HTTPS双向认证 - 技术栈

双向认证，指的是客户端和服务器端都需要验证对方的身份，在建立HTTPS连接的过程中，握手的流程相对于单向认证多了几步。

单向认证的过程，客户端从服务器端下载服务器端公钥证书进行验证，然后建立安全通信通道。

双向通信流程，客户端除了需要从服务器端下载服务器的公钥证书进行验证外，还需要把客户端的公钥证书上传到服务器端给服务器端进行验证，等双方都认证通过了，才开始建立安全通信通道进行数据传输。

1. 原理

1.1 单向认证流程

单向认证流程中，服务器端保存着公钥证书和私钥两个文件，整个握手过程如下：

客户端发起建立HTTPS连接请求，将SSL协议版本的信息发送给服务器端；
服务器端将本机的公钥证书（server.crt）发送给客户端；
客户端读取公钥证书（server.crt），取出了服务端公钥；
客户端生成一个随机数（密钥R），用刚才得到的服务器公钥去加密这个随机数形成密文，发送给服务端；
服务端用自己的私钥（server.key）去解密这个密文，得到了密钥R
服务端和客户端在后续通讯过程中就使用这个密钥R进行通信了。

1.2 双向认证流程

客户端发起建立HTTPS连接请求，将SSL协议版本的信息发送给服务端；
服务器端将本机的公钥证书（server.crt）发送给客户端；
客户端读取公钥证书（server.crt），取出了服务端公钥；
客户端将客户端公钥证书（client.crt）发送给服务器端；
服务器端使用根证书（root.crt）解密客户端公钥证书，拿到客户端公钥；
客户端发送自己支持的加密方案给服务器端；
服务器端根据自己和客户端的能力，选择一个双方都能接受的加密方案，使用客户端的公钥加密后发送给客户端；
客户端使用自己的私钥解密加密方案，生成一个随机数R，使用服务器公钥加密后传给服务器端；
服务端用自己的私钥去解密这个密文，得到了密钥R
服务端和客户端在后续通讯过程中就使用这个密钥R进行通信了。

2. 证书准备

整个双向认证的流程需要六个证书文件：

服务器端公钥证书：server.crt
服务器端私钥文件：server.key
根证书：root.crt
客户端公钥证书：client.crt
客户端私钥文件：client.key
客户端集成证书（包括公钥和私钥，用于浏览器访问场景）：client.p12

3. 自签名证书

生成这一些列证书之前，我们需要先生成一个CA根证书，然后由这个CA根证书颁发服务器公钥证书和客户端公钥证书。为了验证根证书颁发验证客户端证书这个逻辑，我们使用根证书生成两套不同的客户端证书，然后同时用两个客户端证书来发送请求，看服务器端是否都能识别。下面是证书生成的内在逻辑示意图：

3.1生成自签名根证书

（1）创建根证书私钥：

openssl genrsa -out root.key 1024

（2）创建根证书请求文件：

openssl req -new -out root.csr -key root.key

后续参数请自行填写，下面是一个例子：

Country Name (2 letter code) [XX]:cn
State or Province Name (full name) []:bj
Locality Name (eg, city) [Default City]:bj
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:alibaba
Organizational Unit Name (eg, section) []:test
Common Name (eg, your name or your servers hostname) []:root
Email Address []:a.alibaba.com
A challenge password []:
An optional company name []:

（3）创建根证书：

openssl x509 -req -in root.csr -out root.crt -signkey root.key -CAcreateserial -days 3650

在创建证书请求文件的时候需要注意三点，下面生成服务器请求文件和客户端请求文件均要注意这三点：根证书的Common Name填写root就可以，所有客户端和服务器端的证书这个字段需要填写域名，一定要注意的是，根证书的这个字段和客户端证书、服务器端证书不能一样；其他所有字段的填写，根证书、服务器端证书、客户端证书需保持一致最后的密码可以直接回车跳过。

经过上面三个命令行，我们最终可以得到一个签名有效期为10年的根证书root.crt，后面我们可以用这个根证书去颁发服务器证书和客户端证书。

3.2 生成自签名服务器端证书

（1）生成服务器端证书私钥：

openssl genrsa -out server.key 1024

（2）生成服务器证书请求文件，过程和注意事项参考根证书，本节不详述：

openssl req -new -out server.csr -key server.key

（3）生成服务器端公钥证书

openssl x509 -req -in server.csr -out server.crt -signkey server.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650

经过上面的三个命令，我们得到：

server.key：服务器端的密钥文件 server.crt：有效期十年的服务器端公钥证书，使用根证书和服务器端私钥文件一起生成

3.3 生成自签名客户端证书

（1）生成客户端证书密钥：

openssl genrsa -out client.key 1024
openssl genrsa -out client2.key 1024

（2）生成客户端证书请求文件，过程和注意事项参考根证书，本节不详述：

openssl req -new -out client.csr -key client.key
openssl req -new -out client2.csr -key client2.key

（3）生客户端证书

openssl x509 -req -in client.csr -out client.crt -signkey client.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650
openssl x509 -req -in client2.csr -out client2.crt -signkey client2.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650

（4）生客户端p12格式证书，需要输入一个密码，选一个好记的，比如123456

openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.p12
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client2.crt -inkey client2.key -out client2.p12

重复使用上面的命令，得到两套客户端证书：

client.key / client2.key：客户端的私钥文件
client.crt / client2.key：有效期十年的客户端证书

使用根证书和客户端私钥一起生成 client.p12/client2.p12，这个证书文件包含客户端的公钥和私钥，主要用来给浏览器访问

参考资料：

https://help.aliyun.com/zh/api-gateway/user-guide/mutual-tls-authentication