2.5.4 升级数字证书

SSL 层中的证书验证也是一个比较耗时的环节:服务器需要把自己的证书链全发给客户端,客户端接收后再逐一验证。证书环节我们关注两个方面优化:证书校验证书中非对称算法升级

1. 证书校验优化

在验证证书时,客户端需要检查证书状态是否被撤销或过期,通常会访问 CA 下载 CRL(证书撤销列表)或查询 OCSP(在线证书状态协议)。这些操作涉及 DNS 查询、建立连接和收发数据,增加了多个 RTT。

改进方法是启用服务端的 OCSP Stapling 功能。OCSP Stapling 将原本由客户端发起的 OCSP 查询转移到服务端进行。服务端预先从 CA 获取 OCSP 响应,并在握手时将其与证书一并发送给客户端,从而免除了客户端连接 CA 服务器的步骤。

2. 配置 ECC 证书

在 TLS 协议中,应用数据都是经过对称加密后传输的,传输中所使用的对称密钥,则是在握手阶段通过非对称密钥交换而来。常见的 AES-GCM、ChaCha20-Poly1305 都是对称加密算法。

目前最常用的密钥交换算法有 RSA 和 ECDHE(椭圆曲线 Diffie-Hellman 密钥交换)。RSA 历史悠久,兼容性好,但不支持 PFS (Perfect Forward Secrecy,完美前向保密。保证即使私钥泄露,也无法破解泄露之前通信内容)。而 ECDHE 是使用了 ECC(椭圆曲线)的 DH(Diffie-Hellman)算法,计算速度快,支持 PFS。

内置 ECDSA 公钥的证书一般被称之为 ECC 证书,内置 RSA 公钥的证书就是 RSA 证书。

RSA 证书可以用于 RSA 密钥交换(RSA 非对称加密)或 ECDHE 密钥交换(RSA 非对称签名);而 ECC 证书只能用于 ECDHE 密钥交换(ECDSA 非对称签名)。

ECC 证书最大的缺点就是兼容性问题,古代的 Windows XP 和 Android2.3 不支持 ECDHE 密钥交换。

好消息是,Nginx 1.11.0 开始提供了对 RSA/ECC 双证书的支持。它的实现原理是:分析在 TLS 握手中双方协商得到的 Cipher Suite,如果支持 ECDSA 就返回 ECC 证书,否则返回 RSA 证书。

使用适当的椭圆曲线生成 ecc 密钥。例如,secp256r1(即 P-256)和 secp384r1(即 P-384)是常用的椭圆曲线。使用更高安全级别的曲线(如 secp384r1)可以提供更强的加密强度,但会增加计算负担。

# 生成 ECC 私钥
$ openssl ecparam -name secp256r1 -genkey -noout -out ecc_private_key.pem

基于私钥 生成 CSR 证书请求文件。

# 生成 CSR(证书签名请求)
openssl req -new -key ecc_private_key.pem -out ecc_csr.pem

将 CSR 提交给证书颁发机构,获取一个签发的证书。

在 Nginx 里可以用 ssl_ciphers、ssl_ecdh_curve 等指令配置服务器使用的密码套件和协议,把优先使用的放在前面,配置示例:

server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;
    # 选择支持的加密算法
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    # 启用服务器端选择加密套件的优先级
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    ssl_ecdh_curve              X25519:P-256:P-384:P-521;

    # 配置证书和密钥
    ssl_certificate /etc/nginx/ssl/example.com.pem; # ECC 证书
    ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/example.com.key; # ECC 密钥


    # 配置密码套件
    ssl_ciphers 'ECDHE+CHACHA20:ECDHE+CHACHA20-draft:ECDSA+AES128:ECDHE+AES128:RSA+AES128:RSA+3DES';
}

启用服务器端优先选择加密套件的机制。默认情况下,客户端可以选择加密套件。如果启用该选项,服务器将优先选择其支持的最安全的加密套件,而不是接受客户端的选择。

配置完成之后,使用 https://myssl.com/ 服务测试证书配置,如图 2-20 所示。


图 2-20 使用 myssl.com 测试证书

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Contributors: isno