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1 简介

不知不觉Https相关的文章已经写了6篇了，本文将是这个专题的最后一篇，起码近期是最后一篇。前面6篇讲的全都是单向的Https验证，本文将重点介绍一下双向验证。有兴趣的同学可以了解一下之前的文章：

（0）Https专题

（1）Springboot整合https原来这么简单

（2）HTTPS之密钥知识与密钥工具Keytool和Keystore-Explorer

（3）Springboot以Tomcat为容器实现http重定向到https的两种方式

（4） Springboot以Jetty为容器实现http重定向到https

（5）nginx开启ssl并把http重定向到https的两种方式

（6）Springboot-WebFlux实现http重定向到https

双向验证是比较难的，能掌握双向验证，单向验证就没什么问题了。

2 单向验证与双向验证

2.1 概念和作用

所谓单向验证（One Way SSL），就是只有一方验证另一方是否合法，通常是客户端验证服务端。比如我们打开www.pkslow.com 这个网站，服务端不会验证客户端，只要你来我就欢迎。但客户端不一样，浏览器会验证这个网站是不是安全的，一般是通过CA颁发的SSL证书来验证。

单向验证

而双向验证（Two Way SSL）则不同。不仅客户端需要验证服务端，服务端同样戒备心很重，也需要验证客户端是否是合法。

双向验证

大家是否会有疑问，这么麻烦的双向验证有什么用？我们平常用单向验证不就已经足够了吗？单向验证虽然安全，但不够安全，使用双向验证可以只让特定的客户端访问，安全性会高一点。

另一方面，如果服务端没有做账户权限控制，但又想只限制特定的客户端访问，双向验证就非常有用，我只验证我相信的客户端，其它一概拒绝！这样即使我的服务暴露在网上，也不怕别人访问。既保证了安全，又省去了做权限控制的麻烦。

2.2 验证合法性

验证合法性通常是通过Trust Store。要求要把对方的cert装在自己的Trust Store里。

这就衍生出了一个之前没有讲过的概念：Trust Store。密钥文件可以存放私钥和公钥，具体一点来说是可以存放自己的私钥、自己的公钥和别人的公钥（也可以存放别人的私钥，但这不合理，私钥必须私有）。一般地我们把自己的（私钥和公钥）存放在Key Store里，而把别人的公钥存放在Trust Store里。

Trust-Store

以Java程序为例，我们建立SSLContext时，需要生成KeyManager和TrustManager，对应的参数为javax.net.ssl.keyStore和javax.net.ssl.trustStore。而它们的作用正好体现了不同Store的作用：

  • TrustManager：决定对方来的cert是不是可信的；

  • KeyManager：决定自己发什么cert给对方。

如果我们不指定TrustStore，默认是$JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts文件。我们可以通过命令查看这个文件都有什么certs：

keytool -list -keystore cacerts

2.3 单向验证的流程

单向验证的流程如下图所示：

单向验证的流程

建立连接的过程：

  1. 客户端向服务端发送SSL协议版本号、加密算法种类、随机数等信息；

  2. 服务端给客户端返回SSL协议版本号、加密算法种类、随机数等信息，同时也返回服务器端的证书，即公钥证书；

  3. 客户端使用服务端返回的信息验证服务器端的合法性，包括：

    （1）证书是否过期
    （2）颁发服务器证书的CA是否可靠
    （3）返回的公钥是否能正确解开返回证书中的数字签名
    （4）服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配
    验证通过后，将继续进行通信，否则，终止通信；

  4. 客户端向服务端发送自己所能支持的对称加密方案，供服务器端进行选择；

  5. 服务器端在客户端提供的加密方案中选择加密程度最高的加密方式；

  6. 服务器将选择好的加密方案通过明文方式返回给客户端；

  7. 客户端接收到服务端返回的加密方式后，使用该加密方式生成产生随机码，用作通信过程中对称加密的密钥，使用服务端返回的公钥进行加密，将加密后的随机码发送至服务器；

  8. 服务器收到客户端返回的加密信息后，使用自己的私钥进行解密，获取对称加密密钥。在接下来的会话中，服务器和客户端将会使用该密码进行对称加密，保证通信过程中信息的安全。

2.4 双向验证的流程

双向验证的流程如下图所示：

双向验证的流程

建立连接的过程：

  1. 客户端向服务端发送SSL协议版本号、加密算法种类、随机数等信息；

  2. 服务端给客户端返回SSL协议版本号、加密算法种类、随机数等信息，同时也返回服务器端的证书，即公钥证书；

  3. 客户端使用服务端返回的信息验证服务器端的合法性，包括：

    （1）证书是否过期
    （2）颁发服务器证书的CA是否可靠
    （3）返回的公钥是否能正确解开返回证书中的数字签名
    （4）服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配
    验证通过后，将继续进行通信，否则，终止通信；

  4. 服务端要求客户端发送客户端的证书，客户端会将自己的证书发送至服务端；

  5. 验证客户端的证书，通过验证后，会获得客户端的公钥；

  6. 客户端向服务端发送自己所能支持的对称加密方案，供服务器端进行选择；

  7. 服务器端在客户端提供的加密方案中选择加密程度最高的加密方式；

  8. 将加密方案通过使用之前获取到的公钥进行加密，返回给客户端；

  9. 客户端收到服务端返回的加密方案密文后，使用自己的私钥进行解密，获取具体加密方式，而后，产生该加密方式的随机码，用作加密过程中的密钥，使用之前从服务端证书中获取到的公钥进行加密后，发送给服务端；

  10. 服务端收到客户端发送的消息后，使用自己的私钥进行解密，获取对称加密的密钥，在接下来的会话中，服务器和客户端将会使用该密码进行对称加密，保证通信过程中信息的安全。

3 Springboot整合双向验证

理论知识讲完了，就来实战一下，Springboot是怎么整合双向验证的。

3.1 生成密钥文件

既然是双向验证，就需要双方的密钥，我们服务端称为localhost，而客户端称为client。需要生成双方的密钥文件，并把对方的cert导入自己的密钥文件里。整个过程如下：

注意：密码统一为changeit。

# 生成服务端密钥文件localhost.jks
keytool -genkey -alias localhost -keyalg RSA -keysize 2048 -sigalg SHA256withRSA -keystore localhost.jks -dname CN=localhost,OU=Test,O=pkslow,L=Guangzhou,C=CN -validity 731 -storepass changeit -keypass changeit

# 导出服务端的cert文件
keytool -export -alias localhost -file localhost.cer -keystore localhost.jks

# 生成客户端的密钥文件client.jks
keytool -genkey -alias client -keyalg RSA -keysize 2048 -sigalg SHA256withRSA -keystore client.jks -dname CN=client,OU=Test,O=pkslow,L=Guangzhou,C=CN -validity 731 -storepass changeit -keypass changeit

# 导出客户端的cert文件
keytool -export -alias client -file client.cer -keystore client.jks

# 把客户端的cert导入到服务端
keytool -import -alias client -file client.cer -keystore localhost.jks

# 把服务端的cert导入到客户端
keytool -import -alias localhost -file localhost.cer -keystore client.jks

# 检验服务端是否具有自己的private key和客户端的cert
keytool -list -keystore localhost.jks

成功执行完上述步骤后，会生成4个文件：

  • 服务端密钥文件： localhost.jks

  • 服务端cert文件：localhost.cer

  • 客户端密钥文件：client.jks

  • 客户端cert文件：client.cer

实际上cert文件可以不要了，因为已经导入对方的Trust Store里面去了。也就是在文件localhost.jks里，包含了服务端的私钥、公钥还有客户端的公钥。client.jks同理。

3.2 配置Spirngboot

Springboot的配置文件如下：

server.port=443

server.ssl.enabled=true
server.ssl.key-store-type=JKS
server.ssl.key-store=classpath:localhost.jks
server.ssl.key-store-password=changeit
server.ssl.key-alias=localhost

server.ssl.trust-store=classpath:localhost.jks
server.ssl.trust-store-password=changeit
server.ssl.trust-store-provider=SUN
server.ssl.trust-store-type=JKS
server.ssl.client-auth=need

需要分别配置Key Store和Trust Store的文件、密码等信息，即使是同一个文件。

需要注意的是，server.ssl.client-auth有三个可配置的值：none、want和need。双向验证应该配置为need；none表示不验证客户端；want表示会验证，但不强制验证，即验证失败也可以成功建立连接。

3.3 用Postman测试双向验证

完成密钥文件准备和配置后，启动Springboot便可以了。这里用Postman访问如下：

Postman Failed

无法建立https连接，无法访问。原因就是Postman作为客户端并没有合法的cert。

为了建立连接，应该要把客户端的密钥文件给Postman使用。因为JKS是Java的密钥文件格式，我们转换成通用的PKCS12格式如下：

# 转换JKS格式为P12
keytool -importkeystore -srckeystore client.jks -destkeystore client.p12 -srcstoretype JKS -deststoretype PKCS12 -srcstorepass changeit -deststorepass changeit -srckeypass changeit -destkeypass changeit -srcalias client -destalias client -noprompt

把客户端密钥文件配置到Postman如下图所示：

Postman Config PFX

再重新访问，成功了！

Postman Success

或者我们可以把密钥文件拆成private key和cert，命令如下：

# 导出客户端的cert文件
openssl pkcs12 -nokeys -in client.p12 -out client.pem

# 导出客户端的key文件
openssl pkcs12 -nocerts -nodes -in client.p12 -out client.key

把客户端的密钥文件配置到Postman上，如图所示：

Postman Config key

结果一样是可以成功访问：

Postman Success

3.4 用curl命令测试

没有安装Postman怎么办呢？还好，用强大的curl命令也是可以测试的。命令如下：

curl -k --cert client.pem --key client.key https://localhost/hello
# 下面命令可以查看建立SSL连接详情
curl -v -k --cert client.pem --key client.key https://localhost/hello

如果觉得指定两个文件太麻烦，可以只生成一个文件，命令如下：

openssl pkcs12 -nodes -in client.p12 -out client_all.pem

则连接命令变成了：

# 需要指定密码
curl -k --cert client_all.pem:changeit https://localhost/hello

4 总结

这篇文章讲解了单向验证和双向验证的区别及流程，并用实例展示如何实现双向验证，相信跟着做一遍，基本都能理解了。

参考资料：

Trust Store vs Key Store - creating with keytool

Keystore vs. Truststore

An Overview of One-Way SSL and Two-Way SSL

验证流程部分来自：Https单向认证和双向认证

Code for all: GitHub

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