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SSL证书：一个常见的面试问题及如何作答

jeck猫
2025-01-17 10:29:13浏览 24

SSL安全套接层证书在确保互联网上数据传输的安全性至关重要。通过加密用户浏览器（客户端）和网站服务器之间交换的信息，SSL证书可以防止未经授权的访问并保护数据的完整性。本文将解释SSL证书的工作原理，使那些对技术了解不多的人也能理解这个概念。

第一节：互联网通信基础知识

在任何互联网交互中，有两个主要参与者：客户端（例如，您的浏览器）和服务器（网站所在的服务器）。这两者需要一个安全的方式来通信，以防止敏感信息被第三方截获。

加密的重要性： 加密是指将信息转化为只有授权的个人或实体才能读取的形式。它在数据传输过程中对于保护数据的完整性和保密性至关重要。

第二部分：了解加密

对称加密： 这种方法使用同一个密钥来加密和解密数据。对称加密简单明了，速度快且效率高，但同时也带来一个明显的问题：密钥分发的难题。若第三方在交换过程中截获了密钥，就能解密数据，从而造成潜在的数据泄露。

对称加密的一些限制

最大的挑战是密钥交换过程。如果第三方在交换过程中窃取密钥（也称为中间人攻击），他们可以破解密钥，从而破坏安全。

非对称加密: 为了解决对称加密的局限，非对称加密使用一对密钥——公钥和私钥。公钥可以公开给所有人，但只能用来加密数据。私钥由拥有者保密，用于解密数据。这种方法有效地解决了密钥分发的问题，但是其计算负担较重。

现实世界的类比：可以把它比作一个信箱，任何人都可以投递信件（比如公开的钥匙），但只有信箱的主人能够打开它（比如私人的钥匙）。

一种密钥交换的方式

当客户端与服务器建立连接时，它会用服务器的公钥来加密数据。这些数据只能用服务器的私钥解密。

当使用非对称加密时，中间人拦截攻击是怎么运作的
  1. 拦截：攻击者将自己放置在客户端（例如，用户的浏览器）和服务器（例如，网站）之间。这种位置至关重要，因为它允许攻击者拦截这两方之间的所有通信。
  2. 公钥欺骗：当服务器向客户端发送其公钥以建立安全连接时，攻击者拦截此公钥并向客户端发送一个伪造的公钥。客户端在不知情的情况下接收并使用此伪造的公钥，认为它是真实的公钥。
  3. 数据篡改：客户端然后使用攻击者提供的假公钥对数据进行加密，并将其发送回网络。由于数据是使用攻击者的公钥加密的，所以攻击者可以使用其相应的私钥对其进行解密。
  4. 重新加密和转发：在解密截获的数据后，攻击者可以阅读并修改信息。然后，攻击者使用服务器的真实公钥重新加密数据，并将其发送给服务器。服务器在不知情的情况下解密数据并用其私钥进行处理。
  5. 响应拦截：同样，从服务器发送到客户端的任何数据都可以被攻击者拦截、解密、篡改并重新加密，然后再发给客户端。

这种攻击为什么能成功？
  • 身份验证缺失：关键问题是缺少对公钥的身份验证。客户端没有内建的方法来确认收到的公钥是否真的属于合法服务器，除非有可信的第三方机制或机构支持（例如由受信任的证书颁发机构（CA）颁发的数字证书）。
  • 信任假设：客户端和服务器通常假定公钥交换未被篡改，这种假设在不安全的网络中是不安全的。
缓解办法
第三部分：SSL证书是如何利用非对称加密的

密钥交换方式

SSL证书（加密协议）采用了一种混合加密系统，结合了对称加密和不对称加密的最佳特性。原理如下：

  1. 非对称加密开始：当一个客户端第一次连接到一个使用SSL/TLS的安全服务器时，服务器会出示其SSL证书，其中包括服务器的公钥。
  2. 会话密钥生成：客户端接着生成一个随机的会话密钥用于当前的会话。这个会话密钥将用于对称加密，这种方式比非对称加密更高效，更适合于持续的数据传输。
  3. 加密会话密钥：客户端使用服务器的公钥（从SSL证书中的公钥）加密这个会话密钥，并将其发送回服务器。
  4. 解密会话密钥：只有服务器拥有私钥才能解密客户端发送的会话密钥。
  5. 对称加密开始：自此之后，客户端和服务器将使用会话密钥进行对称加密，从而确保快速且安全的通信。

防止MITM攻击

SSL证书在防止中间人攻击（MITM）中起着关键作用：

  • 认证：SSL 证书向客户端提供了服务器身份的证明。通过验证证书，客户端可以确认用于加密会话密钥的公钥确实属于真实的服务器，而不是冒充服务器的攻击者。
  • 建立安全连接：一旦会话密钥安全交换并对称加密已建立，加密通道可以防止第三方窃听和篡改。
第四部分：SSL证书的角色
申请SSL证书

从证书颁发机构（CA）那里获取SSL证书涉及几个步骤。

  1. 生成密钥对：服务器生成一对私钥和公钥。
  2. 证书签名请求（CSR）：服务器创建一个CSR，其中包括服务器的公钥和身份信息（如域名、公司名称等）。
  3. CA 验证过程：CA 验证服务器的身份，这取决于SSL证书的具体类型，验证过程的严谨程度会有所不同。验证通过后，CA 会创建一个包含服务器公钥并用CA私钥签名的SSL证书。
  4. 颁发和安装：然后，签名后的SSL证书会被发送回服务器并安装。
数字签名和信任

数字签名能确保SSL证书的完整性和真实性。

  • 信任链： CA 对 SSL 证书的签名建立了一条信任链。如果客户端的 web 浏览器或操作系统中已经预装了 CA 的根证书，客户端就会信任这个 SSL 证书。
第五部分：SSL证书验证
证书验证

在连接建立之后，客户端会进行几项检查：

  1. 证书有效性：客户端验证SSL证书是否仍然有效。
  2. CA签名：客户端使用CA的公钥（从其信任存储中的受信任根CA证书中获得）来验证SSL证书上的签名。
  3. 域名匹配：客户端检查证书上的域名是否与正在连接的域名一致。
确保完整和真实

如果所有检查都顺利通过，客户端可以放心地用服务器的公钥加密数据，知道只有服务器安全保管的私钥才能解密这些数据。

Medium.com 的 SSL 证书示例：

世界各地有很多证书颁发机构（CA），每个机构都有权颁发数字证书，以帮助保障互联网通信安全。这些CA在大小、服务和地域重点方面差异很大。这里简要介绍一些知名的CA。

世界上有许多证书颁发机构（CA），每个机构都有权颁发帮助确保互联网通信安全的数字证书。这些机构在规模、服务范围和地区重点方面差异很大。下面简单介绍一下一些知名的证书颁发机构：

1. DigiCert（数字认证）
  • 作为最著名的CA之一，以其高安全等级证书和多种SSL证书选择而闻名。DigiCert收购了Symantec的安全业务，进一步扩展了其产品线。
二. Let’s Encrypt
  • 互联网安全研究小组（ISRG）提供的一款免费、自动化且开放的证书颁发机构。它以简单易用且自动化的流程著称，这促进了HTTPS的广泛采用，让SSL证书更容易获取。
3. Comodo CA （现已成为 Sectigo）
  • 这家 CA 提供多种安全解决方案，包括 SSL 证书在内，提供全面的网站安全服务。它也是 SSL 证书最大的提供商之一等等。

4. 全球签

  • GlobalSign 是一家知名的证书颁发机构（CA），提供数字身份和安全解决方案。他们提供各种 SSL 证书，包括适合从小型企业到大型企业的可扩展解决方案。
5. GoDaddy [一家提供域名注册和托管服务的公司]
  • GoDaddy 不仅提供网站托管和域名注册服务，还提供SSL证书，对于已经使用其服务的企业来说非常方便之选。
6. 介绍云flare (Introduction to Cloudflare)
  • 云flare提供了一个名为Universal SSL的服务，该服务可自动为使用其服务的网站开启SSL安全性。此功能为所有Cloudflare客户免费提供SSL证书，从而有效地为数百万个网站开启了HTTPS。
  • 对于Universal SSL服务，云flare并不直接颁发这些证书，而是通过与这些CA机构的合作来实现证书的颁发。这些CA机构包括Digicert和Comodo等知名机构。这意味着Cloudflare通过其合作伙伴关系来促成证书的颁发。

为开发中的网站（本地服务器）创建SSL证书的方法:
创建SSL证书的步骤如下：

  • 本地主机可以考虑直接翻译为“本地服务器”或“本机”，此处选择“本地服务器”更符合中文使用者的习惯。
  • 保留“SSL证书”这一技术术语。

为本地主机上的网站创建SSL证书是在进行开发和测试时的一个常见需求。这能让开发者确保证书下的应用程序在HTTPS上正常运行，就像在生产环境中一样。下面是一份一步一步的指南，关于如何为localhost创建和使用SSL证书的指导。

1. 使用一個開發用的 CA 像 mkcert

mkcert 是一个简单的工具，可以轻松为你的本地开发环境创建有效的本地开发环境 SSL 证书，这意味着你将不再看到浏览器的安全警告。下面是如何使用它的方法：

第一步：安装一下 mkcert

  • 按照其 GitHub 页面上的说明，您可以安装 mkcert。它支持 macOS、Linux 和 Windows。
  • 如果没有 certutil 工具，您可能需要安装，比如在 macOS 上可以使用 brew install nss。

第二步：搭建本地证书颁发机构

  • 请运行 mkcert -install。这个命令会安装 mkcert 并在系统的信任存储中安装一个本地 CA（证书颁发机构），你的浏览器和操作系统会信任该 CA。

第3步：生成数字证书

  • 导航到你想要存放证书的文件夹。
  • 运行 mkcert localhost 或任何你需要的其他域名，比如 mkcert example.local 127.0.0.1 ::1。这将生成证书和密钥文件。

第4步：配置你的Web服务器

  • 使用生成的文件来配置你服务器的 SSL 配置。例如，你可以这样配置你的 HTTPS 服务器：
const https = require('https');
const fs = require('fs');

const options = {
  key: fs.readFileSync('/path/to/key.pem'),
  cert: fs.readFileSync('/path/to/cert.pem')
};

const server = https.createServer(options, (req, res) => {
  res.writeHead(200);
  res.end('你好，世界\n');
});

server.listen(443);
const https = require('https');  // 引入HTTPS模块
const fs = require('fs');        // 引入文件系统模块
// 创建一个HTTPS服务器，监听8000端口并返回"hello world"
const options = {  
  key: fs.readFileSync('path/to/key.pem'),  
  cert: fs.readFileSync('path/to/cert.pem')  
};https.createServer(options, (req, res) => {  
  res.writeHead(200);  
  res.end("hello world\n");  
}).listen(8000);
2. 自签名的证书

你可以手动用 OpenSSL 创建自签名 SSL 证书，大多数基于 Unix 的系统（包括 macOS 和 Linux）和 Windows 上都可用，OpenSSL 是一个强大的工具。

步骤 1：生成你的私钥

使用openssl生成一个2048位的RSA密钥并保存为localhost.key文件。

步骤2：生成CSR（证书签名请求文件）。

  • 使用私钥创建 CSR。系统会要求你输入域名和联系信息。

执行以下 OpenSSL 命令来生成一个新的证书签名请求:openssl req -new -key localhost.key -out localhost.csr.

步骤3：创建SSL证书

  • 创建一个有效期为指定天数的SSL证书。
openssl x509 -req -days 365 -in localhost.csr -signkey localhost.key -out localhost.crt

此命令使用 openssl 工具生成自签名证书。具体来说，该命令会从 localhost.csr 请求文件中生成一个有效期为 365 天的证书，并将其签名为 localhost.key，最后输出为 localhost.crt 文件。在实际操作中，这通常用于测试环境中的 HTTPS 服务器设置。

第4步：配置网站服务器

  • 类似 mkcert 的方式，让你的 web 服务器使用 localhost.crt 和 localhost.key 这两个文件。
考虑因素
  • 浏览器安全：浏览器通常会信任mkcert生成的证书而不会有任何警告，因为它会将其CA证书安装到系统的信任存储中。对于自签名证书，浏览器会显示安全警告，除非你手动添加例外或信任该证书。
  • 安全性：这些证书仅适用于开发环境。生产环境应始终使用由受信任的认证机构颁发的证书，而不是自签名证书。
最后的总结

SSL证书在保护在线通信安全方面非常重要。通过加密数据并验证通信双方的身份信息，SSL证书可以防止窃听和数据篡改，增强数字互动中的信任感和安全性。

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