見的https網(wǎng)站做的是服務(wù)端認(rèn)證（server authentication），瀏覽器通過證書判斷你所訪問的https://baidu.com是否真的是百度，而不是其他人偽造的網(wǎng)站。同時(shí)還對(duì)流量加密，防止別人竊聽你的流量。

tls還可以做客戶端認(rèn)證（client authentication），即服務(wù)端判斷客戶端是否為其所信任的客戶端。由此可見，客戶端認(rèn)證用于那些需要受控訪問服務(wù)端。

在數(shù)據(jù)中心中，有些服務(wù)是非常敏感的，那么我們要做到：

1. 客戶端和我的流量是加密的，防止別人監(jiān)聽
2. 客戶端能夠確認(rèn)所訪問的服務(wù)端的確是我們提供的服務(wù)端，而不是別人偽造的服務(wù)端
3. 只有我信任的客戶端可以訪問我，防止惡意請(qǐng)求

所以很明顯，前兩個(gè)問題可以通過服務(wù)端認(rèn)證解決，最后一個(gè)問題可以通過客戶端認(rèn)證解決。順便一提，如果要使用客戶端認(rèn)證就必須使用服務(wù)端認(rèn)證。

先來講講概念然后舉個(gè)tomcat的例子講講怎么做。

概念

服務(wù)端認(rèn)證

不論是做Server authentication還是Client authentication都需要證書。證書的來源有兩種：

• 由權(quán)威CA簽發(fā)，一般都是去購買。也可以使用let's encrypt申請(qǐng)免費(fèi)證書。
• 自己簽發(fā)

在一切可能的情況下都應(yīng)該使用權(quán)威CA簽發(fā)的證書，為什么這么建議？因?yàn)檫@里牽涉到一個(gè)信任問題，瀏覽器、編程語言SDK和某些工具都維護(hù)了一個(gè)信任CA證書清單，只要是由這些CA簽發(fā)的證書那就信任，否則就不信任。而這個(gè)鏈條是可以多級(jí)的，這里就不展開了。你只需要知道由信任CA簽發(fā)的所有證書都是可信的。比如JDK自帶的信任CA證書可以通過下面命令看到：

keytool -list -keystore $JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts
verisignclass2g2ca [jdk], 2016-8-25, trustedCertEntry,
證書指紋 (SHA1): B3:EA:C4:47:76:C9:C8:1C:EA:F2:9D:95:B6:CC:A0:08:1B:67:EC:9D
digicertassuredidg3 [jdk], 2016-8-25, trustedCertEntry,
證書指紋 (SHA1): F5:17:A2:4F:9A:48:C6:C9:F8:A2:00:26:9F:DC:0F:48:2C:AB:30:89
verisignuniversalrootca [jdk], 2016-8-25, trustedCertEntry,
...

讓你輸密碼的時(shí)候輸入changeit。

如果這個(gè)證書不是由信任CA簽發(fā)的（比如自己簽發(fā)）會(huì)發(fā)生什么？瀏覽器、編程語言SDK、你所使用的工具會(huì)報(bào)告以下錯(cuò)誤：

curl：

curl: (60) SSL certificate problem: self signed certificate in certificate chain

Java：

Exception in thread "main" javax.net.ssl.SSLHandshakeException: sun.security.validator.ValidatorException: PKIX path building failed: sun.security.provider.certpath.SunCertPathBuilderException: unable to find valid certification path to requested target
 at sun.security.ssl.Alerts.getSSLException(Alerts.java:192)
 at sun.security.ssl.SSLSocketImpl.fatal(SSLSocketImpl.java:1964)
 at sun.security.ssl.Handshaker.fatalSE(Handshaker.java:328)
 at sun.security.ssl.Handshaker.fatalSE(Handshaker.java:322)
 at sun.security.ssl.ClientHandshaker.serverCertificate(ClientHandshaker.java:1614)
...

瀏覽器：

這個(gè)錯(cuò)誤實(shí)際上就是在告訴你這個(gè)證書不可信任，可能是一個(gè)偽造站點(diǎn)，讓你小心點(diǎn)兒。如果這個(gè)證書由權(quán)威CA簽發(fā)，那么就沒有這個(gè)問題了。但是權(quán)威CA簽發(fā)的證書要求申請(qǐng)人擁有域名，如果你這個(gè)服務(wù)是內(nèi)部使用的沒有域名，那就只能自己簽發(fā)了。那么如何解決上面的問題呢？你得把自己簽發(fā)的證書加入到信任CA證書清單里。

下圖是權(quán)威CA簽發(fā)證書的示例：

可以看到客戶端有一個(gè)truststore，這個(gè)就是存放信任CA證書的地方，服務(wù)端有一個(gè)keystore，存放的自己的證書及對(duì)應(yīng)的私鑰。

下圖是自簽發(fā)證書的示例：

在上面可以看到我們自己成為了一個(gè)Root CA，把它放到客戶端的truststore里。

客戶端認(rèn)證

前面講過客戶端認(rèn)證是服務(wù)端來驗(yàn)證客戶端是否可信的機(jī)制，其實(shí)做法和服務(wù)端認(rèn)證類似只不過方向相反。客戶端認(rèn)證大多數(shù)情況下只能是自簽發(fā)的（因?yàn)闆]有域名），雖然不是不可以從權(quán)威CA簽發(fā)但是存在一些問題。下面解釋為什么，假設(shè)權(quán)威CA是let's encrypt，然后服務(wù)端信任它簽發(fā)的所有證書。但是let's encrypt是阿貓阿狗都可以申請(qǐng)的，現(xiàn)在有一個(gè)黑客申請(qǐng)了這個(gè)證書，然后請(qǐng)求你的服務(wù)端，服務(wù)端就認(rèn)可了。

上面這個(gè)問題可以用這個(gè)方法解決：比如你用let's encrypt申請(qǐng)了A證書，黑客用let's encrypt申請(qǐng)了B證書，你的服務(wù)端的truststore只信任A證書，那么黑客用B證書訪問你的時(shí)候就會(huì)被拒絕。但是這就帶來另一個(gè)問題，比如你在開發(fā)的時(shí)候客戶端證書有這么幾套：生產(chǎn)用、調(diào)試用、開發(fā)用，那么每次客戶端簽發(fā)一個(gè)證書都要更新到你的服務(wù)器的truststore里，這也太麻煩了。

所以結(jié)合安全性和便利性，我們把自己變成Root CA，然后服務(wù)端信任它，這樣一來服務(wù)端就可以在開發(fā)的時(shí)候把Client Root CA內(nèi)置進(jìn)去，大大減輕了維護(hù)truststore的工作量，看下圖：

用Tomcat舉個(gè)例子

下面舉一個(gè)Tomcat做客戶端認(rèn)證的例子，因?yàn)槭菧y(cè)試用，所以服務(wù)端認(rèn)證也是用的自簽發(fā)證書。

我們用了cfssl這個(gè)工具來生成證書。

服務(wù)端

先弄一套目錄：

# 放自簽發(fā)的服務(wù)端CA根證書
server-secrets/ca
# 放自簽發(fā)的服務(wù)端的證書
server-secrets/cert
# 放服務(wù)端的keystore和truststore
server-secrets/jks

生成自簽名CA證書

新建文件：server-secrets/ca/server-root-ca-csr.json

內(nèi)容如下：

{
 "key": {
 "algo": "rsa",
 "size": 2048
 },
 "names": [
 {
 "O": "Company",
 "OU": "Datacenter",
 "L": "Shanghai",
 "ST": "Shanghai",
 "C": "CN"
 }
 ],
 "CN": "server-root-ca"
}

運(yùn)行下面命令生成Server ROOT CA證書：

cfssl gencert --initca=true ./server-root-ca-csr.json | cfssljson --bare server-root-ca

會(huì)得到下面幾個(gè)文件：

server-secrets/ca/
├── server-root-ca-key.pem
├── server-root-ca.csr
└── server-root-ca.pem

用下面命令驗(yàn)證證書：

openssl x509 -in ./server-root-ca.pem -text -noout
Certificate:
 Data:
 Version: 3 (0x2)
 Serial Number:
 0c:8a:1a:ca:da:fa:4c:17:6c:1f:42:40:4c:f1:90:f4:fd:1d:fe:58
 Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
 Issuer: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=server-root-ca
 Validity
 Not Before: Mar 27 05:14:00 2019 GMT
 Not After : Mar 25 05:14:00 2024 GMT
 Subject: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=server-root-ca

可以看到簽發(fā)人和被簽發(fā)人是同一個(gè)。

生成自簽發(fā)證書

新建文件 server-secrets/cert/server-gencert.json，內(nèi)容如下：

{
 "signing": {
 "default": {
 "usages": [
 "signing",
 "key encipherment",
 "server auth"
 ],
 "expiry": "87600h"
 }
 }
}

可以看到我們會(huì)生成用來做server auth的證書。

新建文件 server-secrets/cert/demo-csr.json，內(nèi)容如下：

{
 "key": {
 "algo": "rsa",
 "size": 2048
 },
 "names": [
 {
 "O": "Company",
 "OU": "Datacenter",
 "L": "Shanghai",
 "ST": "Shanghai",
 "C": "CN"
 }
 ],
 "CN": "server-demo",
 "hosts": [
 "127.0.0.1",
 "localhost"
 ]
}

看上面的hosts，你可以根據(jù)自己的需要填寫域名或IP，這里因?yàn)槭潜镜匮菔舅允?27.0.0.1和localhost。

運(yùn)行下面命令生成證書

cfssl gencert \
 --ca ../ca/server-root-ca.pem \
 --ca-key ../ca/server-root-ca-key.pem \
 --config ./server-gencert.json \
 ./demo-csr.json | cfssljson --bare ./demo

得到文件：

server-secrets/cert/
├── demo-key.pem
├── demo.csr
└── demo.pem

驗(yàn)證結(jié)果：

openssl x509 -in ./demo.pem -text -noout
Certificate:
 Data:
 Version: 3 (0x2)
 Serial Number:
 1d:d0:51:97:6c:ce:ea:29:2a:f4:3b:3c:48:a3:69:b0:ef:f3:26:7b
 Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
 Issuer: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=server-root-ca
 Validity
 Not Before: Mar 27 05:17:00 2019 GMT
 Not After : Mar 24 05:17:00 2029 GMT
 Subject: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=server-demo

可以看到簽發(fā)者是server-root-ca，Subject是server-demo。

將證書導(dǎo)入keystore

到 server-secrets/jks，執(zhí)行下面命令生成pkcs12格式的keystore（JDK識(shí)別這個(gè)格式）

openssl pkcs12 -export \
 -in ../cert/demo.pem \
 -inkey ../cert/demo-key.pem \
 -out server-demo.keystore \
 -name server-demo \
 -CAfile ../ca/server-root-ca.pem \
 -caname root -chain

過程中會(huì)讓你輸入密碼，你就輸入：server-demo-ks。

得到文件：

server-secrets/jks/
└── server-demo.keystore

用JDK提供的keytool看看里面的內(nèi)容：

keytool -list -keystore server-demo.keystore
server-demo, 2019-3-27, PrivateKeyEntry,
證書指紋 (SHA1): B2:E5:46:63:BB:00:E7:82:48:A4:2F:EC:01:41:CE:B4:4B:CE:68:7A

讓你輸入密碼的時(shí)候就輸入：server-demo-ks。

客戶端

先弄一套目錄：

# 放自簽發(fā)的客戶端CA根證書
client-secrets/ca
# 放自簽發(fā)的客戶端的證書
client-secrets/cert
# 放客戶端的keystore和truststore
client-secrets/jks

生成自簽名CA證書

新建文件 client-secrets/ca/client-root-ca-csr.json：

{
 "key": {
 "algo": "rsa",
 "size": 2048
 },
 "names": [
 {
 "O": "Company",
 "OU": "Datacenter",
 "L": "Shanghai",
 "ST": "Shanghai",
 "C": "CN"
 }
 ],
 "CN": "client-root-ca"
}

運(yùn)行下面命令生成Client ROOT CA證書：

cfssl gencert --initca=true ./client-root-ca-csr.json | cfssljson --bare client-root-ca

會(huì)得到下面幾個(gè)文件：

client-secrets/ca/
├── client-root-ca-key.pem
├── client-root-ca.csr
└── client-root-ca.pem

用下面命令驗(yàn)證證書：

openssl x509 -in ./client-root-ca.pem -text -noout
Certificate:
 Data:
 Version: 3 (0x2)
 Serial Number:
 7e:fc:f3:53:07:1a:17:ae:24:34:d5:1d:00:02:d6:e4:24:09:92:12
 Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
 Issuer: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=client-root-ca
 Validity
 Not Before: Mar 27 05:20:00 2019 GMT
 Not After : Mar 25 05:20:00 2024 GMT
 Subject: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=client-root-ca

可以看到簽發(fā)人和被簽發(fā)人是同一個(gè)。

生成自簽發(fā)證書

新建文件 client-secrets/cert/client-gencert.json，內(nèi)容如下：

{
 "signing": {
 "default": {
 "usages": [
 "signing",
 "key encipherment",
 "client auth"
 ],
 "expiry": "87600h"
 }
 }
}

可以看到我們會(huì)生成用來做client auth的證書。

新建文件 client-secrets/cert/demo-csr.json，內(nèi)容如下：

{
 "key": {
 "algo": "rsa",
 "size": 2048
 },
 "names": [
 {
 "O": "Company",
 "OU": "Datacenter",
 "L": "Shanghai",
 "ST": "Shanghai",
 "C": "CN"
 }
 ],
 "CN": "client-demo"
}

這里沒有hosts，這是因?yàn)槲覀儾恍枰眠@個(gè)證書來做服務(wù)端認(rèn)證。

運(yùn)行下面命令生成證書

cfssl gencert \
 --ca ../ca/client-root-ca.pem \
 --ca-key ../ca/client-root-ca-key.pem \
 --config ./client-gencert.json \
 ./demo-csr.json | cfssljson --bare ./demo

得到文件：

client-secrets/cert/
├── demo-key.pem
├── demo.csr
└── demo.pem

驗(yàn)證結(jié)果：

openssl x509 -in ./demo.pem -text -noout
Certificate:
 Data:
 Version: 3 (0x2)
 Serial Number:
 6e:50:e2:2c:02:bb:ef:fd:03:d9:2c:0a:8f:ba:90:65:fb:c4:b5:75
 Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
 Issuer: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=client-root-ca
 Validity
 Not Before: Mar 27 05:21:00 2019 GMT
 Not After : Mar 24 05:21:00 2029 GMT
 Subject: C=CN, ST=Shanghai, L=Shanghai, O=Company, OU=Datacenter, CN=client-demo

可以看到簽發(fā)者是client-root-ca，Subject是client-demo。

將證書導(dǎo)入keystore

到 client-secrets/jks，執(zhí)行下面命令生成pkcs12格式的keystore（JDK識(shí)別這個(gè)格式）

openssl pkcs12 -export \
 -in ../cert/demo.pem \
 -inkey ../cert/demo-key.pem \
 -out client-demo.keystore \
 -name client-demo \
 -CAfile ../ca/client-root-ca.pem \
 -caname root -chain

過程中會(huì)讓你輸入密碼，你就輸入：client-demo-ks。

得到文件：

client-secrets/jks/
└── client-demo.keystore

用JDK提供的keytool看看里面的內(nèi)容：

keytool -list -keystore client-demo.keystore
client-demo, 2019-3-27, PrivateKeyEntry,
證書指紋 (SHA1): 83:AE:0E:5E:0C:CE:86:C9:D1:84:D7:6F:87:F3:76:1F:B4:3E:46:31

讓你輸入密碼的時(shí)候就輸入：client-demo-ks。

兩端互信

好了，到此為止server和client的證書都已經(jīng)生成了，接下來只需要將各自的root-ca添加到彼此都truststore中。

把server-root-ca導(dǎo)入到client的truststore中

cd client-secrets/jks
keytool -importcert \
 -alias server-root-ca \
 -storetype pkcs12 \
 -keystore client.truststore \
 -storepass client-ts \
 -file ../../server-secrets/ca/server-root-ca.pem -noprompt

注意上面的-storepass參數(shù)，這個(gè)是trustore的密碼：client-ts。

得到文件：

client-secrets/jks/
└── client.truststore

用JDK提供的keytool看看里面的內(nèi)容：

keytool -list -keystore client.truststore
server-root-ca, 2019-3-27, trustedCertEntry,
證書指紋 (SHA1): 75:E3:78:97:85:B2:29:38:25:3C:FD:EC:68:97:9B:78:A0:5F:BB:9D

讓你輸入密碼的時(shí)候就輸入：client-ts。

把client-root-ca導(dǎo)入到server的truststore中

cd server-secrets/jks
keytool -importcert \
 -alias client-root-ca \
 -storetype pkcs12 \
 -keystore server.truststore \
 -storepass server-ts \
 -file ../../client-secrets/ca/client-root-ca.pem -noprompt

注意上面的-storepass參數(shù)，這個(gè)是trustore的密碼：server-ts。

得到文件：

server-secrets/jks/
└── server.truststore

用JDK提供的keytool看看里面的內(nèi)容：

keytool -list -keystore server.truststore
client-root-ca, 2019-3-27, trustedCertEntry,
證書指紋 (SHA1): 1E:95:2C:12:AA:7E:6D:E7:74:F1:83:C2:B8:73:6F:EE:57:FB:CA:46

讓你輸入密碼的時(shí)候就輸入：server-ts。

配置Tomcat

好了，我們現(xiàn)在client和server都有了自己證書放在了自己的keystore中，而且把彼此的root-ca證書放到了自己的truststore里。現(xiàn)在我們弄一個(gè)tomcat作為server，然后為他配置SSL。

修改tomcat/conf/server.xml，添加如下Connector：

<Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
 maxThreads="150" SSLEnabled="true">
 <SSLHostConfig
 certificateVerification="required"
 truststoreFile="/path/to/server-secrets/jks/server.truststore"
 truststorePassword="server-ts" 
 truststoreType="PKCS12">
 <Certificate
 certificateKeyAlias="server-demo"
 certificateKeystoreFile="/path/to/server-secrets/demo-jks/server-demo.keystore"
 certificateKeystoreType="PKCS12"
 certificateKeystorePassword="server-demo-ks"
 type="RSA" />
 </SSLHostConfig>
</Connector>

可以看到我們開啟了客戶端認(rèn)證certificateVerification="required"，也開啟了服務(wù)端認(rèn)證<Certificate>。記得修改上面的keystore和truststore的路徑。

修改tomcat/conf/web.xml，添加如下元素：

<security-constraint>
 <web-resource-collection>
 <web-resource-name>Automatic Forward to HTTPS/SSL</web-resource-name>
 <url-pattern>/*</url-pattern>
 </web-resource-collection>
 <user-data-constraint>
 <transport-guarantee>CONFIDENTIAL</transport-guarantee>
 </user-data-constraint>
</security-constraint>

這個(gè)作用是當(dāng)訪問8080端口時(shí)，都跳轉(zhuǎn)到8443端口，強(qiáng)制走HTTPS。

啟動(dòng)tomcat：

tomcat/bin/catalina.sh run

用curl測(cè)試

好了，我們現(xiàn)在用curl來測(cè)試訪問一下：

curl https://localhost:8443/
curl: (60) SSL certificate problem: self signed certificate in certificate chain
...

看到curl說服務(wù)端用的是一個(gè)自簽發(fā)的證書，不可信，也就是說服務(wù)端認(rèn)證失敗。添加--insecure試試：

curl --insecure https://localhost:8443/
curl: (35) error:1401E412:SSL routines:CONNECT_CR_FINISHED:sslv3 alert bad certificate

這里就說明客戶端認(rèn)證失敗。

所以如果要正確訪問得像下面這樣，指定server-root-ca證書，以及客戶端自己簽發(fā)的證書及private key：

curl --cacert server-secrets/ca/server-root-ca.pem \
 --key client-secrets/cert/demo-key.pem \
 --cert client-secrets/cert/demo.pem \
 https://localhost:8443/
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
...

Httpclient測(cè)試

我們現(xiàn)在用Httpclient來訪問看看。pom.xml中添加依賴：

<dependency>
 <groupId>org.apache.httpcomponents</groupId>
 <artifactId>httpclient</artifactId>
 <version>4.5.7</version>
</dependency>

Java代碼，記得把文件路徑改掉：

import org.apache.http.HttpEntity;
import org.apache.http.HttpException;
import org.apache.http.client.methods.CloseableHttpResponse;
import org.apache.http.client.methods.HttpGet;
import org.apache.http.conn.ssl.SSLConnectionSocketFactory;
import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClients;
import org.apache.http.ssl.SSLContexts;
import org.apache.http.util.EntityUtils;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
public class Client {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 SSLContext sslcontext=SSLContexts.custom()
 .loadTrustMaterial(
 new File("/path/to/client-secrets/demo-jks/client.truststore"),
 "client-ts".toCharArray()
 )
 .loadKeyMaterial(
 new File("/path/to/client-secrets/demo-jks/client-demo.keystore"),
 "client-demo-ks".toCharArray(),
 "client-demo-ks".toCharArray())
 .build();
 SSLConnectionSocketFactory sslsf=new SSLConnectionSocketFactory(
 sslcontext,
 SSLConnectionSocketFactory.getDefaultHostnameVerifier());
 CloseableHttpClient httpclient=HttpClients.custom()
 .setSSLSocketFactory(sslsf)
 .build();
 HttpGet httpGet=new HttpGet("https://localhost:8443");
 CloseableHttpResponse response=httpclient.execute(httpGet);
 try {
 System.out.println(response.getStatusLine());
 HttpEntity entity=response.getEntity();
 System.out.println(EntityUtils.toString(entity));
 } finally {
 response.close();
 }
 }
}

安全性考慮

• 所有private key都很重要！如果它被泄漏了，就要回收它所對(duì)應(yīng)都證書。如果CA的private key泄漏了，那么用它簽發(fā)的所有證書都要被回收。
• keystore和truststore的密碼設(shè)置的要復(fù)雜一些。

關(guān)于反向代理

因?yàn)榉?wù)端認(rèn)證所需要的證書直接配置在Tomcat上的，因此在做反向代理的時(shí)候不能使用SSL Termination模式，而是得使用SSL Passthrough模式。

其他語言、SDK、工具

上面講的方法不是只適用于Tomcat和Httpclient的，TLS的服務(wù)端認(rèn)證與客戶端認(rèn)證應(yīng)該在絕大部分的語言、SDK、類庫都有支持，請(qǐng)自行參閱文檔實(shí)踐。文中的keystore和truststore是Java特有的，不過不必迷惑，因?yàn)樗鼈儍H僅起到一個(gè)存放證書和private key的保險(xiǎn)箱，有些語言或工具則是直接使用證書和private key，比如前面提到的curl。

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