50从零开始用Rust编写nginx，原来TLS证书还可以这么申请

问蒙服务框架2024-02-26 8:30

wmproxy

wmproxy已用Rust实现http/https代理, socks5代理, 反向代理, 负载均衡, 静态文件服务器，websocket代理，四层TCP/UDP转发，内网穿透等，会将实现过程分享出来，感兴趣的可以一起造个轮子

项目地址

国内: https://gitee.com/tickbh/wmproxy

github: https://github.com/tickbh/wmproxy

设计目标

让系统拥有acme的能力，即可以领取Let's Encrypt的证书签发，快速实现上线部署。

acme是什么？

ACME（Automated Certificate Management Environment）是一个用于自动化管理SSL/TLS证书的协议。它通过自动获取、自动更新和自动拒绝等功能，可以大大提高SSL证书的管理和更新效率，降低错误风险，提高网站的安全性和稳定性。

当ACME服务器发布不安全的SSL证书时，可以通过ACME协议自动拒绝证书，确保网站始终使用安全的SSL证书。此外，ACME协议还支持自动续期功能，这意味着在证书到期之前，系统可以自动申请并获取新的证书，从而避免了因证书过期而导致的网站访问中断或安全风险。

acme的定义

acme是一个可以自动获取 TLS证书的协议，acmev1已经被正式弃用，现行的acme在rfc8555定义。其中定义了SSL如何获取的整个过程，包括其中最重要的权限鉴定。

以下是两种acme判定权限拥有者的鉴权方式，以下是wmproxy.net做为域名来举例。

HTTP-01 方式鉴定

HTTP-01 的校验原理是访问给你域名指向的 HTTP 服务增加一个临时 location，Let's Encrypt 会发送 http 请求到 http://wmproxy.net/.well-known/acme-challenge/，wmproxy.net 就是被校验的域名，TOKEN 是 ACME 协议的客户端负责放置的文件，在这里 ACME 客户端就是 acme-lib。Let's Encrypt 会对比 TOKEN 是否符合预期，校验成功后就会颁发证书。不支持泛域名证书。成功后我们就可以拥有TLS证书了。

  • 优点

    配置简单通用

    任何DNS服务商均可

  • 缺点

    需要依赖HTTP服务器

    集群会无法申请的可能

    不支持泛域名

DNS-01 方式鉴定

在 ACME DNS 质询验证的自动化中，以下是一些关键步骤：

  1. 生成一个 DNS TXT 记录，如_acme-challenge。
  2. 将 TXT 记录添加到 DNS 区域中。
  3. 通知 Let's Encrypt 验证 DNS 记录。
  4. 等待 Let's Encrypt 验证完成。
  5. 如果验证成功，则生成证书。
  6. 删除 DNS TXT 记录。

此方法不需要你的服务使用 Http 服务，并且支持泛域名证书。

  • 优点

    不需要HTTP服务器

    支持泛域名

  • 缺点

    各DNS服务商均不一致

acme在保证安全的情况下缩短了TLS证书的申请流程，可以自动化的进行部署，极大的缓解因证书过期带来的麻烦。

代码实现

依赖：acme-lib

改造：之前是确定配置证书及密钥后直接生成完整的TLS信息TlsAcceptor，那么现在在未申请到证书前，不能确定完整的TlsAcceptor，需要对初始化对象进行重新改造处理。

源码：wrap_tls_accepter

定义：

rust 复制代码 
/// 为了适应acme, 重新改造Acceptor进行封装处理
#[derive(Clone)]
pub struct WrapTlsAccepter {
    pub last: Instant,
    pub domain: Option<String>,
    pub accepter: Option<TlsAcceptor>,
}

同样添加accept方法

rust 复制代码 
#[inline]
    pub fn accept<IO>(&self, stream: IO) -> io::Result<Accept<IO>>
    where
        IO: AsyncRead + AsyncWrite + Unpin,
    {
        self.accept_with(stream, |_| ())
    }

    pub fn accept_with<IO, F>(&self, stream: IO, f: F) -> io::Result<Accept<IO>>
    where
        IO: AsyncRead + AsyncWrite + Unpin,
        F: FnOnce(&mut ServerConnection),
    {
        if let Some(a) = &self.accepter {
            Ok(a.accept_with(stream, f))
        } else {
            self.check_and_request_cert()
                .map_err(|_| io::Error::new(io::ErrorKind::Other, "load https error"))?;
            Err(io::Error::new(io::ErrorKind::Other, "try next https error"))
        }
    }

当accepter未初始化时，我们将会试图检查证书，查看是否能签发证书。

此处我们为了避免并发中，重复多次请求导致请求数过多导致的服务不可用，我们此处定义了全局静态变量。

rust 复制代码 
lazy_static! {
    static ref CACHE_REQUEST: Mutex<HashMap<String, Instant>> = Mutex::new(HashMap::new());
}

在检查的时候，我们只允许一段时间内仅有一个请求进入申请证书的流程，其它的请求全部返回错误：

rust 复制代码 
let mut map = CACHE_REQUEST
    .lock()
    .map_err(|_| io::Error::new(io::ErrorKind::Other, "Fail get Lock"))?;
if let Some(last) = map.get(self.domain.as_ref().unwrap()) {
    if last.elapsed() < Duration::from_secs(30) {
        return Err(io::Error::new(io::ErrorKind::Other, "等待上次请求结束").into());
    }
}
map.insert(self.domain.clone().unwrap(), Instant::now());

然后我们对该域名发起证书签名请求，此处我们会循环卡住整个线程，而非异步的请求，所以我们这里用了thread::spawn而非tokio::spawn：

rust 复制代码 
let obj = self.clone();
thread::spawn(move || {
    let _ = obj.request_cert();
});

以下是请求证书的函数：

rust 复制代码 
fn request_cert(&self) -> Result<(), Error> {
    // 使用let's encrypt签发证书
    let url = DirectoryUrl::LetsEncrypt;
    let path = Path::new(".well-known/acme-challenge");
    if !path.exists() {
        let _ = std::fs::create_dir_all(path);
    }

    // 使用内存的存储结构，存储自己做处理
    let persist = MemoryPersist::new();

    // 创建目录节点
    let dir = Directory::from_url(persist, url)?;

    // 设置请求的email信息
    let acc = dir.account("wmproxy@wmproxy.net")?;

    // 请求签发的域名
    let mut ord_new = acc.new_order(&self.domain.clone().unwrap_or_default(), &[])?;

    let start = Instant::now();
    // 以下域名的鉴权，需要等待let's encrypt确认信息
    let ord_csr = loop {
        // 成功签发，跳出循环
        if let Some(ord_csr) = ord_new.confirm_validations() {
            break ord_csr;
        }

        // 超时30秒，认为失败了
        if start.elapsed() > Duration::from_secs(30) {
            println!("获取证书超时");
            return Ok(());
        }

        // 获取鉴权方式
        let auths = ord_new.authorizations()?;

        // 以下是HTTP的请求方法，本质上是请求token的url，然后返回正确的值
        // 此处我们用的是临时服务器
        //
        // /var/www/.well-known/acme-challenge/<token>
        //
        // http://mydomain.io/.well-known/acme-challenge/<token>
        let chall = auths[0].http_challenge();

        // 将token存储在目录下
        let token = chall.http_token();
        let path = format!(".well-known/acme-challenge/{}", token);

        // 获取token的内容
        let proof = chall.http_proof();

        Helper::write_to_file(&path, proof.as_bytes())?;

        // 等待acme检测时间，以ms计
        chall.validate(5000)?;

        // 再尝试刷新acme请求
        ord_new.refresh()?;

    };

    // 创建rsa的密钥对
    let pkey_pri = create_rsa_key(2048);

    // 提交CSR获取最终的签名
    let ord_cert = ord_csr.finalize_pkey(pkey_pri, 5000)?;

    // 下载签名及证书，此时下载下来的为pkcs#8证书格式
    let cert = ord_cert.download_and_save_cert()?;
    Helper::write_to_file(
        &self.get_cert_path().unwrap(),
        cert.certificate().as_bytes(),
    )?;
    Helper::write_to_file(&self.get_key_path().unwrap(), cert.private_key().as_bytes())?;
    Ok(())
}

在其中，我们跟acme服务器的时候我们需要架设临时文件服务器以使acme访问我们http服务器的时候http://mydomain.io/.well-known/acme-challenge/<token>能正确的返回正常的请求，我们将在绑定tls的时候，如果没有该证书信息时，我们将自动添加一个.well-known/acme-challenge的location以启用https的验证：

rust 复制代码 
pub async fn bind(
    &mut self,
) -> ProxyResult<(Vec<Option<WrapTlsAccepter>>, Vec<bool>, Vec<TcpListener>)> {
    // ...
    for value in &mut self.server {
        // ... 
        if has_acme {
            let mut location = LocationConfig::new();
            let file_server = FileServer::new(
                ".well-known/acme-challenge".to_string(),
                "/.well-known/acme-challenge".to_string(),
            );
            location.rule = Matcher::from_str("/.well-known/acme-challenge/").expect("matcher error");
            location.file_server = Some(file_server);
            value.location.insert(0, location);
        }
    }
    Ok((accepters, tlss, listeners))
}

以启用远程acme能访问该链接的能力，也就意味着我们不能将敏感信息放置在".well-known/acme-challenge"目录下面，也就是我们使用MemoryPersist的原因。

测试是否可行

因为http-01的方式必须使acme能访问我们的服务器，所以此时测试需要公网环境下进行测试：

我们配置如下文件，reverse.toml：

toml 复制代码 
# 反向代理相关，七层协议为http及https
[http]

# 反向代理中的具体服务，可配置多个多组
[[http.server]]
bind_addr = "0.0.0.0:80"
bind_ssl = "0.0.0.0:443"
up_name = "auto1.wmproxy.net"
root = ""

[[http.server.location]]
rule = "/"
static_response = "I'm Ok {client_ip}"

此时布置在我们的auto1.wmproxy.net的服务器上，我们运行

wmproxy run -c reverse.toml

此时当我们访问https://auto1.wmproxy.net的请求的时候，将会触发证书申请，成功后证书将放置在".well-known"下面，下次启动服务器的时候我们将自动加载已请求的tls证书以提供https服务。

频繁限制问题

在let's encrypt中，如果有早过5次成功后，需要2天后才能继续申请，他将无限返回429，得注意控制申请证书的频率。

总结

TLS证书在当今互联网中处于最重要的一环，他保护着我们的隐私数据的安全，也是最流行的加密方式之一。所以TLS证书的快速部署对于小而美的应用能让其快速的落地使用。

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