深入理解HTTPS：從概念到實戰優化

深入理解HTTPS：從概念到實戰優化

    • 一：概述
    • 二：工作流程
    • 三：創建自簽名證書
    • 四：案例
      • 1）案例一：HTTPS 搭建
      • 2）案例二：HTTP/2 搭建
      • 3）案例三：HTTP 重定向 HTTPS
      • 4）案例四：網站集群 HTTPS 配置
    • 五：優化
    • 六：監控
      • 1）監控思路
      • 2）監控方式
      • 3）監控腳本
  • 總結

🌟 如果你對 HTTP 協議的基礎知識（如請求/響應報文、狀態碼等）還不熟悉，建議先閱讀：《HTTP協議完全指南：從報文到狀態碼》

一：概述

HTTPS = HTTP + TLS/SSL

在 HTTP 的基礎上，HTTPS 增加了加密和身份驗證，保障數據傳輸的安全性。

主要作用：

  1. 加密通信：防止數據在傳輸過程中被竊取或篡改
  2. 身份驗證：確認服務器身份，防止釣魚或中間人攻擊
  3. 數據完整性：確保數據在傳輸過程中未被修改

二：工作流程

HTTPS 基于 TLS（傳輸層安全協議），核心流程如下：

  1. 客戶端發起 HTTPS 請求
    • 瀏覽器訪問 https://example.com
    • 告訴服務器它支持的TLS版本和加密算法 + 一個隨機數
  2. 服務器返回證書
    • 證書中包含公鑰、域名、頒發機構等信息 + 一個隨機數
  3. 客戶端驗證證書
    • 檢查證書是否可信（CA 簽名、有效期、域名匹配）
  4. 生成會話密鑰
    • 生成一個預密鑰，然后用服務器的公鑰加密后發給服務器，服務器用密鑰解密，然后將預密鑰和兩個隨機數組成對稱密鑰
  5. 加密通信
    • 后續所有 HTTP 請求和響應 都用對稱密鑰加密傳輸

三：創建自簽名證書

  • .key：私鑰

  • .csr：申請證書的文件，交給CA（如果指定為自簽名證書 -x509 則不生成）

  • .crt：公鑰 + 證書

  • .pem：公鑰 + 證書

  • 一步到位

    openssl req -days 365 -x509 -sha256 -nodes -newkey rsa:2048 \
-keyout server.key -out server.crt

  • 分兩步

    1. 創建私鑰

      openssl genrsa -out server.key 2048

    2. 根據私鑰生成證書

      • -days：指定證書有效時間（單位：天）
      • -x509：直接生成自簽名證書（不用額外 CSR）
      • -sha256：簽名算法
      • -key：指定已有私鑰位置
      • -out：指定輸出證書文件位置
      openssl req -days 365 -x509 -sha256 -key server.key -out server.crt

四：案例

1）案例一：HTTPS 搭建

  1. 創建存放 SSL 證書和私鑰的目錄

    [root@web01 ~]# mkdir -p /etc/nginx/ssl_keys

  2. 上傳證書

    [root@web01 ~]# unzip /opt/software/ssl.jackmk.cn_nginx.zip -d /etc/nginx/ssl_keys/

  3. 創建站點

    # 創建站點目錄
[root@web01 ~]# mkdir -p /opt/module/ssl# 創建站點 index.html
[root@web01 ~]# echo "index" > /opt/module/ssl/index.html

  4. 創建站點配置文件

    [root@web01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/ssl.conf

    server {listen 443 ssl;# ssl on; # 1.15.0 以后被廢棄了server_name ssl.jackmk.cn;root /opt/module/ssl/;# ssl keyssl_certificate /etc/nginx/ssl_keys/ssl.jackmk.cn.pem;ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl_keys/ssl.jackmk.cn.key;location / {index index.html;}
}

  5. 刷新 Nginx

    nginx -t
nginx -s reload

  6. 配置 hosts

    192.168.2.104 ssl.jackmk.cn

  7. 訪問

2）案例二：HTTP/2 搭建

server {listen 443 ssl http2;  # 只要加上這個就行server_name ssl.jackmk.cn;root /opt/module/ssl/;# ssl keyssl_certificate /etc/nginx/ssl_keys/ssl.jackmk.cn.pem;ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl_keys/ssl.jackmk.cn.key;location / {index index.html;}
}

3）案例三：HTTP 重定向 HTTPS

  1. 創建存放 SSL 證書和私鑰的目錄

    [root@web01 ~]# mkdir -p /etc/nginx/ssl_keys

  2. 上傳證書

    • ssl.jackmk.cn.key：私鑰
    • ssl.jackmk.cn.pem：證書 + 公鑰
    [root@web01 ~]# unzip /opt/software/ssl.jackmk.cn_nginx.zip -d /etc/nginx/ssl_keys/

  3. 創建站點

    # 創建站點目錄
[root@web01 ~]# mkdir -p /opt/module/ssl# 創建站點 index.html
[root@web01 ~]# echo "index" > /opt/module/ssl/index.html

  4. 創建站點配置文件

    [root@web01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/ssl.conf

    server {listen 80;server_name ssl.jackmk.cn;return 301 https://ssl.jackmk.cn$request_uri;#rewrite ^(.*)$ https://ssl.jackmk.cn$1 permanent;
}server {listen 443 ssl;# ssl on; # 1.15.0 以后被廢棄了server_name ssl.jackmk.cn;root /opt/module/ssl/;# ssl keyssl_certificate /etc/nginx/ssl_keys/ssl.jackmk.cn.pem;ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl_keys/ssl.jackmk.cn.key;location / {index index.html;}
}

  5. 刷新 Nginx

    [root@web01 ~]# nginx -t
[root@web01 ~]# nginx -s reload

  6. 配置 hosts

    192.168.2.104 ssl.jackmk.cn

  7. 訪問

    此時如果請求 http://ssl.jackmk.cn 會自動跳轉至 http://ssl.jackmk.cn

4）案例四：網站集群 HTTPS 配置

1）部署 web01 、web02

  1. 創建存放 SSL 證書和私鑰的目錄

    mkdir -p /etc/nginx/ssl_keys

  2. 創建私鑰以及證書

    # 1. 切換目錄
cd /etc/nginx/ssl_keys# 2. 創建私鑰
openssl genrsa -out ssl.key 2048# 3. 創建證書
openssl req -days 365 -x509 -sha256 -key ssl.key -out ssl.crt

  3. 創建站點

    # 創建站點目錄
mkdir -p /opt/module/ssl# 創建站點 index.html
echo "web01" > /opt/module/ssl/index.html
or
echo "web02" > /opt/module/ssl/index.html

  4. 創建站點配置文件

    如果是 https -> http 那么就不需要配置 ssl keys

    vim /etc/nginx/conf.d/ssl.conf

    server {listen 443 ssl;server_name ssl.cn;root /opt/module/ssl/;# ssl keysssl_certificate /etc/nginx/ssl_keys/ssl.crt;ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl_keys/ssl.key;location / {index index.html;}
}

  5. 刷新 Nginx

    nginx -t
nginx -s reload

2）部署 lb01

  1. 創建存放 SSL 證書和私鑰的目錄

    [root@lb01 ~]# mkdir -p /etc/nginx/ssl_keys

  2. 創建私鑰以及證書

    # 1. 切換目錄
[root@lb01 ~]# cd /etc/nginx/ssl_keys# 2. 創建私鑰
[root@lb01 ssl_keys]# openssl genrsa -out ssl.key 2048# 3. 創建證書
[root@lb01 ssl_keys]# openssl req -days 365 -x509 -sha256 -key ssl.key -out ssl.crt

  3. 創建配置文件

    [root@lb01 ~]# vim /etc/nginx/conf.d/ssl.conf

    upstream ssl_pools {server 192.168.2.104:443;server 192.168.2.105:443;
}server {listen 80;server_name ssl.cn;return 301 https://ssl.cn$request_uri;
}server {listen 443 ssl;server_name ssl.cn;# ssl keysssl_certificate /etc/nginx/ssl_keys/ssl.crt;ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl_keys/ssl.key;location / {proxy_pass https://ssl_pools;proxy_set_header Host $http_host;proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;proxy_set_header X-Real-Ip $remote_addr;}
}

  4. 刷新 Nginx

    [root@lb01 ~]# nginx -t
[root@lb01 ~]# nginx -s reload

  5. 配置 hosts

    192.168.2.102 ssl.cn

  6. 訪問

    在這里插入圖片描述

五：優化

主要是針對 SSL/TLS 加密連接做了一些安全和性能優化。

  • listen 443 ssl

    • 作用：開啟 HTTPS 服務，監聽 443 端口，并啟用 SSL 模塊。（沒有這行，就算配了證書也不會啟用 HTTPS）

  • keepalive_timeout 70

    • 作用：設置 長連接保持時間為 70 秒。

    • 好處：

      • 客戶端和服務端之間如果頻繁請求（比如網頁加載很多小文件），可以復用連接，減少握手開銷。

      • 設置過短會導致頻繁握手，過長又會占用資源。70s 算是折中優化。

  • ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2

    • 作用：指定允許使用的 TLS 協議版本。

    • 這里啟用了 TLSv1、TLSv1.1、TLSv1.2，但注意：

      • TLSv1 和 TLSv1.1 已過時（安全性差），現代瀏覽器和安全規范（如 PCI DSS）都建議關閉。
      • 最佳實踐是只保留 TLSv1.2+，甚至啟用 TLSv1.3（性能更好）
      ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;

  • ssl_ciphers ...

    • 作用：指定允許使用的加密算法套件。
    • 配置里顯式排除了：
      • !aNULL → 禁止匿名算法
      • !eNULL → 禁止無加密算法
      • !EXPORT → 禁止出口級弱加密
      • !DES、!RC4、!MD5 → 禁止已知不安全的算法

  • ssl_certificate / ssl_certificate_key

    • 作用：指定服務器證書和私鑰。
    • cert.pem → 公鑰證書
    • cert.key → 對應的私鑰

  • ssl_session_cache shared:SSL:10m

    • 作用：配置 SSL 會話緩存。Nginx 在 10MB 的共享內存里存儲 SSL 會話信息。
    • 好處：
      • 客戶端下次訪問時可以復用會話，不必重新完整握手（節省 CPU 和握手延遲）。
      • 10MB 大約能緩存 4 萬次會話（每個會話約 256B）。

  • ssl_session_timeout 10m

    • 作用：設置 SSL 會話的過期時間（10 分鐘）。
    • 好處：在這段時間內，同一個客戶端可以復用 TLS 會話，避免再次握手，提高性能。
server {listen 443 ssl;keepalive_timeout 70;ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2; ssl_ciphers AES128-SHA:AES256-SHA:RC4-SHA:DES-CBC3-SHA:RC4-MD5:!aNULL:!eNULL:!EXPORT:!DES:!RC4:!MD5; ssl_certificate /usr/local/nginx/conf/cert.pem;ssl_certificate_key /usr/local/nginx/conf/cert.key;ssl_session_cache shared:SSL:10m;ssl_session_timeout 10m;...
}

六：監控

主要針對 HTTPS 證書過期監控方案整理

1）監控思路

  • 通過命令獲取證書的過期日期
  • 將證書過期日期與當前日期對比
  • 計算剩余天數（如小于 30 天報警）

2）監控方式

  • 本地證書檢查

    • openssl x509：調用 openssl 的 x509 子命令，主要用于 查看、轉換、管理 X.509 證書。
    • -in ：指定輸入文件，也就是要讀取的證書文件。
    • -noout：默認 openssl x509 會把證書的所有內容（包括公鑰、簽發者、使用者等）都打印出來。 加了 -noout 表示 不要輸出證書本身的 Base64 內容，只輸出你后面指定的信息。
    • -dates：輸出證書的有效期信息：
    openssl x509 -in /etc/nginx/ssl_keys/ssl.crt -noout -dates

    notBefore=Aug 22 16:52:34 2025 GMT  # 證書開始生效的時間
notAfter=Aug 22 16:52:34 2026 GMT   # 證書過期的時間

  • curl 遠程監控

    curl -Lv https://www.baidu.com |& grep 'expire date'

3）監控腳本

  • 檢查單個指定的網站的 HTTPS 證書過期時間

    vim check_https_cert.sh
chmod 755 check_https_cert.sh

    #!/bin/bash#=============================
# 1. 基礎變量
#    URL: 定義指定的網站
#    LANG: 臨時改為英文環境，避免 date 解析報錯
#=============================
URL="https://www.jd.com"
export LANG="en_US.UTF-8"#=============================
# 2. 獲取證書過期時間戳
#    curl -Lv：顯示詳細信息并跟隨重定向
#    egrep 'expire date'：提取證書過期時間
#=============================
EXPIRE_DATE_RAW=$(curl -Lv "${URL}" -o /dev/null 2>&1 | grep -i 'expire date' | awk -F 'date:|GMT' '{print $2}')
EXPIRE_SECOND=$(date -d "${EXPIRE_DATE_RAW}" +%s)#=============================
# 3. 獲取當前時間戳
#=============================
NOW_SECOND=$(date +%s)#=============================
# 4. 計算剩余天數
#=============================
EXPIRE_DAYS=$(( (EXPIRE_SECOND - NOW_SECOND) / 86400 ))#=============================
# 5. 輸出結果
#=============================
if [ "${EXPIRE_DAYS}" -le 300 ]; thenecho "[警告] ${URL} 的 HTTPS 證書即將過期，還有 ${EXPIRE_DAYS} 天"
elseecho "[正常] ${URL} 的 HTTPS 證書還剩 ${EXPIRE_DAYS} 天"
fi

  • 檢查多個指定網站的HTTPS 證書過期時間

    vim check_https_cert.sh
chmod 755 check_https_cert.sh

    #!/bin/bash#=============================
# 1. 基礎變量
#    LANG: 臨時改為英文環境，避免 date 解析報錯
#    URLS: 定義要檢測的多個網站
#=============================
URLS=("https://www.jd.com" "https://www.baidu.com" "https://www.taobao.com")
export LANG="en_US.UTF-8"#=============================
# 2. 遍歷檢測每個 URL 的證書有效期
#=============================
for URL in "${URLS[@]}"; do# 2.1 獲取證書過期時間（原始格式）EXPIRE_DATE_RAW=$(curl -Lv "${URL}" -o /dev/null 2>&1 | grep -i 'expire date' | awk -F 'date:|GMT' '{print $2}')# 2.2 轉換為時間戳EXPIRE_SECOND=$(date -d "${EXPIRE_DATE_RAW}" +%s)# 2.3 當前時間戳NOW_SECOND=$(date +%s)# 2.4 計算剩余天數EXPIRE_DAYS=$(( (EXPIRE_SECOND - NOW_SECOND) / 86400 ))#=============================# 3. 輸出結果#=============================if [ "${EXPIRE_DAYS}" -le 300 ]; thenecho "[警告] ${URL} 的 HTTPS 證書即將過期，還有 ${EXPIRE_DAYS} 天"elseecho "[正常] ${URL} 的 HTTPS 證書還剩 ${EXPIRE_DAYS} 天"fi
done

總結

本文從理論到實踐，詳細闡述了HTTPS如何為HTTP協議提供加密、認證和完整性保護，從而構筑現代Web安全的核心防線。我們不僅剖析了TLS握手的工作流程，動手創建了自簽名證書，更通過多個漸進式的實戰案例（單點HTTPS/HTTP2、重定向、集群配置）展示了如何在復雜的生產環境中應用它。

  • 💎 核心價值：HTTPS已不再是可選項，而是現代網站的標配。它保護用戶隱私、提升網站信譽（瀏覽器安全標識🔒）、同時也是使用HTTP/2等現代協議的前提條件。

  • ?? 實踐意義：本文提供的案例和優化、監控方案，源自于真實的運維場景。正確地配置HTTPS（如選擇安全的密碼套件、開啟HSTS、配置重定向）和建立有效的監控（如證書過期監控），是保障服務穩定性和安全性的關鍵。

  • 🔮 未來方向：安全是一個持續的過程。TLS協議版本和推薦的加密套件也在不斷更新以應對新的威脅。自動化（如使用Let’s Encrypt自動續期證書）和更嚴格的安全策略（如預加載HSTS）是未來的發展趨勢。

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