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Nginx HTTPS实现原理及配置实践

作者:Jiangxl~

本文主要介绍了Nginx HTTPS实现原理及配置实践,详细的介绍了HTTPS原理,实现及其HTTPS单台配置实践,集群配置、优化等,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下

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。

在这里插入图片描述

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:

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。

在这里插入图片描述

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;

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。

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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;
            ...
    } 
}

4.2.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 []:wzx@qq.com
#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

4.3.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

4.4.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

在这里插入图片描述

4.5.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

主机名IP主机名
db-nfs192.168.146.176nginx-proxy
nginx2192.168.146.175nginx-web01
nginx1192.168.146.101nginx-web02

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)
    }
}

 到此这篇关于Nginx HTTPS实现原理及配置实践的文章就介绍到这了,更多相关Nginx HTTPS实现及配置内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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