httpd設置HTTPS雙向認證

首先要說明一下，HTTPS涉及到的內容非常繁雜，包括各種術語、命令、算法，我現在也沒有完全搞清楚。本文會盡量把我知道的解釋一下，但是深入的內容，暫時不打算深究了 

一、環境 

httpd: 2.4.4 
openssl：1.0.1 
os：ubuntu 12.04 LTS 

二、場景 

我準備在httpd上配置一個HTTPS雙向認證，既向客戶端表明自己的身份，也只允許特定的客戶端訪問。本文說的主要是作為server的角色的配置，至于作為client的配置，最后也會稍微介紹一下，但是不會詳細說明 

一般來說，互聯網站不會去配置雙向認證，因為客戶端證書的分發和管理會比較麻煩，會把用戶擋在門外，所以一般是不能這么做的。當然，像銀行等對安全要求很高的網站，也會采用雙向認證，比如U盾、安全控件什么的，其實就是固化的客戶端證書 

但是對于企業應用來說，客戶一般是固定的，比如兩個已知的系統對接、內部系統集成等。所以在企業應用領域，雙向認證還是比較常見的 

三、背景知識 

證書（Certificate）是HTTPS的核心，但是其實證書并不是一個單一的東西，而是幾種技術的綜合 

為了網絡傳輸的安全，有很多種技術，最主要的是以下3種： 

1、加密/解密 

避免消息明文傳輸，對消息進行加密。早期一般是用對稱加密算法，現在一般都是不對稱加密，最常見的算法就是RSA。在后面的介紹中，也會多次看到RSA這個詞 

2、消息摘要 

這個技術主要是為了避免消息被篡改。消息摘要是把一段信息，通過某種算法，得出一串字符串。這個字符串就是消息的摘要。如果消息被篡改（發生了變化），那么摘要也一定會發生變化（一般是這樣的。如果2個不同的消息生成的摘要是一樣的，那么這就叫發生了碰撞） 

消息摘要的算法主要有MD5和SHA，在證書領域，一般都是用SHA（安全哈希算法） 

3、數字簽名 

數字簽名是為了驗證雙方的身份，避免身份偽造 

以上三個技術結合起來，就是在HTTPS中廣泛應用的證書（certificate），證書本身攜帶了加密/解密的信息，并且可以標識自己的身份，也自帶消息摘要 

四、在httpd中配置單向HTTPS 

首先在%HTTPD_HOME%/conf/目錄下，修改httpd.conf文件，加載必要的模塊 

Httpd代碼  

1. LoadModule socache_shmcb_module modules/mod_socache_shmcb.so  

2. LoadModule socache_dbm_module modules/mod_socache_dbm.so  

3. LoadModule socache_memcache_module modules/mod_socache_memcache.so  

4. LoadModule ssl_module modules/mod_ssl.so  

這里的前提是，在編譯httpd的時候，已經編譯了ssl模塊。這個步驟看另一篇文檔： 
http://kyfxbl.iteye.com/blog/1902299 

然后再導入默認的SSL配置文件，當然也可以選擇不導入，在httpd.conf直接配置。但是導入默認的可以節省很多時間，并且默認的文件是用vhost配置的，不會跟main server沖突，可以算是一種最佳實踐 

Httpd代碼  

1. # Secure (SSL/TLS) connections  

2. Include conf/extra/httpd-ssl.conf  

3.   

4. <IfModule ssl_module>  

5. SSLRandomSeed startup builtin  

6. SSLRandomSeed connect builtin  

7. </IfModule>  

然后打開%HTTPD_HOME%/conf/extra/目錄，看一下httpd-ssl.conf，主要有以下幾個配置 

Httpd代碼  

1. SSLEngine on  

2. SSLCertificateFile "/usr/local/httpd/conf/server.cer"  

3. SSLCertificateKeyFile "/usr/local/httpd/conf/server.key.pem"  

4. #SSLCACertificateFile "/usr/local/httpd/conf/ca.cer"  

5. #SSLVerifyClient require  

6. #SSLVerifyDepth  10  

只要開啟前3個，單向的HTTPS認證就配置好了。后面3個目前先注釋掉，是后面雙向認證才用到 

然后重啟一下httpd，會發現報錯： 

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 

這是因為httpd需要一個服務端的私鑰（.key.pem），和一個服務端證書（.cer）。前面已經配置了這2個文件的路徑，但是還沒有創建。下一步就要創建這些文件 

五、創建CA（Certificate Authority） 

這個CA，也叫“根證書” 

服務端做了一個證書，但是這是沒有法律效力的，誰都可以自己做證書，就根本達不到安全的目的。所以就要有一個機構，負責來確認服務端的身份，然后統一的簽發證書。這樣才能有權威性 

當瀏覽器通過HTTPS協議訪問一個網站，網站首先會發過來一個自己的證書（certificate）。接下來瀏覽器就會到權威機構（CA），去驗證一下這個證書是不是它簽發的。如果是的話，就信任這個網站的證書，繼續訪問;如果不是的話，要怎么處理就依賴于實現了。一般的瀏覽器會彈出一個警告，讓用戶自己決定要不要繼續訪問。當然直接拒絕也是可以的 

現在國際上有3大CA機構，如果是要自己做一個網站的話，如上所述，一般是需要請這些權威機構幫忙簽發證書的。現在所有的主流瀏覽器，默認都安裝了這些CA的根證書，所以如果網站的證書是這些權威機構簽發的，瀏覽器就不會發出警告了。比如支付寶，它的證書是由VeriSign簽發的，所以訪問支付寶，瀏覽器不會發出警告 



這里還有一個鏈條的關系，比如我有10個子網站，如果每個都要去找CA簽發證書，就很麻煩。我可以找CA給我簽發一個次級根證書，然后再用這個次級根證書給自己簽發10個證書。那么只要客戶的瀏覽器里有CA根證書就可以了，這10個證書都可以通過認證，不要求客戶安裝次級根證書，原文見下： 

引用

Intermediate CA certificates lie between the root CA certificate (which is installed in the browsers) and the server certificate (which you installed on the server).

如果是企業應用，那完全可以自己給自己當CA，因為可以要求目標用戶（系統）安裝自己的CA根證書，效果是一樣的，還可以省下請權威CA簽發證書的費用（互聯網應用分發自己的CA到無數的互聯網用戶上，難度很大） 

下面就介紹如何創建自己的CA 

1、準備工作 

先在隨便一個目錄，創建以下幾個子目錄： 
/private 
/certificates 

其中private放的是私鑰和CSR（后面會介紹），certificates里放的就是證書了 

2、創建CA私鑰 

Openssl代碼  

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

最后的參數是RSA密鑰的長度，默認是512。2048其實長了一點，老的瀏覽器稍后會不支持，不過現在的主流瀏覽器都是支持的，所以問題不大 

通過這個命令，私鑰就創建好了，文件名是ca.key.pem 

用這個命令，可以看一下剛才創建的這個私鑰的信息 

Openssl代碼  

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

不過基本上，看也是白看，反正我是看不懂。只知道私鑰里其實有2組數字，是用來形成公鑰的，最后也會包含在證書里 

引用

A private key contains a series of numbers. Two of these numbers form the "public key", the others are part of the "private key". The "public key" bits are included when you generate a CSR, and subsequently form part of the associated Certificate. 

另外，最后的.pem擴展名，是表示該私鑰用PEM編碼。實際上私鑰和證書都是用PEM編碼的，PEM只是一種編碼格式，不需要太在意。httpd可以直接處理這種編碼格式，但是瀏覽器和JAVA都不行，所以在需要的時候，會把編碼從PEM改成PKCS，后面會介紹。只要知道證書和私鑰都有編碼，只是編碼是PEM還是PKCS的區別而已。就像"你好"可以用UTF-8編碼，也可以用GBK編碼一樣，內容是不變的 

3、創建CA簽名請求 

Openssl代碼  

1. 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"  

這里要注意的是，如果不用-subj參數，那么就會在命令行交互輸入簽發目標的身份識別信息，這叫DN（Distinguished Name）。其中別的都不要緊，最重要的是CN那一行，因為我這里是根證書，所以我設置為*.kyfxbl.net，這樣我后面用這個CA簽發的www.kyfxbl.net、game.kyfxbl.net、news.kyfxbl.net……，全都是有效的 

生成的簽名請求文件，是ca.csr 

Openssl代碼  

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

同上，看不懂 

4、自己簽發CA根證書 

Openssl代碼  

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

這里參數很復雜，我也不太清楚準確的意思是什么，可以用openssl x509 -help自己研究一下 

生成的ca.cer，就是最終的根證書了！這個文件非常重要，因為后續的服務端證書、客戶端證書，都是用這個CA簽發的，也要把它分發給客戶，讓他們導入到自己的瀏覽器或者系統中 

查看的命令是： 

Openssl代碼  

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

5、把根證書從PEM編碼轉為PKCS編碼 

這步其實不是必選的，但是前面說過，JAVA環境是不能直接用PEM編碼的證書的，很多瀏覽器也不行，所以有時候也需要轉一下編碼 

Openssl代碼  

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

得到的ca.p12就是轉碼后的CA根證書，在不能直接用ca.cer的時候，就用ca.p12代替 

六、簽發服務端證書 

現在CA根證書和私鑰都有了，就可以開始簽發服務端證書了（簽發請求ca.csr是過程文件，有了cer就不再需要它了，要刪掉也可以）。下面的命令和簽發CA證書時都差不多，但是參數上有區別 

1、創建服務端私鑰 

Openssl代碼  

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

2、創建服務端證書簽發請求 

Openssl代碼  

1. 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的區別在于，這里的CN不是*.kyfxbl.net，而是www.kyfxbl.net，因為我現在是在為www.kyfxbl.net申請證書

3、利用CA根證書，簽發服務端證書 

Openssl代碼  

1. 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  

這里和前面自己簽發CA證書時，參數區別就比較大了，最后得到的server.cer，就是服務端證書 

七、測試單向認證 

把server.key.pem和server.cer拷貝到%HTTPD_HOME%/conf/目錄下，然后重新啟動httpd，會要求輸入一個密碼 



然后訪問http://localhost:443/，會報400錯誤： 

 

接下來用https://localhost:443來訪問，瀏覽器報警： 



這里就是前面創建CSR時，輸入的CN的作用，這個證書是為www.kyfxbl.net申請的，這里請求的地址卻是localhost，不匹配所以報錯。為了能用www.kyfxbl.net這個主機名來訪問，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來訪問了，再試一下：https://www.kyfxbl.net/ 

這次瀏覽器還是告警，但是告警信息變了： 



證書信息如下： 

 

可以看到這個證書是由*.kyfxbl.net這個CA頒發的，瀏覽器不認識，所以不信任由這個CA簽發的所有證書。接下來就需要把ca.cer導入瀏覽器。這里直接導入server.cer也是可以的，但是后面如果又創建一個網站比如說www2.kyfxbl.net，那么又不行了。所以最好的辦法是直接導入CA根證書，那么后續只要是用這個根證書簽發的證書，瀏覽器都會信任 

導入前： 



導入后： 

 

再次訪問，可以看到成功了，瀏覽器不告警，并且URL欄前面打了一個綠勾 



八、配置雙向認證 

如果要配置服務器只允許合法的用戶訪問，就需要配置雙向認證 

配置為雙向認證之后，除了服務端要發證書給客戶端之外，客戶端也要發客戶端證書到服務端，服務端認證通過，才允許訪問 

Httpd代碼  

1. SSLCACertificateFile "/usr/local/httpd/conf/ca.cer"  

2. SSLVerifyClient require  

3. SSLVerifyDepth  10  

在單項認證的基礎上，再配置以上3個參數 

SSLCACertificateFile，這個意思是當客戶端發來客戶端證書的時候，httpd用哪個CA根證書校驗它 

配置好了，還不能重啟，因為現在客戶端證書還沒做好 

這里要說明一下，客戶端證書是怎么來的 

有2種方式： 

第一種，客戶端也自己CA，然后簽發證書給自己。把客戶端的CA根證書發過來，配置成SSLCACertificateFile。這在互聯網應用里基本是不可能的，安全和管理都是問題。但是在企業應用里，還是比較常見的，雙方互相交換CA根證書 

第二種，就用剛才服務端的CA根證書，簽發一個客戶端證書，發給用戶，用戶每次用這個證書來發請求，像銀行，支付寶等等，用的是這種方式 

當然理論上其實還有一種辦法，就是客戶自己去找權威CA簽證書，但是這個是不可能的，因為很麻煩，找CA簽也非常貴 

本文用的是第2種方法。其實都是一樣的。關鍵還是在CA根證書上，所以前面也說過了，CA根證書非常重要 

九、簽發客戶端證書 

1、創建客戶端私鑰 

Openssl代碼  

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

2、創建客戶端證書簽發請求 

Openssl代碼  

1. 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"  

這里的不同在于，這里的CN不是*.kyfxbl.net，也不是www.kyfxbl.net，隨便填一個kyfxbl就好了，或者干脆叫user都沒問題，反正是一個客戶端證書 

3、利用CA根證書，簽發客戶端證書 

Openssl代碼  

1. 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  

這里和簽發server.cer基本是一樣的 

4、把客戶端證書轉換成p12格式 

Openssl代碼  

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

這步是必須的，因為稍后就需要把客戶端證書導入到瀏覽器里，但是一般瀏覽器都不能直接使用PEM編碼的證書 

十、測試雙向認證 

把ca.cer拷貝到%HTTPD_HOME%/conf/目錄下，重啟httpd 

然后再次訪問https://www.kyfxbl.net/，結果這次不是警告，而是直接報錯： 



接下來要把client.p12導入到瀏覽器里 

導入前： 

 

導入的時候會要求輸入密碼，這是為了避免有人偷偷拷貝了別人的客戶端證書，偽裝成合法用戶： 



導入后： 



然后再次訪問，瀏覽器會要求選擇證書。這個步驟是通過雙向認證訪問網站時必須的，但是平時訪問銀行、支付寶的時候貌似沒有，這是因為這些網站為了簡化用戶的操作，都會要求用戶安裝什么“安全控件”，控件自動選擇了證書 



點擊確定，訪問成功！ 

十一、JKS等 

到這里，用httpd配置雙向HTTPS認證就完成了 

本文說的是作為server的角色，要如何配置。但是在JAVA環境下，如果要以client的角色，通過雙向認證發起請求，則還有些不同 

這里實際上是要充當一個類似瀏覽器的角色，需要校驗server certificate，還需要在發起請求的時候，把client certificate發過去