聊一聊HTTPS双向认证的简单应用

在三方接口对接中，偶尔会遇到需要传递证书的情况，这种方式其实是在SSL握手过程中会同时验证客户端和服务器的身份，这就是我们常说的 双向认证。

双向认证需要服务器和客户端提供身份认证，只能是服务器允许的客户方能访问，安全性相对于要高一些。

下面老黄用几个小例子来演示一下双向认证的简单应用。

由于离不开证书，所以我们需要提前生成好几个证书，这里用 OpenSSL 来生成一个自签名的。

2 个根证书，1 个服务端证书，2个不是同一个根证书下面的客户端证书

# 根证书
openssl genrsa -out ca.key 4096
openssl req -new -key ca.key -out ca.csr -days 365
openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt -days 365

# 服务端证书
openssl genrsa -out server.key 4096
openssl req -new -key server.key -out server.csr -days 365
openssl x509 -req -in server.csr -out server.crt -CA ca.crt  -CAkey ca.key  -CAcreateserial -days 365
openssl pkcs12 -export -in server.crt -inkey server.key -out server.p12

# 客户端证书
openssl genrsa -out client.key 4096
openssl req -new -key client.key -out client.csr -days 365
openssl x509 -req -in client.csr -out client.crt -CA ca.crt  -CAkey ca.key  -CAcreateserial -days 365
openssl pkcs12 -export -in client.crt -inkey client.key -out client.p12

最后会有下面几个文件要在后面的演示中用到： ca.crt、server.p12、server.crt、server.key、client.p12和 client2.p12 。

下面先来看看 ASP.NET Core 直接对外的情况，也就是不依赖 nginx 或 IIS 的情况。

ASP.NET Core

基于 minimal api 来演示，主要是在 ConfigureKestrel 做处理。

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.WebHost.ConfigureKestrel(x => 
{
    x.Listen(IPAddress.Any, 443, listenOptions =>
    {
        var serverCertificate = new X509Certificate2("server.p12", "abc123");
        var httpsConnectionAdapterOptions = new HttpsConnectionAdapterOptions()
        {
            // must provide a valid certificate for authentication
            ClientCertificateMode = ClientCertificateMode.RequireCertificate,
            SslProtocols = System.Security.Authentication.SslProtocols.Tls12,
            
            ClientCertificateValidation = (cer, chain, error) =>
            {
                // valid the client certificate by you way.
                return CusSSLLib.CaHelper.Valid(cer, chain, error);
            },
            ServerCertificate = serverCertificate
        };
        listenOptions.UseHttps(httpsConnectionAdapterOptions);
    });
});

这里最核心的是 HttpsConnectionAdapterOptions。

ServerCertificate 设置成我们上面生成的服务端证书。

ClientCertificateMode 设置成 RequireCertificate，表示客户端在调用的时候必须要传递证书。

ClientCertificateValidation 就是验证客户端证书的逻辑，这里可以自定义，示例里面的验证逻辑主要针对不被信任的根证书做了验证。

首先是从资源文件读取了根证书，然后再去判断客户端证书是否匹配。

internal static string CA_DATA = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(CAResource.ca).Replace("-----BEGIN CERTIFICATE-----", "")
             .Replace("-----END CERTIFICATE-----", "")
             .Replace("\r", "")
             .Replace("\n", "");

public static bool Valid(X509Certificate2 certificate, X509Chain chain, SslPolicyErrors policy)
{
    // the root certificate
    var validRootCertificates = new[]
    {
         Convert.FromBase64String(CA_DATA),
    };

    foreach (var element in chain.ChainElements)
    {
        foreach (var status in element.ChainElementStatus)
        {
            // untrusted root certificate
            if (status.Status == X509ChainStatusFlags.UntrustedRoot)
            {
                if (validRootCertificates.Any(x => x.SequenceEqual(element.Certificate.RawData)))
                {
                    continue;
                }
            }

            return false;
        }
    }

    return true;
}

到这里的话，服务端已经可以了。

这个时候从浏览器访问，大概会看到这个提示。

下面写个控制台用 HttpClient 来访问看看。

void DoOk()
{
    var handler = new HttpClientHandler();
    handler.ClientCertificateOptions = ClientCertificateOption.Manual;
    handler.SslProtocols = SslProtocols.Tls12 | SslProtocols.Tls | SslProtocols.None | SslProtocols.Tls11;
    try
    {
        // add client certificate
        var crt = new X509Certificate2(Path.Combine(Directory.GetCurrentDirectory(), "client.p12"), "123456");
        handler.ClientCertificates.Add(crt);
    }
    catch (Exception e)
    {
        Console.WriteLine(e.Message);
    }

    handler.ServerCertificateCustomValidationCallback = (message, cer, chain, errors) =>
    {
        // valid server certificate
        return CusSSLLib.CaHelper.Valid(cer, chain, errors);
    };

    var client = new HttpClient(handler);
    var url = "https://localhost/WeatherForecast";
    var response = client.GetAsync(url).Result;
    Console.WriteLine(response.IsSuccessStatusCode);
    var result = response.Content.ReadAsStringAsync().Result;
    Console.WriteLine(result);
}

这里要注意，由于服务端用的证书也是自己签名的，所以这里的验证也要放开，想省事的话，可以直接 return true;，不过并不建议这样操作。

下面是运行的结果，是可以正常访问并返回结果的。

我们再换一张不是同一个根证书的客户端证书。

不出意外的不能正常访问。

不过上面这种情况在实际应用的时候会偏少一点，大部分还是会挂在反向代理或云负载均衡上面的。

下面先来看看 nginx 的吧。

nginx 反向代理

webapi 这一块，创建一个项目，有一个可以访问的接口即可，不用添加其他东西，因为证书这一块的内容都是在 nginx 那一层做了，webapi做原来该做的事情即可。

下面是 nginx 的配置文件

server {
        listen       443 ssl;
        server_name  localhost;

        # server certificate
        ssl_certificate  /etc/nginx/ssl/server.crt;
        ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/server.key;

        # root certificate
        ssl_client_certificate /etc/nginx/ssl/ca.crt;
        # open client certificate verify
        ssl_verify_client on;
        ssl_session_timeout  5m;            

        location / {
            proxy_pass http://webapi;
            index  index.html;
        }
    }

重点关注 ssl_verify_client 和 ssl_client_certificate ！

一个是配置开启客户端证书的认证，一个是验证的客户端证书的关键。

这里的 ssl_client_certificate 用了根证书，为的是可以验证多个客户端证书，当然这里也可以用客户端证书。

把 webapi 和 nginx 都运行起来。

这个时候访问，就会提示， No required SSL certificate was sent。