本篇内容介绍了“nginx怎么实现keyless”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

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简介

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当企业把业务迁移到云WAF/边缘节点上，需向云厂商提供业务的私钥安全性不能得到保证，且若业务私钥证书发生变化或频繁修改需要受限于人。风险：一旦服务端的私钥泄露会导致恶意攻击者伪造虚假的和客户端通信，通信内容也存在被劫持和解密的风险。keyless源于clouldflare，采用keyless方案私钥部署在客户自己的服务器，无需向把业务私钥部署在云/CDN边缘节点上。clouldflare keyless项目地址：

https://blog.cloudflare.com/keyless-ssl-the-nitty-gritty-technical-details/cloudflare keyless开源项目地址：

https://github.com/cloudflare/keyless相关基础知识介绍：

加解密套件知识普及

MAC(Message authentication code)：消息认证码

PRF（pseudorandom function）：伪随机函数

SHA (Secure Hash Algorithm）：安全散列算法

对称密码：

DES：是以64比特的明文为一个单位来进行加密的，密钥长度是64比特

三重DES: 就是将DES重复3次，有3个密钥

AES（Advanced Encryption Standard）：是一种新标准的对称密码算法，已取代DES

分组长度128比特，密钥长度128、192、256三种规格

分组密码模式 ：

ECB（Electronic CodeBook）:将明文分组加密之后的结果将直接成为密文分组

CBC（Cipher Block Chaining）:密文分组链接的模式

CFB（Cipher FeedBack）:密文反馈模式

OFB（Output-Feedback）:输入反馈模式

CTR（CounTeR）:计数器模式

GCM（Galois Counter Mode）：Galois/计数器模式

填充模式：对当明文长度不为分组长度的整数倍时，需要在最后一个分组中填充一些数据使其填满一个分组长度，攻击者会利用这个利用这个在最后一个分组填充一些数据。

单向散列函数

输入的是消息输出的是散列值，任意长度的消息计算出固定长度的散列值，消息不同散列值也不同

应用：MD4、MD5;SHA-2系列（SHA-256，SHA-384，SHA-512，数字表示计算后的散列值长度）

密钥交换算法

RSA本质上是为了解决密钥配送的问题，密钥配送的是配送的是运算对称密钥的关键信息，并不是对称密钥

RSA：这是一个标准的密钥交换算法，在ClientKeyExchange阶段客户端生成预主秘钥，不支持向前保密，并以服务器公钥加密传送给服务器

DHE_RSA：临时Diffie-Hellman(ephemeral Diffie-Hellman, DHE)，支持向前保密，缺点是执行缓慢，DHE是一种秘钥协定算法，进行协商的团体都对密钥生成产生作用，并对公共密钥产生作用

ECDHE_RSA和ECDHE_ECDSA：

临时椭圆曲线Diffe-Hellman(ephemeral elliptic curve Diffie-Hellman, ECDHE)密钥交换建立在椭圆曲线加密的基础之上。执行很快而且提供了向前保密，和DHE类似

过滤了一台设备上一天的数据

TLS握手中使用的密码技术

TLS记录协议位于TLS协议的下层，是负责使用对称密码对消息进行加密通信（对消息压缩、加密以及数据的认证）的部分

TLS握手协议中使用的密码技术

公钥密码：加密预主秘钥用的

单向散列函数：构成伪随机数生成器

数字签名：验证证书用的（单向散列函数计算公钥密码的散列值，加密后得到）

伪随机书生成器：生成预主秘钥

                      生成初始化向量（可以使用对称密码，单向散列函数来构建）？

                     根据主密钥生成密钥（密码参数）？

TLS记录协议中使用的密码技术

对称密码（CBC模式）：确保片段的机密性

消息认证码：确保片段的完整性并进行认证（单向散列函数和密钥组合而成，也可以通过对称密码生成，应用单向散列函数计算密钥+消息构成的）

认证加密（AEAD，Authenticated-Encryption with Associated-Data用于关联数据的认证加密）：确保片段的完整性和机密性并进行认证？

HTTPS中所用到的密码技术

证书：公钥、数字签名和指纹组合而成，一般讲是基于指纹的数字签名，一堆的东西就认证公钥，为了保证不可否认行、认证、完整性

Keyless原理

总体架构

密钥交换算法类

client random 是第1个随机数R1（公开），对应wireshark抓包里“Client Hello”的Random

server random 是第2个随机数R2（公开），对应wireshark抓包里“Server Hello”的Random

premaster 是第3个随机数R3（私密），该随机数是由客户端创建，然后客户端用服务端传来的证书对premaster secret进行加密，生成premaster secret用来实际传输，对应抓包里的“Client Key Exchange”

服务端用私钥对premaster secret解密，得到premaster，这样只有客户端和服务端知道premaster

最终，客户端和服务端用公开的随机数R1、R2、双方私密的premaster（R3）组合起来，通过预定的算法生成一个hash值，作为之后的对话密钥（session key）

RSA密钥交换算法主密钥计算

Client Random和Server Random明文传输，中间人可以直接查看，客户端生成于中Premaster Secret后，如果有证书私钥就可以直接通过这三个参数解得主密钥

标准RSAkeyless握手方案

工作在：Server端的ChangeCipherSpec阶段

基于DH的完整握手主密钥的计算

从密钥交换流程来说，DH算法和ECDHE一样，二者的主要区别见该页备注里的注意点1~3

client random 是第1个随机数R1（公开），对应wireshark抓包里“Client Hello”的Random ②a、server random 是第2个随机数R2（公开），对应wireshark抓包里“Server Hello”的Random

服务端自己创建一个随机数或者 直接从证书中拿公钥信息（图例是拿公钥信息），记为R3 ，结合上面的两个公开的随机数，通过DH算法算出来服务端DH参数=（R1 * R2 * R3） ，对应wireshark抓包里“Server Key Exchange”的Pubkey。

服务端用私钥，对两个公开随机数R1、R2和服务端的DH参数进行签名，对应wireshark抓包里“Server Key Exchange”的Signature

客户端用证书公钥验证Signature，验证服务端确实拥有私钥后，客户端就创建一个随机数，记为R4，通过DH算法算出来客户端DH参数=（R1 * R2 * R4） ，对应wireshark抓包里“Client Key Exchange”的Pubkey 。 这样，客户端和服务端用对方发来的DH参数，结合各自的私有随机数R3或R4，分别计算得到相同的premaster = （R1 * R2 * R3 * R4） ，且只有客户端和服务端知道premaster 最终，客户端和服务端用公开的随机数1、随机数2、双方私密的premaster组合起来，通过预定的算法生成一个hash值，作为之后的对话密钥（session key）

Server DH Parameter 是用证书私钥签名的，客户端使用证书公钥就可以验证服务端合法性，相比 RSA 密钥交换，DH 由传递 Premaster Scret 变成了传递 DH 算法所需的 Parameter，然后双方各自算出 Premaster Secret。由于 Premaster Secret 无需交换，中间人就算有私钥也无法获得 Premaster Secret 和 Master Secret。

ServerKeyExchange

基于DH的keyless的完整握手

工作在：Server端的ServerKeyExchange阶段

开源项目做了什么

keyless server安装和配置

存储给定的私钥。

使用加速卡(EXAR)进行解密，签名操作。

状态信息统计。开源项目地址：

https://github.com/cloudflare/keyless

需要进行二次开发，开源版本很多细节处理的不好。

On Centos:
sudo yum install gcc automake libtool
 sudo yum install rpm-build rubybgems ruby-devel # only required for packages

 sudo gem install fpm --no-ri --no-rdoc # only required for packages

安装 make即可，make test测试

参数说明 --port keyless server端的监听端口

          --ip keyless server端监听的ip

          --server-cert和--server-key签发的证书

         --private-key-directory 用户证书对应的私钥存放文件夹

          --ca-file生成的根证书

          --pid-file pid文件

         --num-workers 线程数

        --verbose打印日志

        --daemon守护进程开启

nginx于keyless server交互

在SSL_do_handshake解密和签名处理过程中增加一个keyless状态。

PREPARE REQUEST状态，封装keyless请求报文，然后将状态设置为SEND REQUEST，SSL_do_handshake函数返回，nginx将keyless_connection的wev放到epoll里；

SEND REQUEST状态发送keyless请求，成功后将状态设置为RECEIVE RESPONSE，SSL_do_handshake函数返回，nginx将keyless_connection的rev放到epoll里；

RECEIVE RESPONSE状态读请求，全部读完将状态设置为FINISH；如果未读完数据SSL_do_handshake函数返回，nginx将keyless_connection的rev放到epoll里；

FINISH 继续由openssl原有的逻辑处理。

如果rev和wev超时，则关闭ssl_connection。

nginx 处理https握手

ngx_http_init_connection中recv→handler设置为ngx_http_ssl_handshake,把这个读时间加入到epoll中，重点看handshake这个函数

第一次收到client hello之后，完成初始化后调用ngx_ssl_handshake，其调用openssl的ssl_do_handshake

调用keyless模块的init函数先是获取coremodule的main conf，然后获取到servers，遍历这些servers的上下文中的srv conf配置，然后把sscf→ssl.ctx设置cert_cb为keyless_cert_handler，这个函数在api使用证书的时候会调用。

cert handler做了了很多事情，初始化了很多nginx keyless相关的参数，核心在于这个函数新建了一条通向keyserver的连接。

do handshake的时候调用的是openssl的async job的库，相当于新开一个函数栈

ASYNC JOB

先做初始化get下context，malloc一个stack，这个堆栈创建完成后把函数放进去，使用makecontext来创建一旦调用就会运行该函数，async_start_func本身使用当前job中的func，函数也是传进来的参数

Pause job最关键的是swapcontext，这个在func中一旦被调用的话，就可以立即切换栈信息，切回start_job的主函数，根据job→status=ASYNC_JOB_PAUSING来返回

切回主函数之后，因为start job是for死循环，所以会根据job的状态进行返回

返回的这个状态码，在nginx里面接到就是SSL_ERROR_WANT_ASYNC

关键就是调用async_pause_job交还给nginx来做keyless处理，以及将与keyserver的状态调整为presend。

这里处理完交还给nginx，之后nginx 就可以做原本由openssl实现的加解密。

重写engine重写两个关键函数

重写的两个函数是sign和priv_dec

调用pause时最重要逻辑是async_fibre_swapcontext，这个函数是用于切换的核心，同时进行初始化操作，把函数放到新开辟栈里运行。

当前标题：nginx怎么实现keyless
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