Nginx HTTPS 部署与证书管理

一、HTTPS 基础概念

为什么需要 HTTPS

HTTP 是明文传输，中间人可以窃听、篡改数据。HTTPS = HTTP + TLS 加密，保证：

机密性：数据加密，第三方看不到内容
完整性：数据不会被篡改
身份验证：浏览器能确认网站是真的 demo.test.com，不是钓鱼网站

HTTPS 和 HTTP 的区别

对比	HTTP	HTTPS
端口	80	443
加密	无	TLS 加密
证书	不需要	需要 SSL 证书
浏览器显示	不安全警告	地址栏锁图标

二、TLS 握手流程

1. 浏览器访问 https://demo.test.com
2. Nginx 收到请求，发现是 443 端口
3. Nginx 把证书（fullchain.pem，含公钥）发给浏览器
4. 浏览器验证证书：
   - 这个证书是签发给 demo.test.com 的吗？→ 是
   - 证书过期了吗？→ 没有
   - 签发机构（Let's Encrypt）可信吗？→ 可信
5. 浏览器自己生成一个随机的对称密钥
6. 浏览器用 Nginx 的公钥加密这个对称密钥，发给 Nginx
7. Nginx 用私钥（privkey.pem）解密，拿到对称密钥
8. 之后双方用这个对称密钥加密所有通信数据

为什么用非对称加密交换密钥，之后用对称加密？

非对称加密很慢，对称加密很快。所以只在握手阶段用非对称加密交换一个密钥，之后全部用对称加密——兼顾安全和性能。

三、证书文件详解

fullchain.pem（证书/公钥）

包含：你网站的公钥 + 中间 CA 证书 + 根证书（完整证书链）
用途：发给浏览器，让浏览器验证网站身份
位置：/etc/letsencrypt/live/demo.test.com/fullchain.pem

privkey.pem（私钥）

包含：你网站的私钥
用途：服务器用来解密浏览器发来的对称密钥
位置：/etc/letsencrypt/live/demo.test.com/privkey.pem
绝对不能泄露！ 泄露了等于 HTTPS 形同虚设

cert.pem（网站证书，不含证书链）

只包含你网站的证书，不含中间 CA 证书
一般用 fullchain.pem 而不是 cert.pem，避免浏览器验证时找不到中间证书

四、Nginx HTTPS 配置（博客的实际配置）

server {
    server_name demo.test.com www.demo.test.com;
    listen 443 ssl;                              # 监听 443 端口，启用 SSL
    ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/demo.test.com/fullchain.pem;
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/demo.test.com/privkey.pem;
    include /etc/letsencrypt/options-ssl-nginx.conf;
    ssl_dhparam /etc/letsencrypt/ssl-dhparams.pem;
    ...
}

server {
    listen 80;                                   # HTTP 端口
    server_name demo.test.com www.demo.test.com ...;
    return 301 https://$server_name$request_uri; # 强制跳转 HTTPS
}

逐行解释

指令	作用
listen 443 ssl	监听 443 端口，启用 TLS 加密
ssl_certificate	证书文件路径（公钥+证书链），发给浏览器验证
ssl_certificate_key	私钥文件路径，服务器用来解密
include options-ssl-nginx.conf	引入 certbot 自动生成的安全 SSL 参数
ssl_dhparam	Diffie-Hellman 参数文件，增强密钥交换安全性
listen 80 + return 301	HTTP 强制跳转 HTTPS

为什么 listen 80 要 301 跳转？

用户在浏览器输入 http://demo.test.com（注意是 http），请求会走到 listen 80 的 server 块。如果不做跳转，用户就一直停在不安全的 HTTP 上。

return 301 https://$server_name$request_uri; 告诉浏览器："你该用 https"，浏览器收到 301 后自动跳转到 https://demo.test.com。

五、certbot 的 SSL 安全参数

/etc/letsencrypt/options-ssl-nginx.conf 文件内容：

ssl_session_cache shared:le_nginx_SSL:10m;      # SSL 会话缓存，10MB 共享内存
ssl_session_timeout 1440m;                       # 会话超时 24 小时
ssl_session_tickets off;                         # 关闭 session ticket（更安全）

ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;                  # 只允许 TLS 1.2 和 1.3
ssl_prefer_server_ciphers off;                   # 不强制服务端选择加密套件

ssl_ciphers "ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:..."; # 允许的加密算法

核心要点

只允许 TLS 1.2 和 1.3：老的 SSLv3、TLS 1.0/1.1 已经不安全，不支持
加密算法用 GCM 模式：目前最安全的对称加密方式
ssl_session_cache：缓存 SSL 会话，避免每次连接都重新握手（性能优化）
ssl_session_tickets off：关闭 session ticket 可防止某些攻击，安全性更高

六、Let's Encrypt + certbot 工作机制

Let's Encrypt 是什么

免费的 SSL 证书颁发机构（CA）。以前 SSL 证书要花钱买，Let's Encrypt 让任何人都能免费获得可信证书。

certbot 是什么

自动化的证书管理工具，帮你完成：申请证书 → 配置 Nginx → 自动续期。

申请证书的完整流程

1. 你执行：certbot --nginx -d demo.test.com -d www.demo.test.com

2. certbot 向 Let's Encrypt 证明你拥有这个域名：
   - Let's Encrypt 在你的网站根目录放一个验证文件
   - Let's Encrypt 访问 http://demo.test.com/.well-known/acme-challenge/xxx
   - 如果能访问到 → 证明你控制这个域名
   - 验证通过

3. Let's Encrypt 签发证书

4. certbot 自动把证书路径写入 Nginx 配置

5. certbot 自动设置定时续期任务

自动续期机制（systemd timer）

本博客的服务器用的是 systemd timer 方式：

systemctl cat certbot.timer

OnCalendar=*-*-* 00,12:00:00     # 每天 0:00 和 12:00 各检查一次
RandomizedDelaySec=43200          # 随机延迟 0~12 小时（避免所有服务器同时请求）
Persistent=true                   # 错过执行时间，开机后补执行

ExecStart=/usr/bin/certbot -q renew --no-random-sleep-on-renew
# -q 静默模式
# renew 检查所有证书，如果剩余有效期 < 30 天就自动续期

查看证书信息

# 查看证书到期时间
sudo certbot certificates

# 手动测试续期（不实际执行）
sudo certbot renew --dry-run

七、HTTPS 完整请求链路

用户输入 https://demo.test.com

浏览器 → DNS 解析 → shturl.cc/OFB6
       → TCP 三次握手（端口 443）
       → TLS 握手：
           Nginx 发送 fullchain.pem
           浏览器验证证书
           浏览器生成对称密钥，用公钥加密发给 Nginx
           Nginx 用 privkey.pem 解密
       → HTTP 请求（对称加密）
           Nginx 匹配 location → 转发给后端
       → 返回响应（对称加密）
       → 浏览器渲染页面

八、问答

Q：HTTPS 是怎么工作的？
浏览器发请求 → Nginx 发送证书（公钥） → 浏览器验证证书 → 浏览器生成对称密钥用公钥加密发给服务器 → 服务器用私钥解密 → 之后用对称密钥加密通信。

Q：为什么用非对称加密交换密钥，之后用对称加密？
非对称加密慢，对称加密快。握手阶段用非对称加密交换密钥，之后用对称加密传输数据，兼顾安全和性能。

Q：SSL 证书怎么来的？
Let's Encrypt 免费签发，certbot 工具自动申请。certbot 会验证你拥有这个域名，通过后自动签发证书并配置 Nginx。

Q：证书怎么续期？
certbot 设置了 systemd timer，每天检查两次，如果证书剩余有效期不足 30 天就自动续期。无需手动操作。

Q：listen 80 和 listen 443 的关系？
80 是 HTTP 端口，443 是 HTTPS 端口。listen 80 的 server 块做 301 跳转到 HTTPS，listen 443 ssl 的 server 块处理正式请求。

Q：fullchain.pem 和 privkey.pem 分别是什么？
fullchain.pem 是证书（含公钥和证书链），发给浏览器验证身份。privkey.pem 是私钥，服务器用来解密浏览器发来的对称密钥。私钥绝对不能泄露。

说明：文中域名、IP均为教学演示虚拟地址，无真实线上服务

4.Nginx HTTPS 部署与证书管理