的主流浏览器都是支持的，所以问题不大

通过这个命令，私钥就创建好了，文件名是ca.key.pem

用这个命令，可以看一下刚才创建的这个私钥的信息

openssl rsa -noout -text -in private/ca.key.pem

不过基本上，看也是白看，反正我是看不懂。只知道私钥里其实有2组数字，是用来形成公钥的，最后也会包含在证书里



另外，最后的.pem扩展名，是表示该私钥用PEM编码。实际上私钥和证书都是用PEM编码的，PEM只是一种编码格式，不需要太在意。httpd可以直接处理这种编码格式，但是浏览器和JAVA都不行，所以在需要的时候，会把编码从PEM改成PKCS，后面会介绍。只要知道证书和私钥都有编码，只是编码是PEM还是PKCS的区别而已。就像"你好"可以用UTF-8编码，也可以用GBK编码一样，内容是不变的

3、创建CA签名请求

openssl req -new -key private/ca.key.pem -out private/ca.csr -subj "/C=CN/ST=SZ/L=SZ/O=kyfxbl/OU=kyfxbl/CN=*.kyfxbl.net"

这里要注意的是，如果不用-subj参数，那么就会在命令行交互输入签发目标的身份识别信息，这叫DN（Distinguished Name）。其中别的都不要紧，最重要的是CN那一行，因为我这里是根证书，所以我设置为*.kyfxbl.net，这样我后面用这个CA签发的www.kyfxbl.net、game.kyfxbl.net、news.kyfxbl.net……，全都是有效的

生成的签名请求文件，是ca.csr

openssl req -noout -text -in private/ca.csr

同上，看不懂

4、自己签发CA根证书

openssl x509 -req -days 3650 -sha1 -extensions v3_ca -signkey private/ca.key.pem -in private/ca.csr -out certificates/ca.cer

这里参数很复杂，我也不太清楚准确的意思是什么，可以用openssl x509 -help自己研究一下

生成的ca.cer，就是最终的根证书了！这个文件非常重要，因为后续的服务端证书、客户端证书，都是用这个CA签发的，也要把它分发给客户，让他们导入到自己的浏览器或者系统中

查看的命令是：

openssl x509 -noout -text -in certificates/ca.cer

5、把根证书从PEM编码转为PKCS编码

这步其实不是必选的，但是前面说过，JAVA环境是不能直接用PEM编码的证书的，很多浏览器也不行，所以有时候也需要转一下编码

openssl pkcs12 -export -cacerts -inkey private/ca.key.pem -in certificates/ca.cer -out certificates/ca.p12

得到的ca.p12就是转码后的CA根证书，在不能直接用ca.cer的时候，就用ca.p12代替

六、签发服务端证书

现在CA根证书和私钥都有了，就可以开始签发服务端证书了（签发请求ca.csr是过程文件，有了cer就不再需要它了，要删掉也可以）。下面的命令和签发CA证书时都差不多，但是参数上有区别

1、创建服务端私钥

openssl genrsa -aes256 -out private/server.key.pem 2048

2、创建服务端证书签发请求

openssl req -new -key private/server.key.pem -out private/server.csr -subj "/C=CN/ST=SZ/L=SZ/O=kyfxbl/OU=kyfxbl/CN=www.kyfxbl.net"

和ca.csr的区别在于，这里的CN不是*.kyfxbl.net，而是www.kyfxbl.net，因为我现在是在为www.kyfxbl.net申请证书

3、利用CA根证书，签发服务端证书

openssl x509 -req -days 3650 -sha1 -extensions v3_req -CA certificates/ca.cer -CAkey private/ca.key.pem -CAserial ca.srl -CAcreateserial -in private/server.csr -out certificates/server.cer

这里和前面自己签发CA证书时，参数区别就比较大了，最后得到的server.cer，就是服务端证书

七、测试单向认证

把server.key.pem和server.cer拷贝到%HTTPD_HOME%/conf/目录下，然后重新启动httpd，会要求输入一个密码



然后访问http://localhost:443/，会报400错误：



接下来用https://localhost:443来访问，浏览器报警：



这里就是前面创建CSR时，输入的CN的作用，这个证书是为www.kyfxbl.net申请的，这里请求的地址却是localhost，不匹配所以报错。为了能用www.kyfxbl.net这个主机名来访问，就需要改一下/etc/hosts文件：

127.0.0.1       localhost
192.168.1.102   www.kyfxbl.net

然后就可以用www.kyfxbl.net来访问了，再试一下：https://www.kyfxbl.net/

这次浏览器还是告警，但是告警信息变了：



证书信息如下：



可以看到这个证书是由*.kyfxbl.net这个CA颁发的，浏览器不认识，所以不信任由这个CA签发的所有证书。接下来就需要把ca.cer导入浏览器。这里直接导入server.cer也是可以的，但是后面如果又创建一个网站比如说www2.kyfxbl.net，那么又不行了。所以最好的办法是直接导入CA根证书，那么后续只要是用这个根证书签发的证书，浏览器都会信任

导入前：



导入后：



再次访问，可以看到成功了，浏览器不告警，并且URL栏前面打了一个绿勾



八、配置双向认证

如果要配置服务器只允许合法的用户访问，就需要配置双向认证

配置为双向认证之后，除了服务端要发证书给客户端之外，客户端也要发客户端证书到服务端，服务端认证通过，才允许访问

SSLCACertificateFile "/usr/local/httpd/conf/ca.cer"
SSLVerifyClient require
SSLVerifyDepth  10

在单项认证的基础上，再配置以上3个参数

SSLCACertificateFile，这个意思是当客户端发来客户端证书的时候，httpd用哪个CA根证书校验它

配置好了，还不能重启，因为现在客户端证书还没做好

这里要说明一下，客户端证书是怎么来的

有2种方式：

第一种，客户端也自己CA，然后签发证书给自己。把客户端的CA根证书发过来，配置成SSLCACertificateFile。这在互联网应用里基本是不可能的，安全和管理都是问题。但是在企业应用里，还是比较常见的，双方互相交换CA根证书

第二种，就用刚才服务端的CA根证书，签发一个客户端证书，发给用户，用户每次用这个证书来发请求，像银行，支付宝等等，用的是这种方式

当然理论上其实还有一种办法，就是客户自己去找权威CA签证书，但是这个是不可能的，因为很麻烦，找CA签也非常贵

本文用的是第2种方法。其实都是一样的。关键还是在CA根证书上，所以前面也说过了，CA根证书非常重要

九、签发客户端证书

1、创建客户端私钥

openssl genrsa -aes256 -out private/client.key.pem 2048

2、创建客户端证书签发请求

openssl req -new -key private/client.key.pem -out private/client.csr -subj "/C=CN/ST=SZ/L=SZ/O=kyfxbl/OU=kyfxbl/CN=kyfxbl"

这里的不同在于，这里的CN不是*.kyfxbl.net，也不是www.kyfxbl.net，随便填一个kyfxbl就好了，或者干脆叫user都没问题，反正是一个客户端证书

3、利用CA根证书，签发客户端证书

openssl x509 -req -days 3650 -sha1 -extensions v3_req -CA certificates/ca.cer -CAkey private/ca.key.pem -CAserial ca.srl -CAcreateserial -in private/client.csr -out certificates/client.cer

这里和签发server.cer基本是一样的

4、把客户端证书转换成p12格式

openssl pkcs12 -export -clcerts -inkey private/client.key.pem -in certificates/client.cer -out certificates/client.p12

这步是必须的，因为稍后就需要把客户端证书导入到浏览器里，但是一般浏览器都不能直接使用PEM编码的证书

十、测试双向认证

把ca.cer拷贝到%HTTPD_HOME%/conf/目录下，重启httpd

然后再次访问https://www.kyfxbl.net/，结果这次不是警告，而是直接报错：



接下来要把client.p12导入到浏览器里

导入前：



导入的时候会要求输入密码，这是为了避免有人偷偷拷贝了别人的客户端证书，伪装成合法用户：



导入后：



然后再次访问，浏览器会要求选择证书。这个步骤是通过双向认证访问网站时必须的，但是平时访问银行、支付宝的时候貌似没有，这是因为这些网站为了简化用户的操作，都会要求用户安装什么“安全控件”，控件自动选择了证书



点击确定，访问成功！

十一、JKS等

到这里，用httpd配置双向HTTPS认证就完成了

本文说的是作为server的角色，要如何配置。但是在JAVA环境下，如果要以client的角色，通过双向认证发起请求，则还有些不同

这里实际上是要充当一个类似浏览器的角色，需要校验server certificate，还需要在发起请求的时候，把client certificate发过去

在JAVA里，是通过keystore和truststore来实现的，不在本文的讨论范围内。可以看一下其他的几篇博客，在HTTPS分类里

十二、参考资料

http://httpd.apache.org/docs/2.4/en/ssl/
http://linux.chinaunix.net/techdoc/net/2008/01/08/976172.shtml
《JAVA加密与解密的艺术》——作者梁栋