Let's Encrypt 给网站加 HTTPS 完全指南

2017.03.27更新：/usr/bin/letsencrypt 被 /usr/bin/certbot 替代，更新文章中所用到的命令。参考：Archlinux Let's Encrypt Wiki

前段时间在北京联通3G移动网络下，发现自己的站点被联通劫持注入恶心的话费充值广告，决定让我的网站强制使用 HTTPS，避免 ISP 劫持。

使用 HTTPS 前的一些疑惑

现在是 2016 年，使用 HTTPS 已经不像几年前是一件昂贵的事情。当然我也是自己了解了一圈才消除了自己的疑惑，主要是：

我的网站（一个简单的博客）可能没必要使用 HTTPS
HTTPS 会不会让网站速度变慢？
HTTPS 需要花钱吧？证书好像不便宜
配置和维护 HTTPS 代价很高

要回答这些问题，推荐大家去看一下 Google I/O 2016 的视频（Youtube）：Mythbusting HTTPS: Squashing security’s urban legends - Google I/O 2016

视频里把所有问题都详细一一解答，强烈推荐大家把视频看完。

我简单总结：

每个网站都应该用 HTTPS，就算是全静态站点也同样如此，运营商劫持严重干扰访问者的体验
有几项技术可以提高 HTTPS 的性能，包括 Strict Transport Security，TLS False Start 和 HTTP/2 ，这些技术让 HTTPS 速度不慢，某些情况下会甚至更快
HTTPS 针对个人单个（或者几个）域名的使用来说，已经是免费的
配置和维护 HTTPS 异常简单，Let's Encrypt 这个项目通过自动化把事情简单化了

有哪些靠谱的免费 HTTPS 证书提供商？

选择证书提供商有3个主要考量：1. 浏览器和操作系统支持程度 2. 证书类型 3. 维护成本

1. 浏览器和操作系统支持程度

基本你能查到的热门证书提供商，支持程度都不会太差。例如 Let's Encrypt 的支持可以访问：Which browsers and operating systems support Let’s Encrypt

可以看到，Android 2.3.6 以上，Firefox 2.0 以上，Windows Vista 以上，iOS 3.1 以上，Google Chrome全平台都是支持的。这一点就不用太担心了，看你你的网站受众情况来决定。对于我来说，我完全不在乎 Windows XP 的 IE 用户。

2. 证书类型

HTTPS 证书分为3类， 1. DV 域名验证证书 2. OV 组织机构验证证书 3. EV 增强的组织机构验证证书。每类证书在审核和验证方面要求严格程度不同，浏览器会在地址栏给予不同证书不一样的展现。

一般个人使用DV证书完全够了，浏览器表现为地址栏前会有绿色的小锁。下面聊到的免费证书都是 DV 域名验证证书。

3. 维护成本

我调研不多，使用过 StartSSL，现在用 Let's Encrypt。StartSSL 的免费证书有效期是1年，1年后需要手动更换。配置过程还挺麻烦的。

更推荐 Let's Encrypt，虽然有效期只有3个月，但可以用 certbot 自动续期，完全不受影响。而且 Let's Encrypt 因为有了 certbot 这样的自动化工具，配置管理起来非常容易。

生成 Let's Encrypt 证书

Let's Encrypt 证书生成不需要手动进行，官方推荐 certbot 这套自动化工具来实现。3步轻松搞定：

下载安装 certbot (Let’s Encrypt项目的自动化工具)
创建配置文件
执行证书自动化生成命令

下面的教程运行在 Arch Linux 上，其他操作系统也大同小异。你可以在 certbot 网站上，选择你的 Web Server 和操作系统，就能看到对应的安装和配置教程。

1. 下载安装 certbot

在 Arch Linux 上，安装很简单：

$ sudo pacman －Syu
$ sudo pacman -S certbot

2. 创建配置文件

先创建存放配置文件的文件夹：

$ sudo mkdir /etc/letsencrypt/configs

编辑配置文件：

$ sudo vim /etc/letsencrypt/configs/example.com.conf

把 example.com 替换成自己的域名，配置文件内容：

# 写你的域名和邮箱
domains = example.com
rsa-key-size = 2048
email = your-email@example.com
text = True

# 把下面的路径修改为 example.com 的目录位置
authenticator = webroot
webroot-path = /var/www/example

这里需要解释一下，上面配置文件用了 webroot 的验证方法，这种方法适用于已经有一个 Web Server 运行中的情况。certbot 会自动在 /var/www/example 下面创建一个隐藏文件 .well-known/acme-challenge ，通过请求这个文件来验证 example.com 确实属于你。外网服务器访问 http://www.example.com/.well-known/acme-challenge ，如果访问成功则验证OK。

我们不需要手动创建这个文件，certbot 会根据配置文件自动完成。

3. 执行证书自动化生成命令

一切就绪，我们现在可以运行 certbot 了。

$ sudo certbot -c /etc/letsencrypt/configs/example.com.conf certonly

## 片刻之后，看到下面内容就是成功了
IMPORTANT NOTES:
 - Congratulations! Your certificate and chain have been saved at /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem.

如果运行顺利，所有服务器所需要的证书就已经生成好了。他们被放在了 /etc/letsencrypt/live/example.com/ 下：

$ ls /etc/letsencrypt/live/example.com/
cert.pem #server cert only
privkey.pem #private key
chain.pem #intermediates
fullchain.pem #server cert + intermediates

配置 Nginx 加入证书

到这里已经成功一大半了，只需要配置 Nginx 支持刚刚生成的证书。而且这个配置有最佳实践可以参考，访问：Mozilla SSL Configuration Generator，这是 Mozilla 搞得一个 HTTPS 配置文件自动生成器，支持 Apache，Nginx 等多种服务器。按照这个配置文件，选择 Intermediate 的兼容性。这里生成的配置文件是业界最佳实践和结果，让 Nginx 打开了各种增加安全性和性能的参数。

默认配置文件是这样的：

server {
    listen 80 default_server;
    listen [::]:80 default_server;

    # Redirect all HTTP requests to HTTPS with a 301 Moved Permanently response.
    return 301 https://$host$request_uri;
}

server {
    listen 443 ssl http2;
    listen [::]:443 ssl http2;

    # certs sent to the client in SERVER HELLO are concatenated in ssl_certificate
    ssl_certificate /path/to/signed_cert_plus_intermediates;
    ssl_certificate_key /path/to/private_key;
    ssl_session_timeout 1d;
    ssl_session_cache shared:SSL:50m;
    ssl_session_tickets off;

    # Diffie-Hellman parameter for DHE ciphersuites, recommended 2048 bits
    ssl_dhparam /path/to/dhparam.pem;

    # intermediate configuration. tweak to your needs.
    ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
    ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES128-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-SHA:ECDHE-RSA-AES256-SHA384:ECDHE-RSA-AES128-SHA:ECDHE-ECDSA-AES256-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES256-SHA:ECDHE-RSA-AES256-SHA:DHE-RSA-AES128-SHA256:DHE-RSA-AES128-SHA:DHE-RSA-AES256-SHA256:DHE-RSA-AES256-SHA:ECDHE-ECDSA-DES-CBC3-SHA:ECDHE-RSA-DES-CBC3-SHA:EDH-RSA-DES-CBC3-SHA:AES128-GCM-SHA256:AES256-GCM-SHA384:AES128-SHA256:AES256-SHA256:AES128-SHA:AES256-SHA:DES-CBC3-SHA:!DSS';
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    # HSTS (ngx_http_headers_module is required) (15768000 seconds = 6 months)
    add_header Strict-Transport-Security max-age=15768000;

    # OCSP Stapling ---
    # fetch OCSP records from URL in ssl_certificate and cache them
    ssl_stapling on;
    ssl_stapling_verify on;

    ## verify chain of trust of OCSP response using Root CA and Intermediate certs
    ssl_trusted_certificate /path/to/root_CA_cert_plus_intermediates;

    resolver <IP DNS resolver>;

    ....
}

请根据自己的服务配置修改和添加内容，重点只需要关注6行：

server {
	listen 443 ssl http2;
	....
	ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem;
	ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem;
	ssl_dhparam /etc/nginx/ssl/dhparam.pem;

	ssl_trusted_certificate /etc/letsencrypt/live/example.com/root_ca_cert_plus_intermediates;

	resolver <IP DNS resolver>;
	....
}

这6行中，部分文件还不存在，逐个说明。

首先是第一行 listen 443 ssl http2; 作用是启用 Nginx 的 ngx_http_v2_module 模块支持 HTTP2，Nginx 版本需要高于 1.9.5，且编译时需要设置 --with-http_v2_module 。Arch Linux 的 Nginx 安装包中已经编译了这个模块，可以直接使用。如果你的 Linux 发行版本中的 Nginx 并不支持这个模块，可以自行 Google 如何加上。

ssl_certificate 和 ssl_certificate_key ，分别对应 fullchain.pem 和 privkey.pem，这2个文件是之前就生成好的证书和密钥。

ssl_dhparam 通过下面命令生成：

$ sudo mkdir /etc/nginx/ssl
$ sudo openssl dhparam -out /etc/nginx/ssl/dhparam.pem 2048

（可选）ssl_trusted_certificate 需要下载 Let's Encrypt 的 Root Certificates，不过根据 Nginx 官方文档所说，ssl_certificate 如果已经包含了 intermediates 就不再需要提供 ssl_trusted_certificate，这一步可以省略：

$ cd /etc/letsencrypt/live/example.com
$ sudo wget https://letsencrypt.org/certs/isrgrootx1.pem
$ sudo mv isrgrootx1.pem root.pem
$ sudo cat root.pem chain.pem > root_ca_cert_plus_intermediates

resolver 的作用是 “resolve names of upstream servers into addresses”，在這個配置中，resolver 是用來解析 OCSP 服務器的域名的，建议填写你的 VPS 提供商的 DNS 服务器，例如我的 VPN 在 Linode，DNS服务器填写：

resolver 106.187.90.5 106.187.93.5;

Nginx 配置完成后，重启后，用浏览器测试是否一切正常。

$ sudo systemctl restart nginx

这时候你的站点应该默认强制使用了 HTTPS，并且浏览器地址栏左边会有绿色的小锁：

自动化定期更新证书

Let's Encrypt 证书有效期是3个月，我们可以通过 certbot 来自动化续期。

在 Arch Linux 上，我们通过 systemd 来自动执行证书续期任务。

$ sudo vim /etc/systemd/system/letsencrypt.service

[Unit]
Description=Let's Encrypt renewal

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/certbot renew --quiet --agree-tos
ExecStartPost=/bin/systemctl reload nginx.service

然后增加一个 systemd timer 来触发这个服务：

$ sudo vim /etc/systemd/system/letsencrypt.timer

[Unit]
Description=Monthly renewal of Let's Encrypt's certificates

[Timer]
OnCalendar=daily
Persistent=true

[Install]
WantedBy=timers.target

启用服务，开启 timer：

$ sudo systemctl enable letsencrypt.timer
$ sudo systemctl start letsencrypt.timer

上面两条命令执行完毕后，你可以通过 systemctl list-timers 列出所有 systemd 定时服务。当中可以找到 letsencrypt.timer 并看到运行时间是明天的凌晨12点。

在其他 Linux 发行版本中，可以使用 crontab 来设定定时任务，自行 Google 吧。

用专业在线工具测试你的服务器 SSL 安全性

Qualys SSL Labs 提供了全面的 SSL 安全性测试，填写你的网站域名，给自己的 HTTPS 配置打个分。

如果你完全按照我上面教程配置，遵循了最佳实践，你应该和我一样得分是 A+

这意味着你启用了HTTPS，现在足够的安全，并且使用了最新技术，保证了性能。

为自己鼓个掌。 (๑•̀ㅂ•́)و✧