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# 29 | 我应该迁移到HTTPS吗?
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今天是“安全篇”的最后一讲,我们已经学完了HTTPS、TLS相关的大部分知识。不过,或许你心里还会有一些困惑:
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“HTTPS这么复杂,我是否应该迁移到HTTPS呢?它能带来哪些好处呢?具体又应该怎么实施迁移呢?”
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这些问题不单是你,也是其他很多人,还有当初的我的真实想法,所以今天我就来跟你聊聊这方面的事情。
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## 迁移的必要性
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如果你做移动应用开发的话,那么就一定知道,Apple、Android、某信等开发平台在2017年就相继发出通知,要求所有的应用必须使用HTTPS连接,禁止不安全的HTTP。
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在台式机上,主流的浏览器Chrome、Firefox等也早就开始“强推”HTTPS,把HTTP站点打上“不安全”的标签,给用户以“心理压力”。
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Google等搜索巨头还利用自身的“话语权”优势,降低HTTP站点的排名,而给HTTPS更大的权重,力图让网民只访问到HTTPS网站。
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这些手段都逐渐“挤压”了纯明文HTTP的生存空间,“迁移到HTTPS”已经不是“要不要做”的问题,而是“要怎么做”的问题了。HTTPS的大潮无法阻挡,如果还是死守着HTTP,那么无疑会被冲刷到互联网的角落里。
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目前国内外的许多知名大站都已经实现了“全站HTTPS”,打开常用的某宝、某东、某浪,都可以在浏览器的地址栏里看到“小锁头”,如果你正在维护的网站还没有实施HTTPS,那可要抓点紧了。
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## 迁移的顾虑
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据我观察,阻碍HTTPS实施的因素还有一些这样那样的顾虑,我总结出了三个比较流行的观点:“慢、贵、难”。
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所谓“慢”,是指惯性思维,拿以前的数据来评估HTTPS的性能,认为HTTPS会增加服务器的成本,增加客户端的时延,影响用户体验。
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其实现在服务器和客户端的运算能力都已经有了很大的提升,性能方面完全没有担心的必要,而且还可以应用很多的优化解决方案(参见[第28讲](https://time.geekbang.org/column/article/111287))。根据Google等公司的评估,在经过适当优化之后,HTTPS的额外CPU成本小于1%,额外的网络成本小于2%,可以说是与无加密的HTTP相差无几。
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所谓“贵”,主要是指证书申请和维护的成本太高,网站难以承担。
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这也属于惯性思维,在早几年的确是个问题,向CA申请证书的过程不仅麻烦,而且价格昂贵,每年要交几千甚至几万元。
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但现在就不一样了,为了推广HTTPS,很多云服务厂商都提供了一键申请、价格低廉的证书,而且还出现了专门颁发免费证书的CA,其中最著名的就是“**Let’s Encrypt**”。
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所谓的“难”,是指HTTPS涉及的知识点太多、太复杂,有一定的技术门槛,不能很快上手。
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这第三个顾虑比较现实,HTTPS背后关联到了密码学、TLS、PKI等许多领域,不是短短几周、几个月就能够精通的。但实施HTTPS也并不需要把这些完全掌握,只要抓住少数几个要点就好,下面我就来帮你逐个解决一些关键的“难点”。
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## 申请证书
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要把网站从HTTP切换到HTTPS,首先要做的就是为网站申请一张证书。
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大型网站出于信誉、公司形象的考虑,通常会选择向传统的CA申请证书,例如DigiCert、GlobalSign,而中小型网站完全可以选择使用“Let’s Encrypt”这样的免费证书,效果也完全不输于那些收费的证书。
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“**Let’s Encrypt**”一直在推动证书的自动化部署,为此还实现了专门的ACME协议(RFC8555)。有很多的客户端软件可以完成申请、验证、下载、更新的“一条龙”操作,比如Certbot、acme.sh等等,都可以在“Let’s Encrypt”网站上找到,用法很简单,相关的文档也很详细,几分钟就能完成申请,所以我在这里就不细说了。
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不过我必须提醒你几个注意事项。
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第一,申请证书时应当同时申请RSA和ECDSA两种证书,在Nginx里配置成双证书验证,这样服务器可以自动选择快速的椭圆曲线证书,同时也兼容只支持RSA的客户端。
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第二,如果申请RSA证书,私钥至少要2048位,摘要算法应该选用SHA-2,例如SHA256、SHA384等。
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第三,出于安全的考虑,“Let’s Encrypt”证书的有效期很短,只有90天,时间一到就会过期失效,所以必须要定期更新。你可以在crontab里加个每周或每月任务,发送更新请求,不过很多ACME客户端会自动添加这样的定期任务,完全不用你操心。
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## 配置HTTPS
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搞定了证书,接下来就是配置Web服务器,在443端口上开启HTTPS服务了。
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这在Nginx上非常简单,只要在“listen”指令后面加上参数“ssl”,再配上刚才的证书文件就可以实现最基本的HTTPS。
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```
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listen 443 ssl;
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ssl_certificate xxx_rsa.crt; #rsa2048 cert
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ssl_certificate_key xxx_rsa.key; #rsa2048 private key
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ssl_certificate xxx_ecc.crt; #ecdsa cert
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ssl_certificate_key xxx_ecc.key; #ecdsa private ke
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```
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为了提高HTTPS的安全系数和性能,你还可以强制Nginx只支持TLS1.2以上的协议,打开“Session Ticket”会话复用:
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```
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ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
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ssl_session_timeout 5m;
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ssl_session_tickets on;
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ssl_session_ticket_key ticket.key;
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```
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密码套件的选择方面,我给你的建议是以服务器的套件优先。这样可以避免恶意客户端故意选择较弱的套件、降低安全等级,然后密码套件向TLS1.3“看齐”,只使用ECDHE、AES和ChaCha20,支持“False Start”。
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```
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ssl_prefer_server_ciphers on;
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ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE+AES128:!MD5:!SHA1;
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```
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如果你的服务器上使用了OpenSSL的分支BorringSSL,那么还可以使用一个特殊的“等价密码组”(Equal preference cipher groups)特性,它可以让服务器配置一组“等价”的密码套件,在这些套件里允许客户端优先选择,比如这么配置:
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```
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ssl_ciphers
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[ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256|ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305];
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```
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如果客户端硬件没有AES优化,服务器就会顺着客户端的意思,优先选择与AES“等价”的ChaCha20算法,让客户端能够快一点。
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全部配置完成后,你可以访问“[SSLLabs](https://www.ssllabs.com/)”网站,测试网站的安全程度,它会模拟多种客户端发起测试,打出一个综合的评分。
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下图就是GitHub网站的评分结果:
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![](https://static001.geekbang.org/resource/image/a6/1b/a662d410dfdaa8ab44b36cbb68ab8d1b.png)
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## 服务器名称指示
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配置HTTPS服务时还有一个“虚拟主机”的问题需要解决。
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在HTTP协议里,多个域名可以同时在一个IP地址上运行,这就是“虚拟主机”,Web服务器会使用请求头里的Host字段(参见[第9讲](https://time.geekbang.org/column/article/100513))来选择。
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但在HTTPS里,因为请求头只有在TLS握手之后才能发送,在握手时就必须选择“虚拟主机”对应的证书,TLS无法得知域名的信息,就只能用IP地址来区分。所以,最早的时候每个HTTPS域名必须使用独立的IP地址,非常不方便。
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那么怎么解决这个问题呢?
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这还是得用到TLS的“扩展”,给协议加个**SNI**(Server Name Indication)的“补充条款”。它的作用和Host字段差不多,客户端会在“Client Hello”时带上域名信息,这样服务器就可以根据名字而不是IP地址来选择证书。
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Extension: server_name (len=19)
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Server Name Indication extension
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Server Name Type: host_name (0)
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Server Name: www.chrono.com
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Nginx很早就基于SNI特性支持了HTTPS的虚拟主机,但在OpenResty里可还以编写Lua脚本,利用Redis、MySQL等数据库更灵活快速地加载证书。
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## 重定向跳转
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现在有了HTTPS服务,但原来的HTTP站点也不能马上弃用,还是会有很多网民习惯在地址栏里直接敲域名(或者是旧的书签、超链接),默认使用HTTP协议访问。
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所以,我们就需要用到第18讲里的“重定向跳转”技术了,把不安全的HTTP网址用301或302“重定向”到新的HTTPS网站,这在Nginx里也很容易做到,使用“return”或“rewrite”都可以。
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return 301 https://$host$request_uri; #永久重定向
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rewrite ^ https://$host$request_uri permanent; #永久重定向
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但这种方式有两个问题。一个是重定向增加了网络成本,多出了一次请求;另一个是存在安全隐患,重定向的响应可能会被“中间人”窜改,实现“会话劫持”,跳转到恶意网站。
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不过有一种叫“**HSTS**”(HTTP严格传输安全,HTTP Strict Transport Security)的技术可以消除这种安全隐患。HTTPS服务器需要在发出的响应头里添加一个“**Strict-Transport-Security**”的字段,再设定一个有效期,例如:
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Strict-Transport-Security: max-age=15768000; includeSubDomains
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这相当于告诉浏览器:我这个网站必须严格使用HTTPS协议,在半年之内(182.5天)都不允许用HTTP,你以后就自己做转换吧,不要再来麻烦我了。
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有了“HSTS”的指示,以后浏览器再访问同样的域名的时候就会自动把URI里的“http”改成“https”,直接访问安全的HTTPS网站。这样“中间人”就失去了攻击的机会,而且对于客户端来说也免去了一次跳转,加快了连接速度。
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比如,如果在实验环境的配置文件里用“add\_header”指令添加“HSTS”字段:
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add_header Strict-Transport-Security max-age=15768000; #182.5days
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那么Chrome浏览器只会在第一次连接时使用HTTP协议,之后就会都走HTTPS协议。
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## 小结
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今天我介绍了一些HTTPS迁移的技术要点,掌握了它们你就可以搭建出一个完整的HTTPS站点了。
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但想要实现大型网站的“全站HTTPS”还是需要有很多的细枝末节的工作要做,比如使用CSP(Content Security Policy)的各种指令和标签来配置安全策略,使用反向代理来集中“卸载”SSL。
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简单小结一下今天的内容:
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1. 从HTTP迁移到HTTPS是“大势所趋”,能做就应该尽早做;
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2. 升级HTTPS首先要申请数字证书,可以选择免费好用的“Let’s Encrypt”;
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3. 配置HTTPS时需要注意选择恰当的TLS版本和密码套件,强化安全;
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4. 原有的HTTP站点可以保留作为过渡,使用301重定向到HTTPS。
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## 课下作业
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1. 结合你的实际工作,分析一下迁移HTTPS的难点有哪些,应该如何克服?
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2. 参考上一讲,你觉得配置HTTPS时还应该加上哪些部分?
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欢迎你把自己的学习体会写在留言区,与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获,也欢迎把文章分享给你的朋友。
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