Nginx HTTPS实践

1.HTTPS基本概述

1.1.为何需要HTTPS

因为HTTP采用的是明文传输数据，那么在传输（账号密码、交易信息等敏感数据）时不安全。容易遭到篡改
如果使用HTTPS协议，数据在传输过程中是加密的，能够有效避免网站传输时信息泄露

1.2.什么是HTTPS

HTTPS安全的超文本传输协议，我们现在大部分站点都是通过HTTPS来实现站点数据安全。
早期网景公司设计了SSL（Secure Socket Layer）安全套接层协议，主要对HTTP协议传输的数据进行加密。那如何将站点变成安全的HTTPS站点呢？我们需要了解SSL（Secure Socket Layer）协议。
而现在很多时候我们使用的是TLS（Transport Layer Security）传输层安全协议来实现的加密与解密

1.3.TLS如何实现加密

TLS/SSL是如何实现HTTP明文消息被加密的，TLS/SSL工作在OSI七层模型中，应用层与传输层之间。
1.提供数据安全：保证数据不会被泄露
2.提供数据的完整性：保证数据在传输过程中不会被篡改
3.对应用层交给传输层的数据进行加密与解密。

2.HTTPS实现原理

2.1.加密模型-对称加密

对称加密：两个想通讯的人持有相同的秘钥，进行加密与解密。如下：
bob将原始文档通过秘钥加密生成一个密文文档。
alice拿到这个密文文档以后，它可以用这把秘钥还原为原始的明文文档。

对称加密究竟是如何实现的，我们可以以RC4这样一个对称加密序列算法来看一下。
加密：秘钥序列+明文=密文
解密：秘钥序列+密文=明文

2.2.加密模型-非对称加密

非对称加密：它根据一个数学原理，创建一对秘钥（公钥和私钥）公钥加密，私钥解密；
私钥：私钥自己使用，不对外开放。
公钥：公钥给大家使用，对外开放。
比如：alice有一对公钥和私钥，他可以将公钥发布给任何人。假设Bob是其中一个，当Bob要传递一份加密文档给alice,那么Bob就可以用alice的公钥进行加密，alice收到加密文档后通过自己的私钥进行解密，获取原始文档。

注意：alice必须知道Bob就是Bob，也就是它收到的信息必须是Bob发来的，那么这个信任问题，在多方通讯的过程中，必须有一个公信机构来验收双方的身份，那么这个机构就是CA机构。

2.3.身份验证机构-CA

通讯双方是如何验证双方的身份？
CA架构是可信任组织架构，主要用来颁发证书及验证证书。那CA机构又是如何申请和颁发证书的呢？

我们首先需要申请证书，需要进行登记，登记我是谁，我是什么组织，我想做什么，到了登记机构在通过CSR发给CA，CA中心通过后，CA中心会生成一对公钥和私钥，那么公钥会在CA证书链中保存，公钥和私钥证书订阅人拿到后，会将其部署的WEB服务器上。
1.当浏览器访问我们的https站点时，它会去请求我们的证书
2.Nginx会将我们的公钥证书回传给浏览器
3.浏览器会去验证我们的证书是否是合法的、是否是有效的
4.CA机构会将过期的证书放置在CRL服务器，那么CRL服务的验证效率是非常差的，所以CA又推出了OCSP响应程序性能还不是很高。
5.Nginx会有一个OCSP的开头，当我们开启后，Nginx会主动上OCSP上查询，这样大量的客户端直接从Nginx获取，证书是否有效。

2.4.HTTPS通讯原理

HTTPS加密过程，HTTPS采用混合加密算法，即对称加密、和非对称加密
通信前准备工作：申请域名对应的证书，并将其部署在Nginx服务器中。
1）第一步客户端向服务端发送Client Hello消息，这个消息里包含了一个客户端生成的随机数Random1、客户端支持的加密套件和客户端支持TLS协议版本等信息
2）服务端会向客户端发送Server Hello消息，返回自己的公钥证书，挑选一个合适的加密套件、另外还会生成一份随机数Random2推送给客户端。至此客户端和服务端都拥有了两个随机数（Random1+Random2）
3）客户端收到服务端传来的公钥证书后，先从CA验证该证书的合法性（CA公钥去解密公钥证书），验证通过后取出证书中的服务端公钥，再生成一个随机数Random3，再用服务端公钥非对称加密Random3.
4）服务端用自己的私钥解出客户端生成的Random3。至此，客户端和服务端都拥有Random1+Random2+Random3，两边根据同样的算法生成一份秘钥，握手结束后的应用层数据都是使用这个秘钥进行对称加密。

3.HTTPS扩展知识

3.1.HTTPS证书类型

3.2.HTTPS购买建议

保护1个域名 www.wzx.net
保护5个域名 www images cdn test m
通配符域名 *.wzx.net

3.3.HTTPS颜色标识

Https不支持续费，证书到期需要重新申请新并进行替换。
Https不支持三级域名解析，如test.m.wzx.net *.m.wzx.net
Https显示绿色，说明整个网站的url都是https的，并且都是安全的
Https显示黄色，说明网站代码中有部分URL地址是Http不安全协议的
Https显示红色，要么证书是假的，要么证书已经过期

4.HTTPS单台配置实践

4.1.配置SSL语法

#官方示例
worker_processes auto;
http {
    ...
    server {
            listen            443 ssl;
            keepalive_timeout 70;
            ssl_protocols     TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
            ssl_ciphers       AES128-SHA:AES256-SHA:RC4-SHA:DES-CBC3-SHA:RC4-MD5;
            ssl_certificate   /usr/local/nginx/conf/cert.pem;
            ssl_certificate_key /usr/local/nginx/conf/cert.key;
            ssl_session_cache shared:SSL:10m;
            ssl_session_timeout  10m;
            ...
    } 
}

4.1.创建SSL证书

1.创建证书存储目录

[root@nginx1 ~]# mkdir -p /etc/nginx/ssl_key
[root@nginx1 ~]# cd /etc/nginx/ssl_key/

2.使用openssl命令充当CA权威机构创建证书（类似黑户）

[root@nginx1 /etc/nginx/ssl_key]# openssl genrsa -idea -out server.key 2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
.................................................................................................................................................................................................+++
.........................+++
e is 65537 (0x10001)
#记住配置密码，我这里是123456
Enter pass phrase for server.key:
Verifying - Enter pass phrase for server.key:

3.生成自签证书，同时去掉私钥的密码

[root@nginx1 /etc/nginx/ssl_key]# openssl req -days 36500 -x509 -sha256 -nodes -newkey rsa:2048 -keyout server.key -out server.crt
Generating a 2048 bit RSA private key
..............................................+++
.............+++
writing new private key to 'server.key'
-----
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) []:WH
Locality Name (eg, city) [Default City]:WH
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:hhhh
Organizational Unit Name (eg, section) []:hhhh
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:s.wzx.net
Email Address []:[email protected]
#req  --->用于创建新的证书
#new  --->表示创建的是新证书
#x509 --->表示定义证书的格式为标准格式
#key  --->表示调用的私钥文件信息
#out  --->表示输出证书文件信息
#days --->表示证书的有效期

[root@nginx1 /etc/nginx/ssl_key]# ls
server.crt  server.key

4.1.配置SSL场景

[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# vim s.wzx.net.conf
server {
        listen 443 ssl;
        server_name s.wzx.net;
        ssl on;
        ssl_certificate /etc/nginx/ssl_key/server.crt;
        ssl_certificate_key ssl_key/server.key;
        location / {
                root /code4;
                index index.html;
        }
}

准备对应的站点目录，并重启Nginx服务
[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# mkdir /code4
[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# echo "https...." >/code4/index.html
[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# systemctl restart nginx

4.3.访问验证SSL

浏览器输入https://s.wzx.net访问，由于该证书非第三方权威机构颁发，而是我们自己签发的，所以浏览器会警告

4.4.强制跳转Https

如果用户忘记在浏览器地址栏输入https://协议那么将不会跳转至https站点；
所以建议新增如下配置，将用户访问http请求强制跳转https

[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# vim s.wzx.net.conf

server {
        listen 443 ssl;
        server_name s.wzx.net;
        ssl on;
        ssl_certificate /etc/nginx/ssl_key/server.crt;
        ssl_certificate_key ssl_key/server.key;
        location / {
                root /code4;
                index index.html;
        }
}

server {
        listen 80;
        server_name s.wzx.net;
        return 302 https://$server_name$request_uri;
}
[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# systemctl restart nginx

5.HTTPS集群配置实践

5.1.环境准备

5.2.配置应用节点

#配置所有后端节点，监控80端口即可；

[root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# vim s.wzx.net.conf
server {
        listen 80;
        server_name s.wzx.net;
        root /code/wordpress;
        location / {
                index index.html;
        }
}
root@nginx1 /etc/nginx/conf.d]# systemctl restart nginx

5.3.配置负载均衡

1.创建ssl证书

[root@db-nfs ~]# mkdir /etc/nginx/ssl_key -p
[root@db-nfs ~]# cd /etc/nginx/ssl_key/
[root@db-nfs /etc/nginx/ssl_key]# openssl genrsa -idea -out server.key 2048
[root@db-nfs /etc/nginx/ssl_key]# openssl req -days 36500 -x509 -sha256 
> -nodes -newkey rsa:2048 -keyout server.key -out server.crt

2.nginx负载均衡配置文件如下

[root@db-nfs /etc/nginx/ssl_key]# vim /etc/nginx/conf.d/proxy.conf
upstream site {
        server 192.168.146.101:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
        server 192.168.146.175:80 max_fails=2 fail_timeout=10s;
}
server {
        listen 443;
        server_name s.oldxu.net;
        ssl on;
        ssl_certificate ssl_key/server.crt;
        ssl_certificate ssl_key/server.key;
        location / {
                proxy_pass http://site;
                include proxy_params;
        }
}
server {
        listen 80;
        server_name s.oldxu.net;
        return 302 https://$server_name$request_uri;
}

6.HTTPS场景配置实践

6.1.场景实践-1

模拟银行网站场景
1.用户访问网站主站，使用http协议提供访问。
2.当用户点击登陆时，则网站会跳转至一个新的域名，并使用的是https提供安全访问。
1.主页展示 http://yh.wzx.net（提供网页浏览）
2.模拟登录 http://yh.wzx.net/login (相当于点击了登录的按钮)
3.登录页面 http://star.oldxu.net (提供安全登录)

1.配置http://star.wzx.net

[root@nginx1 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/star.wzx.net.conf
server {
        listen 443 ssl;
        server_name star.wzx.net;
        ssl_certificate ssl_key/server.crt;
        ssl_certificate_key ssl_key/server.key;

        root /code/login;
        location / {
                index index.html;
        }
}
[root@nginx1 ~]# mkdir /code/login
[root@nginx1 /code/login]# echo "login......." > index.html

[root@nginx1 /code/login]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@nginx1 /code/login]# systemctl restart nginx

2.配置http://yh.wzx.net(主页页面)

[root@nginx2 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/yh.wzx.net.conf
server {
        listen 80;
        server_name yh.wzx.net;
        root /code;
        location / {
                index index.html;
        }
        location /login {
                return 302 https://star.wzx.net;
        }
}
[root@nginx2 ~]# mkdir /code
[root@nginx2 ~]# echo "yh" >/code/index.html
[root@nginx2 ~]# nginx -t
nginx: the configuration file /etc/nginx/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /etc/nginx/nginx.conf test is successful
[root@nginx2 ~]# systemctl restart nginx

6.2.场景实践-2

需求：希望用户访问网站的所有url走https协议，但访问s.wzx.net/abc时走http协议

[root@db-nfs /etc/nginx/conf.d]# cat proxy_agent.wzx.net.conf
upstream webs {
        server 192.168.146.101:80;
        server 192.168.146.175:80;
}
server {
        listen 443 ssl;
        ssl_certificate ssl_key/server.crt;
        ssl_certificate ssl_key/server.key;


        server_name agent.wzx.net;
        location / {
                proxy_pass http://webs;
                include proxy_params;
        }
}

server {
        listen 80;
        server_name agent.wzx.net;
        if ($request_uri !~* "^/abc") {
                return 302 https://$http_host$request_uri;
        }
        location / {
                proxy_pass http://webs;
                include proxy_params;
        }
}

7.HTTPS优化配置实践

7.1.优化基本概述

SSL的运行计算需要消耗额外的CPU资源，SSL通讯过程中【握手】阶段的运算最占用CPU资源，有如下几个方面可以进行调整与优化。
1.设置worker进程数设置为等于CPU处理器的核心数。worker_processes auto
2.启用keepalive长连接，一个连接发送更多个请求
3.启动shared回话缓存，所有worker工作进程之间共享的缓存，避免进行多次SSL【握手】
4.禁用builtin内置于的缓存，仅能供一个worker工作进程使用，使用shared缓存即禁止builtin

7.2.优化配置实例

worker_processes auto;

http {
    ...
    server {
        listen 443 ssl;
        server_name www.example.com;
        ssl_certificate www.example.com.crt;
        ssl_certificate_key www.example.com.key;
        ssl_protocols TLSv1.2;
        ssl_prefer_server_ciphers on;
        #Nginx决定使用哪些协议与浏览器进行通讯
        
        keepalived_timeout 70;
        #设置长连接
        #默认不开启session_cache: a握手后，关闭浏览器，再次访问，需要重新握手；
        #建立握手后如果连接断开，在session_timeout时间内再次连接，无需再次建立握手，可直接复用之间缓存的连接
        
        ssl_session_cache shared:SSL:10m;
        #1M缓存空间能存储4000个会话数量；
        ssl_session_timeout 1440m;
        #配置会话超时时间（默认5分钟）
    }
}