深入浅出学习透析Nginx服务器的基本原理和配置指南「Https安全控制篇」

时间：2022-11-21 15:16:14

Https反向代理

之前的内容中我们主要针对于一些对安全性要求比较高的站点，可能会使用HTTPS（一种使用SSL通信标准的安全HTTP协议），针对于HTTP 协议和SSL标准相信大家都知道了，在这里我就不为大家进行介绍了，如果需要了解，大家可以查看一下相关的资料哈，但是对于使用Nginx配置https需要了解一下基础内容的。

生产环境一般都是购买的商业版SSL证书，本文主要是将自己配置Nginx  https证书的过程记录。我们开发过程的时候一般采用自制SSL证书。Nginx实现https需要http_ssl_module模块支持，该模块是默认编译模块，不需要我们再次编译。

Https反向代理的配置规则

  • HTTPS的默认端口号是443，不同于HTTP的默认端口（80）
  • SSL 标准需要引入安全证书，所以在Nginx.conf中你需要指定证书和它对应的 key
  • 其他和http反向代理基本一样，只是在Server部分配置有些不同。

之前案例的Http配置模板

以下是我们之前章节案例的配置基本模板信息，用于作为我们https模式的改造的标准话模板参考。

http {
    upstream nginxServerConfig {
        least_conn;
        server www.address1.com; // 或者ip+端口 ， 不需要加入http/https前缀
        server www.address2.com;
        server www.address3.com;
    }
    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://loadBalanceServer;
        }
    }
}

配置 HTTPS 服务器

要配置 HTTPS 服务器，必须在 server 块中的 监听套接字 上启用 ssl 参数，并且指定服务器证书 和 私钥文件 的位置：

启用 SSL 功能

添加ssl指令的参数on，代表开启状态，目前新版本已经不需要进行指定了，默认可以自己检测和开启状态，此处只是说明以下有这个指令介绍。

ssl on;

注意：在 0.7.14 之前，无法为各个 socket 选择性地启用 SSL，如上所示。只能使用 ssl 指令为整个服务器启用 SSL，从而无法设置单个 HTTP/HTTPS 服务器。可以通过添加 listen 指令的 ssl 参数来解决这个问题。因此，不建议在现在的版本中使用 ssl 指令。

监听默认端口修改

上面说的配置：HTTPS的默认端口号是443，不同于HTTP的默认端口（80），需要将原有的80端口的监听443端口。443为知名端口号，主要用于HTTPS协议。

需要将 listen 80; 改为  listen  443 ssl;

并且需要再后面再添加一个 ssl标识，代表着监听此类端口为Https模式协议机制。

制作SSL证书文件

我们都知道在公钥密码学（也称为非对称密码术）中，加密机制依赖于两个相关的密钥，一个公钥和一个私钥。公钥用于加密消息，而只有私钥的所有者才能解密消息。而针对于Https加密机制，需要引入证书，而证书就是针对于公钥和私钥的载体。所以我们需要配置对应的ssl证书文件。

SSL证书，就是遵守SSL安全套接层协议的服务器数字证书，由浏览器受信任的根证书颁发机构在验证服务器身份后颁发，具有网站身份验证和加密传输等功能。SSL证书并不是什么高深的技术产品，只需要成功申请下发后，安装到网站服务器即可。当你访问一个网站时，如果发现浏览器的地址栏中显示的是“https://”（绿色小锁图标），就说明这个网站已经安装部署了SSL证书。

  • PEM：用ASCLL(BASE64)编码的证书；PEM扩展名用于不同类型的X.509v3文件，这些文件包含前缀为“-BEGIN …”行的ASCII（Base64）数据。
  • CER/CRT：存放公钥，没有私钥（编码方式不一定，有可能是.pem,也有可能是.der）。

在制作SSL证书之前需要线生成对应的私钥文件key信息数据。

openssl生成RSA私钥文件

openssl  alexlibo  -out mysecurity.key 2048

生成对应的私钥文件的基本结构信息如下：

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当然也可以参考​​使用 acme.sh 给 Nginx 安装 Let’ s Encrypt 提供的免费 SSL 证书​​​，生成对应的较为专业的SSL证书。针对于该脚本【​​acme.sh​​​】的github仓库地址​​https://github.com/acmesh-official/acme.sh，有兴趣的小伙伴可以试试看。​​

生成pem文件
PEM文件格式

PEM格式通常用于数字证书认证机构（Certificate Authorities，CA），扩展名为.pem, .crt, .cer, and .key。内容为Base64编码的ASCII码文件，有类似"-----BEGIN CERTIFICATE-----" 和 "-----END CERTIFICATE-----"的头尾标记。服务器认证证书，中级认证证书和私钥都可以储存为PEM格式（认证证书其实就是公钥）。Apache和类似的服务器使用PEM格式证书。

openssl  req  -new -x509  -days 3650  -key mysecurity.key  -out mysecurity.pem
PEM文件内容

以下就是类似的pem文件的内容

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添加对应的SSL证书

将生成的key、pem文件拷贝到nginx的conf目录下，为了管理多个SSL证书，可以在nginx的 conf目录下建立cert目录专门存放SSL证书相关文件。

设置ssl证书文件位置

我们采用在server指令块内部定义【ssl_certificate 指令】对应的value值，sl_certificate处写我们生成的pem文件，一般我们常见证书文件格式为：crt/pem。

ssl_certificate      path/mysecurity.pem;

或者

ssl_certificate      path/mysecurity.crt;

这里注意以下：对应的证书位置是针对于nginx,conf文件的相对位置或者觉得路径也可以。

设置ssl证书私钥文件的位置

ssl_certificate_key写我们生成的key文件。配置完成后检查nginx的配置文件 然后重启Nginx.

ssl_certificate_key path/mysecurity.key;

注意：服务器证书是一个公共实体。它被发送到每个连接到服务器的客户端。私钥是一个安全实体，存储在一个访问受限的文件中，但是它对 nginx 的主进程必须是可读的。私钥也可以存储在与证书相同的文件中：

ssl_certificate     xxx.cert;
ssl_certificate_key xxx.cert;

这种情况下，文件的访问也应该被限制。虽然证书和密钥存储在一个文件中，但只有证书能被发送给客户端。

SSL指令来限制连接

ssl_protocols 和 ssl_ciphers 指令来限制连接，使其仅包括 SSL/TLS 的版本和密码。

ssl_protocols

默认情况下，Nginx 使用版本为 ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2，如下所示。

ssl_protocols       TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
ssl_ciphers

默认情况下，Nginx密码为 ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5

ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5
ssl_prefer_server_ciphers

指定是否使用服务器的 SSL 密码，on为开启状态

ssl_prefer_server_ciphers  on;

通常不需要配置它们以上两者的值。请注意，这些指令的默认值已经被更改多次。

最终案例展示

server {
    listen              443 ssl;
    server_name       www.address1.com;
    ssl_certificate      path/mysecurity.pem;
    ssl_certificate_key path/mysecurity.key;
    ssl_ciphers         HIGH:!aNULL:!MD5;
    ...
}
ssl配置参数（选择性配置）
ssl的会话相关的配置
ssl_session_cache

设置ssl的session会话的缓存

启用 SSL Session 缓存可以大大减少 TLS 的反复验证，减少 TLS 握手的 roundtrip。虽然 session 缓存会占用一定内存，但是用 1M 的内存就可以缓存 4000 个连接，可以说是非常非常划算的。对于绝大多数网站和服务，要达到 4000 个同时连接本身就需要非常非常大的用户基数，因此可以放心开启。

ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
  • shared:SSL:1m：代表着缓存属于SSL之内进行共享，总体大小为1M。
ssl_session_timeout

设置ssl的会话超时时间为5分钟

ssl_session_timeout  5m;

同时建立HTTP/HTTPS 服务器

可以配置单个服务器来处理 HTTP 和 HTTPS 请求：

server {
    listen              80;
    listen              443 ssl;
    server_name         www.example.com;
    ssl_certificate     www.example.com.crt;
    ssl_certificate_key www.example.com.key;
    ...
}

基于名称的 HTTPS 服务器

当配置两个或多个 HTTPS 服务器监听单个 IP 地址时，会出现一个常见问题：

server {
    listen          443 ssl;
    server_name     www.address1.com;
    ssl_certificate address1.crt;
    ...
}
server {
    listen          443 ssl;
    server_name     www.address1.org;
    ssl_certificate address1.crt;
    ...
}

使用了此配置，浏览器会接收默认服务器的证书，即 ​​www.address1.com​​，而无视所请求的服务器名称。这是由 SSL 协议行为引起的。SSL连接在浏览器发送 HTTP 请求之前建立，nginx 并不知道请求的服务器名称。因此，它只能提供默认服务器的证书。最古老、最强大的解决方法是为每个 HTTPS 服务器分配一个单独的 IP 地址：

server {
    listen          192.168.1.1:443 ssl;
    server_name     www.address1.com;
    ssl_certificate address1.crt;
    ...
}
server {
    listen          192.168.1.2:443 ssl;
    server_name     www.address1.org;
    ssl_certificate address1.crt;
    ...
}

一般情况下如果作为统一的公私钥配置，那么最好是将证书文件与名称、私钥文件放置在 http 级配置，以便在所有服务器中继承其单个内存副本，如下所示：

ssl_certificate     mysecurity.crt;
ssl_certificate_key mysecurity.key;
server {
    listen          443 ssl;
    server_name     www.address1.com;
    ...
}
server {
    listen          443 ssl;
    server_name     www.address2.org;
    ...

Https服务配置模式最终案例

#HTTP服务器
  server {
      #监听443端口。443为知名端口号，主要用于HTTPS协议
      listen       443 ssl;
      #定义使用www.xx.com访问
      server_name  www.xx.com;
      #ssl证书文件位置(常见证书文件格式为：crt/pem)
      ssl_certificate      cert.pem;
      #ssl证书key位置
      ssl_certificate_key  cert.key;
      #ssl配置参数（选择性配置）
      ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
      ssl_session_timeout  5m;
      #数字签名，此处使用MD5
      ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
      ssl_prefer_server_ciphers  on;
      location / {
          root   /root;
          index  index.html index.htm;
      }
  }

HTTPS 服务器优化分析

  1. SSL 操作会消耗额外的 CPU 资源。在多处理器系统上，应该运行多个 工作进程（worker process），不得少于可用 CPU 核心的数量。大多数 CPU 密集型操作是发生在 SSL 握手时。有种方法可以最大程度地减少每个客户端执行这些操作的次数。
  • keepalive指令不会限制一个nginx worker进程到upstream服务器连接的总数量。connections参数应该设置为一个足够小的数字来让upstream服务器来处理新进来的连接。 connections参数设置每个worker进程在缓冲中保持的到upstream服务器的空闲keepalive连接的最大数量.当这个数量被突破时，最近使用最少的连接将被关闭。

启用 keepalive 连接，通过一个连接来发送多个请求，第二个是复用 SSL 会话参数，避免相同的和后续的连接发生 SSL 握手。会话存储在工作进程间共享的 SSL 会话缓存中，由 ssl_session_cache 指令配置。1MB 缓存包含约 4000 个会话。默认缓存超时时间为 5 分钟，可以用 ssl_session_timeout 指令来增加。以下是一个优化具有 10MB 共享会话缓存的多核系统的配置示例：

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