如何在Node.js中使用SSL / TLS

本文转载自微信公众号「新钛云服 」，作者魏建民 翻译  。转载本文请联系新钛云服公众号。

在2020年，您的网站没有理由不使用HTTPS。访客期望它，Google将其用作排名因素，浏览器制造商很乐意于点名那些没有使用它的网站。在本教程中，我将引导您通过一个实际示例，

说明如何将Let's Encrypt生成的证书添加到Express.js服务器。但是，仅使用HTTPS保护我们的网站和应用程序还不够。我们还应该要求正在与之通信的服务器进行加密连接。我们将看到有可能激活SSL / TLS层，即使默认情况下未启用它也是如此。

注意：如果您在配置NGINX作为Node应用程序的反向代理时正在寻找有关如何使用NGINX设置SSL的说明，请查看我们的快速提示“ 使用Node.js配置NGINX和SSL ”。

让我们从简短回顾一下HTTPS的当前状态开始。

一、HTTPS无处不在

HTTP / 2规范于2015年5月以RFC 7540的形式发布，这意味着它是该标准的一部分。这是一个重要的里程碑。现在，我们都可以将服务器升级为使用HTTP / 2。最重要的方面之一是与HTTP 1.1的向后兼容性以及选择不同协议的协商机制。尽管该标准未指定强制加密，但是当前没有浏览器支持未加密的HTTP / 2。这给HTTPS带来了另一个提升。终于，HTTPS无处不在!

我们的堆栈实际上是什么样的?从浏览器中运行的网站(在应用程序级别)的角度来看，我们必须遍历以下几层才能达到IP级别：

1.客户端浏览器、

2.HTTP、

3.SSL / TLS、

4.TCP协议、

5.知识产权

HTTPS就是SSL / TLS之上的HTTP协议。因此，所有HTTP规则仍然适用。这个额外的层实际上给了我们什么?有很多优点：我们通过拥有密钥和证书来进行身份验证;由于以非对称方式对连接进行加密，因此可以确保某种类型的隐私和机密性;并且还保留了数据完整性，因为传输的数据在传输过程中无法更改。

最普遍的神话之一是，使用SSL / TLS的计算量很大，并且会降低服务器的速度。这肯定不再是事实。我们也不需要带有加密单元的任何专用硬件。即使对于Google而言，SSL / TLS层也占不到CPU负载的1%，与HTTP相比，HTTPS的网络开销也低于2%。总而言之，为了节省一些开销，放弃HTTPS是没有意义的。

最新版本是TLS 1.3。TLS是SSL的后继产品，最新版本的SSL 3.0中提供了TLS。从SSL到TLS的更改排除了互操作性，但是基本过程保持不变。我们有三个不同的加密通道。第一个是用于证书链的公钥基础结构。第二种提供用于密钥交换的公共密钥加密。最后，第三个是对称的。在这里，我们有用于数据传输的密码学。

TLS 1.3对某些重要操作使用哈希处理。从理论上讲，可以使用任何哈希算法，但是强烈建议使用SHA2或更强大的算法。SHA1长期以来一直是标准，但最近已过时。

HTTPS也越来越受到客户的关注。隐私和安全问题一直存在，但是随着在线可访问数据和服务数量的增长，人们越来越关注。对于那些未实现此功能的网站，有一个有用的浏览器扩展-EFF的HTTPS Everywhere-可加密我们与大多数网站的通信。

创建者意识到许多网站仅部分提供HTTPS。该插件使我们可以重写仅提供部分HTTPS支持的网站的请求。另外，我们也可以完全阻止HTTP(请参见上面的屏幕截图)。

二、基本说明

证书的验证过程包括验证证书签名和有效期。我们还需要验证它是否链接到受信任的根。最后，我们需要检查它是否已被撤销。世界上有专门的可信赖的机构来颁发证书。如果其中之一遭到破坏，则来自该机构的所有其他证书将被吊销。

HTTPS握手的序列图如下所示。我们从客户端初始化开始，然后是带有证书和密钥交换的消息。服务器发送完成的包后，客户端可以开始密钥交换和密码规范传输。至此，客户端结束。最后，服务器确认密码规范选择并关闭握手。

整个序列独立于HTTP触发。如果我们决定使用HTTPS，则仅更改套接字处理。客户端仍在发出HTTP请求，但是套接字将执行前面描述的握手并加密内容(标头和正文)。那么，要使SSL / TLS与Express.js服务器一起使用，我们需要做什么?

三、HTTPS

默认情况下，Node.js通过HTTP提供内容。但是，还必须使用HTTPS模块，以便通过安全通道与客户端进行通信。这是一个内置模块，用法与我们使用HTTP模块的方式非常相似：

暂时忽略/srv/www/keys/my-site-key.pem和和/srv/www/keys/chain.pem文件。这些是我们需要生成的SSL证书，我们稍后会做。这是让我们加密的部分。以前，我们必须生成一个私钥/公钥对，将其发送给受信任的机构，向他们付款并可能要花一点时间才能获得SSL证书。如今，“让我们加密”可立即免费生成并验证您的证书!

四、生成证书

(1)Certbot

TLS规范要求证书，该证书由受信任的证书颁发机构(CA)签名。CA确保证书持有人确实是他们声称的真实身份。因此，基本上，当您看到绿色的锁定图标(或浏览器中URL左侧的任何其他绿色符号)时，表明您与之通信的服务器确实是它声称的身份。如果您在facebook.com上并且看到一个绿色锁，则几乎可以确定您确实在与Facebook通信，并且没有人可以看到您的通信，或者，也没有其他人可以阅读它。

值得注意的是，此证书不一定必须由诸如“加密”之类的权威机构进行验证。还有其他付费服务。您可以从技术上亲自对其进行签名，但是(由于您不是受信任的CA)，访问您网站的用户可能会看到大量可怕的警告信息，以使他们恢复安全。

在下面的示例中，我们将使用Certbot，它用于通过Let's Encrypt生成和管理证书。在Certbot网站上，您可以找到有关如何为几乎所有OS /服务器组合安装Certbot的说明。您应该选择适合您的选项。

在最新的LTS Ubuntu上，NGINX是部署Node应用程序的常见组合，这就是我将在这里使用的。

(2)Webroot

Webroot是一个Certbot插件，除了Certbot默认功能(该功能会自动生成您的公钥/私钥对并为其生成SSL证书)外，还将证书复制到您的webroot文件夹中，并通过放置一些验证码来验证服务器进入名为的隐藏临时目录.well-known。为了跳过手动执行的某些步骤，我们将使用此插件。该插件默认情况下与Certbot一起安装。为了生成和验证我们的证书，我们将运行以下命令：certbot certonly --webroot -w /var/www/example/ -d www.example.com -d example.com

您可能必须以sudo身份运行此命令，因为它将尝试写入/var/log/letsencrypt。

您还会被要求提供您的电子邮件地址。最好输入一个经常使用的真实地址，因为如果证书即将过期，您会收到通知。让我们加密发行免费证书的权衡是该证书每三个月到期一次。幸运的是，更新就像运行一个简单的命令一样容易，我们可以将其分配给cron作业，而不必担心过期。此外，更新SSL证书是一种很好的安全做法，因为它可使攻击者更少的时间来破坏加密。有时，开发人员甚至将这个cron设置为每天运行，这是完全可以的，甚至建议这样做。

请记住，您必须在-d(针对域)标志下指定的域解析为的服务器(即生产服务器)上运行此命令。即使您的本地主机文件中有DNS解析，该方法也无法使用，因为该域将从外部进行验证。因此，如果您在本地执行此操作，则很可能会失败，除非您打开了从本地计算机到外界的端口，并使该端口在解析为您的计算机的域名后面运行。这是极不可能的情况。

最后但并非最不重要的一点是，在运行此命令之后，输出将包含私钥和证书文件的路径。将这些值复制到上一个代码段中- cert证书的key属性和密钥的属性中：

五、思考

(1)HTTP严格传输安全

您是否曾经在一个网站上从HTTP切换到HTTPS，并且仍有一些剩余重定向仍在重定向到HTTP?HTTP严格传输安全性(HSTS)是一种Web安全策略机制，可缓解协议降级攻击和cookie劫持。

HSTS有效地迫使客户端(浏览器访问您的服务器)通过HTTPS引导所有流量，这是“安全或根本不安全”的思想!

Express JS默认情况下不允许我们添加此标头，因此我们将使用Helmet，这是一个允许我们执行此操作的Node模块。通过运行以下命令安装头盔：npm install helmet然后，我们只需将其作为中间件添加到Express服务器中即可：

(2)Diffie-Hellman Strong(er)参数

为了跳过一些复杂的数学运算，让我们开始追逐。用非常简单的术语来说，有两种不同的密钥用于加密：从证书颁发机构获得的证书，以及由服务器生成的用于密钥交换的证书。密钥交换的默认密钥(也称为Diffie-Hellman密钥交换，即DH)使用的“密钥”比证书的密钥“小”。为了解决这个问题，我们将生成一个强大的DH密钥，并将其提供给我们的安全服务器以供使用。

为了生成更长的密钥(2048位)，您将需要openssl默认安装的。如果您不确定，请运行openssl -v。如果找不到该命令，请openssl通过运行安装sudo apt install openssl(或在此处访问其下载页面)：openssl dhparam -out /var/www/example/sslcert/dh-strong.pem 2048

然后将文件的路径复制到我们的配置中：