Go 語言快速入門指南：TLS 安全傳輸層協(xié)議

作者：宇宙之一粟 2022-10-28 18:36:18

傳統(tǒng)環(huán)境有豐富的工具和既定的安全最佳實(shí)踐，但對(duì)于云原生應(yīng)用來說，情況就不一樣了，云原生應(yīng)用往往采取幾個(gè)小的、往往是短暫的微服務(wù)的形式。

安全問題，讓人既愛又恨，不管是云原生應(yīng)用還是本地或其他，安全是任何應(yīng)用程序的一個(gè)重要特性。但往往很多時(shí)候，安全問題被忽視，成為最后考慮的問題，這樣的結(jié)果就是：一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)帶來災(zāi)難性結(jié)果。

傳統(tǒng)環(huán)境有豐富的工具和既定的安全最佳實(shí)踐，但對(duì)于云原生應(yīng)用來說，情況就不一樣了，云原生應(yīng)用往往采取幾個(gè)小的、往往是短暫的微服務(wù)的形式。雖然這種架構(gòu)提供了巨大的靈活性和可擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)，但它也為潛在的攻擊者創(chuàng)造了一個(gè)明顯的機(jī)會(huì)：服務(wù)之間的每一次通信都是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)模瑥亩蛊浔桓`聽和篡改。

1.TLS 簡(jiǎn)要介紹

TLS（Transport Layer Security，安全傳輸層），是一種加密協(xié)議，旨在通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供通信安全。TLS 是建立在傳輸層 TCP 協(xié)議之上的協(xié)議，服務(wù)于應(yīng)用層，它的前身是 SSL（Secure Socket Layer，安全套接字層），它實(shí)現(xiàn)了將應(yīng)用層的報(bào)文進(jìn)行加密后再交由 TCP 進(jìn)行傳輸?shù)墓δ堋?/p>

TLS 確保沒有第三方可以竊聽或篡改任何消息。它的使用是無處不在和廣泛的，它在 RFC 8446 中進(jìn)行了描述。

當(dāng)客戶端通過普通 HTTP 連接到服務(wù)器時(shí)，它開始在完成標(biāo)準(zhǔn) TCP 握手（SYN-> SYN -ACK-> ACK）后立即發(fā)送 TCP 數(shù)據(jù)包包裹的明文數(shù)據(jù)。使用 TLS ，情況更加復(fù)雜。

如上圖中，完成 TCP 握手后，服務(wù)器和客戶端執(zhí)行 TLS 握手，以接收雙方共同的私鑰并以此進(jìn)行特定的會(huì)話。然后，利用公鑰加密來保證它們之間交換的所有數(shù)據(jù)安全。盡管這個(gè)過程發(fā)生了很多事情，但這是 TLS 層為我們實(shí)現(xiàn)的東西。我們只需要正確設(shè)置TLS服務(wù)器（或客戶端）即可；

GO 中 HTTP 和 HTTPS 服務(wù)器之間的實(shí)際差異很小。

2.TLS 的優(yōu)點(diǎn)

加密： TLS/SSL 可以幫助使用加密保護(hù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)
互操作性：TLS/SSL 適用于大多數(shù) Web 瀏覽器，包括 Microsoft Internet Explorer 以及大多數(shù)操作系統(tǒng)和 Web 服務(wù)器
算法靈活性：TLS/SSL 為安全會(huì)話期間使用的身份驗(yàn)證機(jī)制、加密算法和散列算法提供操作
易于部署：許多應(yīng)用程序 TLS/SSL 臨時(shí)在 windows server 2003 操作系統(tǒng)上
使用方便：因?yàn)槲覀冊(cè)趹?yīng)用層下實(shí)現(xiàn)了 TLS/SSL，所以它的大部分操作對(duì)客戶端是完全不可見的

3.公鑰加密技術(shù)

在介紹 Go 使用 TLS 中如何設(shè)置 HTTPS 服務(wù)器的代碼之前，讓我們談?wù)勛C書。在上面的圖中，您會(huì)注意到服務(wù)器是其第一個(gè) ServerHello 消息的一部分，將證書發(fā)送給客戶端。正式地，這些被稱為 X.509 證書，由 RFC 5280 描述。

證書是將服務(wù)器的公鑰及其身份和受信任機(jī)構(gòu)（通常是證書授權(quán)）簽名的標(biāo)準(zhǔn)方法。舉個(gè)例子，在以前通過網(wǎng)上銀行進(jìn)行支付時(shí)，需要一個(gè)安全的雙方都信任的機(jī)構(gòu)頒發(fā)一個(gè)憑證。

比如當(dāng)訪問 www.xxbank.com 時(shí)，它帶有 xxbank 的公鑰證書——被受信任的機(jī)構(gòu)（Certificate Authority，簡(jiǎn)稱 CA），這個(gè)證書簽名可以有多個(gè)。（由 A 簽名的銀行 key 可以由 B 簽名，該 key 可以由 C 簽名，等等）

TLS 依賴公鑰加密法對(duì)信息進(jìn)行加密，在這種情況下，雙方都擁有自己的密鑰對(duì)。其中包括一個(gè)免費(fèi)公開的公鑰，和一個(gè)只有其所有者知道的私鑰。

任何人都可以使用公鑰對(duì)信息進(jìn)行加密，但只有用相應(yīng)的私鑰才能對(duì)其進(jìn)行解密。使用該協(xié)議，希望進(jìn)行私密通信的雙方可以交換他們的公鑰，然后可以用公鑰來保證所有后續(xù)通信的安全，而這種方式只能由持有相應(yīng)私鑰的預(yù)定收件人的主人來閱讀。

服務(wù)器檢查它們都支持的最高 SSL/TLS 版本，從一個(gè)客戶端選項(xiàng)（如果它支持一個(gè)）中選擇一個(gè)密碼套件，并可選擇選擇一種壓縮方法。在此基本設(shè)置完成后，服務(wù)器提供其證書。此證書必須由客戶端本身或客戶端信任的一方信任。在驗(yàn)證了證書并確定該服務(wù)器確實(shí)是他聲稱的人（而不是中間人）之后，交換了一個(gè)密鑰。這可以是一個(gè)公鑰，“PreMasterSecret”，也可以是任何東西，具體取決于密碼套件。

服務(wù)器和客戶端現(xiàn)在都可以計(jì)算對(duì)稱加密的密鑰。握手完成，兩臺(tái)主機(jī)可以安全通信。通過完成來關(guān)閉連接。 TCP 連接雙方都會(huì)知道連接被不當(dāng)終止。連接不會(huì)因此而受到損害，只會(huì)中斷。

4.Go 內(nèi)置的安全服務(wù)函數(shù)

net/http 的設(shè)計(jì)者友好地提供了一個(gè)我們熟悉的 TLS 的變體：ListenAndServe 函數(shù)，我們已經(jīng)很熟悉了。

func ListenAndServeTLS(addr, certFile, keyFile string, handler Handler) error

ListenAndServeTLS? 的使用和感覺幾乎與 ListenAnd Serve? 完全一樣，只是它有兩個(gè)額外的參數(shù)：certFile? 和 keyFile?。如果你碰巧有證書和私鑰的 PEM 文件，那么服務(wù) HTTPS 加密連接只是將這些文件的名稱傳遞給 ListenAndServeTLS 的問題。

http.ListenAndServeTLS(":8080", "cert.pem", "key.pem", nil)

這看起來超級(jí)方便。為了能夠本地測(cè)試，使用自簽名證書通常非常有用。自簽名證書是帶有公共密鑰 P 的某些實(shí)體 E 的證書，但該密鑰不是由已知證書授權(quán)簽名，而是由 P 本身簽名。雖然自簽名的證書還有一些其他合法用途，但我們將重點(diǎn)介紹它們?cè)谶@里進(jìn)行測(cè)試的用途。

GO 的標(biāo)準(zhǔn)庫對(duì)與加密，TLS 和證書相關(guān)的所有內(nèi)容都有很好的支持。讓我們看看如何在 GO 中生成自簽名的證書！

使用crypto/ecdsa，crypto/elliptic? 和 crypto/rand 包生成一對(duì)密鑰對(duì)：

privateKey, err := ecdsa.GenerateKey(elliptic.P256(), rand.Reader)
if err != nil {
  log.Fatalf("Failed to generate private key: %v", err)
}

創(chuàng)建證書模板：

serialNumberLimit := new(big.Int).Lsh(big.NewInt(1), 128)
serialNumber, err := rand.Int(rand.Reader, serialNumberLimit)
if err != nil {
  log.Fatalf("Failed to generate serial number: %v", err)
}

template := x509.Certificate{
  SerialNumber: serialNumber,
  Subject: pkix.Name{
    Organization: []string{"My Corp"},
  },
  DNSNames:  []string{"localhost"},
  NotBefore: time.Now(),
  NotAfter:  time.Now().Add(3 * time.Hour),

  KeyUsage:              x509.KeyUsageDigitalSignature,
  ExtKeyUsage:           []x509.ExtKeyUsage{x509.ExtKeyUsageServerAuth},
  BasicConstraintsValid: true,
}

每個(gè)證書都需要一個(gè)唯一的序列號(hào)；通常，證書局將將這些存儲(chǔ)在某些數(shù)據(jù)庫中，但是對(duì)于我們本地的需求，將有一個(gè)隨機(jī)的 128 位編號(hào)可以做到。這是摘要的前幾行所做的。

接下來是 x509.certificate 模板。有關(guān)字段含義的更多信息，請(qǐng)參見 Crypto/X509 包文檔以及 RFC5280 。我們只需注意，證書有效期為 3 小時(shí)，僅對(duì) localhost 域有效。

derBytes, err := x509.CreateCertificate(rand.Reader, &template, &template, &privateKey.PublicKey, privateKey)
if err != nil {
  log.Fatalf("Failed to create certificate: %v", err)
}

該證書是由模板創(chuàng)建的，并用我們之前生成的私鑰簽名。請(qǐng)注意，&template? 都在 createCertificate?的 template? 和 parent 參數(shù)中傳遞。后者是使該證書自我簽名的原因。

我們擁有服務(wù)器及其證書的私鑰（其中包含公共密鑰等）。現(xiàn)在剩下的就是將它們序列化為文件。首先，證書：

pemCert := pem.EncodeToMemory(&pem.Block{Type: "CERTIFICATE", Bytes: derBytes})
if pemCert == nil {
  log.Fatal("Failed to encode certificate to PEM")
}
if err := os.WriteFile("cert.pem", pemCert, 0644); err != nil {
  log.Fatal(err)
}
log.Print("wrote cert.pem\n")

然后，生成私鑰：

privBytes, err := x509.MarshalPKCS8PrivateKey(privateKey)
if err != nil {
  log.Fatalf("Unable to marshal private key: %v", err)
}
pemKey := pem.EncodeToMemory(&pem.Block{Type: "PRIVATE KEY", Bytes: privBytes})
if pemKey == nil {
  log.Fatal("Failed to encode key to PEM")
}
if err := os.WriteFile("key.pem", pemKey, 0600); err != nil {
  log.Fatal(err)
}
log.Print("wrote key.pem\n")

我們將證書和密鑰序列化為 PEM 文件，看起來像這樣（用于證書）：

5.HTTPS 服務(wù)器

例如：

package main

import (
 "io"
 "log"
 "net/http"
)

func main() {
 http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
  io.WriteString(w, "Hello, TLS!\n")
 })

 // One can use generate_cert.go in crypto/tls to generate cert.pem and key.pem.
 log.Printf("About to listen on 8080. Go to https://127.0.0.1:8080/")
 err := http.ListenAndServeTLS(":8080", "cert.pem", "key.pem", nil)
 log.Fatal(err)
}

參考鏈接：

Go HTTPS servers with TLS安全問題，讓人既愛又恨，不管是云原生應(yīng)用還是本地或其他，安全是任何應(yīng)用程序的一個(gè)重要特性。但往往很多時(shí)候，安全問題被忽視，成為最后考慮的問題，這樣的結(jié)果就是：一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)帶來災(zāi)難性結(jié)果。

6.TLS 簡(jiǎn)要介紹

TLS 確保沒有第三方可以竊聽或篡改任何消息。它的使用是無處不在和廣泛的，它在 RFC 8446 中進(jìn)行了描述。

GO 中 HTTP 和 HTTPS 服務(wù)器之間的實(shí)際差異很小。

7.TLS 的優(yōu)點(diǎn)

加密： TLS/SSL 可以幫助使用加密保護(hù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

互操作性：TLS/SSL 適用于大多數(shù) Web 瀏覽器，包括 Microsoft Internet Explorer 以及大多數(shù)操作系統(tǒng)和 Web 服務(wù)器

算法靈活性：TLS/SSL 為安全會(huì)話期間使用的身份驗(yàn)證機(jī)制、加密算法和散列算法提供操作

易于部署：許多應(yīng)用程序 TLS/SSL 臨時(shí)在 windows server 2003 操作系統(tǒng)上

使用方便：因?yàn)槲覀冊(cè)趹?yīng)用層下實(shí)現(xiàn)了 TLS/SSL，所以它的大部分操作對(duì)客戶端是完全不可見的

8.公鑰加密技術(shù)

9.Go 內(nèi)置的安全服務(wù)函數(shù)

net/http 的設(shè)計(jì)者友好地提供了一個(gè)我們熟悉的 TLS 的變體：ListenAndServe 函數(shù)，我們已經(jīng)很熟悉了。

func ListenAndServeTLS(addr, certFile, keyFile string, handler Handler) error

http.ListenAndServeTLS(":8080", "cert.pem", "key.pem", nil)

GO 的標(biāo)準(zhǔn)庫對(duì)與加密，TLS 和證書相關(guān)的所有內(nèi)容都有很好的支持。讓我們看看如何在 GO 中生成自簽名的證書！

使用crypto/ecdsa，crypto/elliptic? 和 crypto/rand 包生成一對(duì)密鑰對(duì)：

privateKey, err := ecdsa.GenerateKey(elliptic.P256(), rand.Reader)
if err != nil {
  log.Fatalf("Failed to generate private key: %v", err)
}

創(chuàng)建證書模板：

serialNumberLimit := new(big.Int).Lsh(big.NewInt(1), 128)
serialNumber, err := rand.Int(rand.Reader, serialNumberLimit)
if err != nil {
  log.Fatalf("Failed to generate serial number: %v", err)
}

template := x509.Certificate{
  SerialNumber: serialNumber,
  Subject: pkix.Name{
    Organization: []string{"My Corp"},
  },
  DNSNames:  []string{"localhost"},
  NotBefore: time.Now(),
  NotAfter:  time.Now().Add(3 * time.Hour),

  KeyUsage:              x509.KeyUsageDigitalSignature,
  ExtKeyUsage:           []x509.ExtKeyUsage{x509.ExtKeyUsageServerAuth},
  BasicConstraintsValid: true,
}

derBytes, err := x509.CreateCertificate(rand.Reader, &template, &template, &privateKey.PublicKey, privateKey)
if err != nil {
  log.Fatalf("Failed to create certificate: %v", err)
}

我們擁有服務(wù)器及其證書的私鑰（其中包含公共密鑰等）。現(xiàn)在剩下的就是將它們序列化為文件。首先，證書：

pemCert := pem.EncodeToMemory(&pem.Block{Type: "CERTIFICATE", Bytes: derBytes})
if pemCert == nil {
  log.Fatal("Failed to encode certificate to PEM")
}
if err := os.WriteFile("cert.pem", pemCert, 0644); err != nil {
  log.Fatal(err)
}
log.Print("wrote cert.pem\n")

然后，生成私鑰：

privBytes, err := x509.MarshalPKCS8PrivateKey(privateKey)
if err != nil {
  log.Fatalf("Unable to marshal private key: %v", err)
}
pemKey := pem.EncodeToMemory(&pem.Block{Type: "PRIVATE KEY", Bytes: privBytes})
if pemKey == nil {
  log.Fatal("Failed to encode key to PEM")
}
if err := os.WriteFile("key.pem", pemKey, 0600); err != nil {
  log.Fatal(err)
}
log.Print("wrote key.pem\n")

我們將證書和密鑰序列化為 PEM 文件，看起來像這樣（用于證書）：

10.HTTPS 服務(wù)器

例如：

package main

import (
 "io"
 "log"
 "net/http"
)

func main() {
 http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
  io.WriteString(w, "Hello, TLS!\n")
 })

 // One can use generate_cert.go in crypto/tls to generate cert.pem and key.pem.
 log.Printf("About to listen on 8080. Go to https://127.0.0.1:8080/")
 err := http.ListenAndServeTLS(":8080", "cert.pem", "key.pem", nil)
 log.Fatal(err)
}

參考鏈接：

Go HTTPS servers with TLS

責(zé)任編輯：武曉燕來源：宇宙之一粟

Go 語言 TLS