使用Let's Encrypt免费证书实现Nginx站点的HTTPS化

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2023-09-08

这篇文章，向大家分享如何使用Let's Encrypt的免费证书来实现Nginx网站的HTTPS化。

在开始之前，先让我们来了解下，什么是HTTPS？为什么要配置HTTPS?

HTTPS 简介

HTTPS 超文本传输安全协议（英语：HyperText Transfer Protocol Secure，缩写：HTTPS；常称为HTTP over TLS、HTTP over SSL或HTTP Secure）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS开发的主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。HTTPS协议在1994年首次被网景公司（Netscape）提出，随后扩展到互联网上。起初因为部署它需要购买证书颁发机构（CA）颁发的证书，以及各家浏览器的支持不尽如人意，推广的并不是很好。只被使用在支付等安全性要求比较高的业务场景中。

2000年以来，随着人们对信息安全的重视，HTTPS逐渐的被广泛使用。近年来，HTTPS已逐渐成为各大网站访问的默认标准协议。它与HTTP相比，主要优势在安全方面，它将HTTP协议传输的明文信息使用SSL/TLS协议^[0]进行了加密处理。传输起来，更安全可靠，可避免中间信息被篡改，如无良的运营商劫持，乱加广告。

关于HTTPS本文不再做过多介绍，如果想了解更多，可阅读阮老师的HTTPS升级指南系列文章^[1]

从上边的描述中，我们知道在部署HTTPS时，需要证书颁发机构签发的证书。随着HTTPS的普及，如今有了许多免费的证书的颁发机构，如 StartSSL、TRUSTAsia、Let's Encrypt以及国内的各云平台等。这些免费的HTTPS证书，对于我们个人站来说足够用，如果需要更复杂的功能或高级别的证书支持，可选择更加专业的商业版证书。

下面我们来说下，开始使用Let's Encrypt提供的免费证书实现Nginx站点的HTTPS化。

HTTPS 部署

下面我们使用如下环境做部署：

CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)
nginx version: nginx/1.15.8

安装需要的工具

Let's Encrypt 给我们提供了一个自动化生成证书的工具certbot^[2]。我们可以直接通过 yum 安装：

yum install -y certbot 
yum install -y python2-certbot-nginx

python2-certbot-nginx 为certbot提供的自动操作nginx配置文件的工具。

生成证书

安装版nginx

若你的nginx是通过yum或rpm包的方式安装，那么可以通过下面两种方式的命令来自动生成证书。

第一种，生成证书并自动修改nginx配置；

certbot --nginx
certbot --nginx rollback # 回滚配置

第二种，只生成证书，不修改nginx配置；

certbot certonly --nginx

在执行命令时，可能会遇到如下错误：

ImportError: No module named 'requests.packages.urllib3'

是因为Python模块版本不兼容问题导致，将如下包卸载重新安装即可：

pip uninstall requests
pip uninstall urllib3
yum remove python-urllib3
yum remove python-requests
yum install python-urllib3
yum install python-requests
yum install certbot

根据提示，根据你的实际需要逐步选择即可。其中填写邮箱时，尽量填写自己的常用邮箱，let机构会想你邮箱发送证书过期提醒等事宜。

源码版nginx

若你使用的是无需安装的源码版，则可使用如下命令获取证书：

mkdir -p /var/www/example
certbot certonly --webroot -w /var/www/example -d example.com -d www.example.com

--webroot 模式会在 /var/www/example 中创建 .well-known 文件夹，这个文件夹里面包含了一些验证文件，certbot 会通过访问 example.com/.well-known/acme-challenge 来验证你的域名是否绑定的这个服务器。以确定你对该域名的拥有权。

--nginx 模式时，该验证会自动通过nginx的服务来实现。

这种验证方式，Let机构叫做ACME协议^[3]。只要遵循该协议，就可以获取Let结构签发的证书。除了官方的certbot工具外，也有很多遵循 ACME协议的第三方自动化工具，如acme.sh。

修改配置

如果使用自动修改配置的话，certbot 已为我们添加好证书等相关信息。大致配置如下：

# configuration of the server
server {
    # the port your site will be served on
    # the domain name it will serve for
    server_name example.com ; # substitute your machine's IP address or FQDN
    charset     utf-8;

    # max upload size
    client_max_body_size 75M;   # adjust to taste

    # Django media
    location /media  {
        alias /opt/example/uploads;  # your Django project's media files - amend as required
    }

    location /static {
        alias /opt/example/collect_static; # your Django project's static files - amend as required
    }

    # Finally, send all non-media requests to the Django server.
    location / {
        proxy_pass  http://127.0.0.1:8080;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }

    listen 443 ssl; # managed by Certbot
    ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/www.example.com/fullchain.pem; # managed by Certbot
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/www.example.com/privkey.pem; # managed by Certbot
    include /etc/letsencrypt/options-ssl-nginx.conf; # managed by Certbot
    ssl_dhparam /etc/letsencrypt/ssl-dhparams.pem; # managed by Certbot


}
server {
    if ($host = example.com) {
        return 301 https://$host$request_uri;
    } # managed by Certbot

    listen      80;
    server_name example.com ;
    return 404; # managed by Certbot
}

server {
    server_name  www.example.com;
    rewrite ^/(.*)$ https://example.com/$1 permanent;

    listen 443 ssl; # managed by Certbot
    ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/www.example.com/fullchain.pem; # managed by Certbot
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/www.example.com/privkey.pem; # managed by Certbot
    include /etc/letsencrypt/options-ssl-nginx.conf; # managed by Certbot
    ssl_dhparam /etc/letsencrypt/ssl-dhparams.pem; # managed by Certbot

}
server {
    if ($host = www.example.com) {
        return 301 https://$host$request_uri;
    } # managed by Certbot

    listen       80;
    server_name  www.example.com;
    return 404; # managed by Certbot
}

后边带有 managed by Certbot 注释的为 certbot 添加。

若我们自己添加的话，可参考Mozilla给出的SSL配置最佳实践

证书续签

Let机构颁发的证书有效期只有3个月，我们需要在它到期之前续签。certbot工具提供了一个简单的命令来实现续签，如下：

certbot renew

我们可以配置系统定制任务或其他定时任务来执行这条续签命令。

至此，我们基于Let's Encrypt和nginx 的HTTPS便部署完成了。我们可以使用[Qualys SSL Labs]来全面的测试下我们的网站，如下：

扩展阅读

附录

0.SSL/TLS协议运行机制的概述
1.HTTPS升级指南系列文章-阮一峰
2.certbot 的使用文档
3.ACME协议
- Automatic Certificate Management Environment=ACME，自动认证管理环境协议
- 协议草案已经提交IETF
- ACME协议的基本思路是：
  - 在你服务器上生成一次性的随机特征数据(nonce)
  - 然后通过Let’s Encrypt的服务器核对这个数据
  - 核对成功发放证书
  - 有两种方式，HTTP和DNS，一般使用的是前者

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