web服务之https超文本传输安全协议

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概述

  • 超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息
  • HTTP协议以明文方式发送内容,不提供任何方式的数据加密,如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文,就可以直接读懂其中的信息,因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息,比如信用卡号、密码等。为了解决HTTP协议的这一缺陷,需要使用另一种协议:安全套接字层超文本传输协议HTTPS。
  • HTTPS(全称:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer 或 Hypertext TransferProtocol Secure,超文本传输安全协议),是以安全为目标的HTTP通道。
  • HTTPS并不是一个新协议,而是HTTP+SSL(TLS)。 原本HTTP先和TCP(假定传输层是TCP协议)直接通信,而加了SSL后,就变成HTTP先和SSL通信,再由SSL和TCP通信,相当于SSL被嵌在了HTTP和TCP之间
  • SSL 是"Secure Sockets Layer"的缩写,中文叫做"安全套接层"。它是在上世纪90年代中期,由网景公司设计的。到了1999年,SSL 应用广泛,已经成为互联网上的事实标准。IETF 就把SSL 标准化。标准化之后SSL被改为 TLS(Transport Layer Security传输层安全协议)

SSL协议分两层

  • SSL记录协议 (SSL Record Protocol):它建立在可靠的传输协议(如TCP)之上,为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能
  • SSL握手协议(SSL Handshake Protocol):它建立在SSL记录协议之上,用于在实际的数据传输开始前,通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等

SSL协议提供的服务

  • 认证用户和服务器,确保数据发送到正确的客户机和服务器
  • 加密数据以防止数据中途被窃取
  • 维护数据的完整性,确保数据在传输过程中不被改变

证书





https安全通信机制

图解

过程

  • (1)客户端(通常是浏览器)向服务端发送加密通信的请求,然后连接到服务端的443端口,这被叫做ClientHello请求,客户端主要向服务器提供以下信息:
    • 支持的协议版本,比如TLS 1.0版。
    • 一个客户端生成的随机数1,稍后用于生成"会话密钥"
    • 支持的加密方法,比如RSA公钥加密
    • 支持的压缩方法
  • (2)服务端回应(SeverHello),接收到信息之后给予客户端响应握手信息,服务器的回应包含以下内容:
    • 确认使用的加密通信协议版本,比如TLS 1.0版本,。如果浏览器与服务器支持的版本不一致,服务器关闭加密通信
    • 一个服务器生成的随机数2,稍后用于生成"会话密钥"
    • 确认使用的加密方法,这个加密算法一定是client发送给server加密算法的子集,比如RSA公钥加密
    • 服务器证书:可以自己制作,也可以向组织申请。区别就是自己颁发的证书需要客户端验证通过,才可以继续访问,而使用受信任的公司申请的证书则不会弹出提示页面,传送的证书其实就是公钥,只是包含了很多信息,如证书的颁发机构,过期时间、服务端的公钥,第三方证书认证机构(CA)的签名等
    • 除此之外,如果服务器需要使用双向认证,就会再包含一项请求,要求客户端提供"客户端证书"。比如,金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络,就会向正式客户提供USB密钥,里面就包含了一张客户端证书
  • (3)客户端回应:客户端收到服务器回应以后进行证书解析,首先会验证证书是否有效,比如颁发机构,过期时间等等,如果发现异常,则会弹出一个警告框,提示证书存在问题。如果证书没有问题,那么就生成一个随机数3(预主密钥"pre-master key"),接下来是通过随机值1、随机值2和随机数3组装会话秘钥。然后通过服务器端证书的公钥加密会话秘钥,传送加密信息,内容如下:
    • 一个随机数C。该随机数用服务器公钥加密,防止被窃听
    • 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
    • 客户端握手结束通知,表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供服务器校验
  • (4)服务器的最后回应:服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后,计算生成本次会话所用的"会话密钥"(对称密钥)。然后,向客户端最后发送下面信息。
    • 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
    • 服务器握手结束通知,表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供客户端校验
  • 至此,整个握手阶段全部结束。接下来,客户端与服务器进入加密通信,就完全是使用普通的HTTP协议,只不过用"会话密钥"加密内容
  • 大致分为三个阶段:
    • (1)(2)认证服务器:浏览器内置一个受信任的CA机构列表,并保存了这些CA机构的证书。第一阶段服务器会提供经CA机构认证颁发的服务器证书,如果认证该服务器证书的CA机构,存在于浏览器的受信任CA机构列表中,并且服务器证书中的信息与当前正在访问的网站(域名等)一致,那么浏览器就认为服务端是可信的,并从服务器证书中取得服务器公钥,用于后续流程。否则,浏览器将提示用户,根据用户的选择,决定是否继续。当然,我们可以管理这个受信任CA机构列表,添加我们想要信任的CA机构,或者移除我们不信任的CA机构。
    • (3)(4)协商会话密钥:客户端在认证完服务器,获得服务器的公钥之后,利用该公钥与服务器进行加密通信,协商出两个会话密钥,分别是用于加密客户端往服务端发送数据的客户端会话密钥,用于加密服务端往客户端发送数据的服务端会话密钥。在已有服务器公钥,可以加密通讯的前提下,还要协商两个对称密钥的原因,是因为非对称加密相对复杂度更高,在数据传输过程中,使用对称加密,可以节省计算资源。另外,会话密钥是随机生成,每次协商都会有不一样的结果,所以安全性也比较高
    • 加密通讯:此时客户端服务器双方都有了本次通讯的会话密钥,之后传输的所有http数据,都通过会话密钥加密。这样网路上的其它用户,将很难窃取和篡改客户端和服务端之间传输的数据,从而保证了数据的私密性和完整性。
bash 复制代码
PKI(Public Key Infrastructure)公钥基础设施是提供公钥加密和数字签名服务的系统或平台,目的是为了管理密钥和证书。一个机构通过采用PKI 框架管理密钥和证书可以建立一个安全的网络环境
PKI 主要包括四个部分:X.509 格式的证书(X.509 V3)和证书废止列表CRL(X.509 V2);CA 操作协议;CA管理协议;CA政策制定
X.509通用的证书格式包含三个文件:key,csr,crt。
key是私钥文件
csr是证书签名请求文件,用于提交给证书颁发机构(CA)对证书签名
crt是由证书颁发机构(CA)签名后的证书,或者是开发者自签名的证书,包含证书持有人的信息,持有人的公钥,以及签署者的签名等信息

使用Apache+mod_ssl组件的加密认证网站

概念

  • mod_ssl组件:是apache的一个模块,以openssl的工具箱为基础专门为apache提供密码保护的一种组件模块

安装

bash 复制代码
[root@server ~]# yum  install  mod_ssl  -y

配置文件

  • 主配置文件:/etc/httpd/conf.d/ssl.conf
  • 证书文件:/etc/pki/tls/certs/xxxx.crt
  • 私钥文件:/etc/pki/tls/private/xxxx.key

SSL配置文件的主要参数

bash 复制代码
#打开主配置文件
[root@server ~]# vim /etc/httpd/conf.d/ssl.conf

#常用参数如下
Listen 443 https  #监听的端口号
SSLPassPhraseDialog exec:/usr/libexec/httpd-ssl-pass-dialog #存储证书的密码信息
SSLSessionCache   shmcb:/run/httpd/sslcache(512000) #ssl的缓存位置
SSLSessionCacheTimeout  300 #缓存的超时时间
<VirtualHost _default_:443> #定义虚拟主机的信息
	ErrorLog logs/ssl_error_log #错误日志
	TransferLog logs/ssl_access_log #传输日志
	LogLevel warn #日志等级
	SSLEngine on  #ssl引擎开启
	SSLHonorCipherOrder on #协商算法
	SSLCertificateFile  /etc/pki/tls/certs/localhost.crt  #证书存储路径
	SSLCertificateKeyFile  /etc/pki/tls/private/localhost.key #私钥文件路径
</VirtualHost>  # 虚拟主机结束定义

实验

1.搭建https+ssl的加密认证web服务器

  • 第一步:准备工作
bash 复制代码
[root@server ~]# setenforce  0     
      
[root@server ~]# systemctl stop  firewalld

[root@server ~]# yum  install  httpd  mod_ssl -y

[root@server ~]# systemctl start  httpd   # 启动httpd

[root@server ~]# systemctl enable  httpd  # 设置开机启动
  • 第二步:新建存储网站数据文件的目录
bash 复制代码
[root@server ~]# mkdir -vp /www/zy
mkdir: 已创建目录 '/www'
mkdir: 已创建目录 '/www/zy'

#使用mobaxterm上传网页
  • 第三步:在 /etc/pki/tls/private目录中生成私钥文件(创建验证证书真实性的私钥文件)
bash 复制代码
[root@server ~]# cd  /etc/pki/tls/private   # 进入私钥文件存储目录
[root@server private]# openssl  genrsa  -aes128  2048 > zy.key # 建立私钥文件,必须是.key文件
Enter PEM pass phrase:               # 密码123456
Verifying - Enter PEM pass phrase:   # 再输一遍密码123456
  • 第四步:在 /etc/pki/tls/certs目录中生成证书(创建证书)
bash 复制代码
[root@server private]# cd  /etc/pki/tls/certs
[root@server certs]# openssl  req  -utf8  -new  -key  /etc/pki/tls/private/zy.key  -x509  -days  365  -out  zy.crt
Enter pass phrase for /etc/pki/tls/private/zy.key:  # 输入私钥加密密码123456
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.
-----
# 注意:下列证书信息项目,在面试时常问
Country Name (2 letter code) [XX]:86                              # 国家代码
State or Province Name (full name) []:shanxi                      # 省份
Locality Name (eg, city) [Default City]:xi'an                     # 城市
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:openlab     # 公司
Organizational Unit Name (eg, section) []:RHCE                    # 部门
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:server   # 主机名
Email Address []:andy@qq.com                                      # 邮箱

# 输入内容时,若输入错误,使用ctrl+退格 进行删除


#面试题:数字证书的包含信息有:
#国家代码:86
#省份:shanxi
#城市:xi'an
#公司:openlab
#部门:RHCE
#主机名:server
#邮箱:andy@qq.com
  • 第五步:修改ssl配置文件
bash 复制代码
[root@server certs]# cd  ~
[root@server ~]# vim  /etc/httpd/conf.d/ssl.conf 
# 定位第一行,输入以内内容
<virtualhost  192.168.80.129:443>  #设置虚拟主机区域配置
        sslengine on   #开启ssl
        SSLCertificateFile /etc/pki/tls/certs/zy.crt #证书存储路径
        SSLCertificateKeyFile /etc/pki/tls/private/zy.key #私钥文件路径
        servername      192.168.80.129 #主机名或域名
        documentroot    /www/zy #启动目录
        
        <directory /www/zy>   #目录权限
        	allowoverride  none
        	require all     granted
		</directory>
</virtualhost>
  • 第六步:重启服务
bash 复制代码
[root@server ~]# systemctl restart httpd
🔐 Enter TLS private key passphrase for 192.168.80.129:443 (RSA) : (press TAB for no echo****** #需要输入私钥的密码123456   
  • 第七步:测试
bash 复制代码
# 在windows端打开浏览器,输入https://192.168.13.134,点击高级->接受风险并继续


2.组建含多子目录的网站

bash 复制代码
# 恢复快照
[root@server ~]# setenforce  0    
       
[root@server ~]# systemctl stop  firewalld

[root@server ~]# yum  install  httpd  mod_ssl -y

[root@server ~]# systemctl start  httpd   # 启动httpd

[root@server ~]# systemctl enable  httpd  # 设置开机启动
  • 第二步:新建网页目录并建立网页
bash 复制代码
[root@server ~]# mkdir -vp /www/file
mkdir: 已创建目录 '/www'
mkdir: 已创建目录 '/www/file'
[root@server ~]# mkdir -vp /www/ftp
mkdir: 已创建目录 '/www/ftp'
[root@server ~]# echo "file" > /www/file/index.html
[root@server ~]# echo "ftp" > /www/ftp/index.html
  • 第三步:建立Linux本地hosts域名映射
bash 复制代码
[root@server ~]# vim /etc/hosts  # 添加如下内容
192.168.80.129  www.openlab.com   #注:只能是主域名,不能是www.openlab.com/file等子目录网站

[root@server ~]# cat /etc/hosts
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
192.168.80.129   www.openlab.com
  • 第四步:建立http的file网站
bash 复制代码
[root@server ~]# vim  /etc/httpd/conf/httpd.conf 
<virtualhost  192.168.80.129>
        documentroot    /www/file
        alias  /file  /www/file   #给/www/file建立一个别名/file,当访问/file时,跳转到/www/file
        servername      'file'
        
        <directory  /www/file>
        	allowoverride  none
        	require  all  granted
		</directory>  
</virtualhost>
  • 第五步:建立https的ftp网站
bash 复制代码
# 设置私钥文件
[root@server ~]# openssl  genrsa  -aes128  2048 > /etc/pki/tls/private/ftp.key    # 设置私钥文件
Enter PEM pass phrase:     #设置私钥密码123456
Verifying - Enter PEM pass phrase:   #再次确认私钥密码123456

# 设置证书
[root@server ~]# openssl req -utf8 -new -key /etc/pki/tls/private/ftp.key -x509 -days 365 -out /etc/pki/tls/certs/ftp.crt   # 设置证书
Enter pass phrase for /etc/pki/tls/private/ftp.key:  # 输入私钥密码123456
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]:86
State or Province Name (full name) []:shanxi
Locality Name (eg, city) [Default City]:xi'an
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:openlab
Organizational Unit Name (eg, section) []:RHCE
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:server
Email Address []:andy@qq.com


#vim到/etc/httpd/conf/httpd.conf进行配置也可以,因为有include导入
[root@server ~]# vim  /etc/httpd/conf.d/ssl.conf 
# 定位第一行,输入以下内容:
<virtualhost 192.168.80.129:443>
        sslengine on
        SSLCertificateFile /etc/pki/tls/certs/ftp.crt
        SSLCertificateKeyFile /etc/pki/tls/private/ftp.key
        servername      'ftp'
        documentroot    /www/ftp
        alias  /ftp  /www/ftp        # 设置别名访问二级目录
        
        <directory  /www/ftp>
        	allowoverride  none
        	require all granted
		</directory>
</virtualhost>
  • 第六步:重启服务
bash 复制代码
[root@server ~]# systemctl  restart  httpd
🔐 Enter TLS private key passphrase for ftp:443 (RSA) : ******                # 输入私钥的密码123456
  • 第七步:测试
bash 复制代码
# 虚拟机中打开火狐浏览器,输入www.openlab.com/file
# 虚拟机中打开火狐浏览器,输入https://www.openlab.com/ftp,点击高级->接受风险并继续



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