MINA、Netty、Twisted一起学（十二）：HTTPS

由于HTTPS协议是由HTTP协议加上SSL/TLS协议组合而成，在阅读本文前可以先阅读一下HTTP服务器和SSL/TLS两篇博文，本文中的代码也是由这两篇博文中的代码组合而成。

HTTPS介绍

上一篇博文中介绍了SSL/TLS协议，我们平时接触最多的SSL/TLS协议的应用就是HTTPS协议了，现在可以看到越来越多的网站已经是https开头了，百度搜索也由曾经的http改为https。有关百度为什么升级https推荐阅读：http://zhanzhang.baidu.com/wiki/383

HTTPS即HTTP over SSL，实际上就是在原来HTTP协议的底层加入了SSL/TLS协议层，使得客户端（例如浏览器）与服务器之间的通信加密传输，攻击者无法窃听和篡改。相对而言HTTP协议则是明文传输，安全性并不高。

HTTPS主要可以避免以下几个安全问题：

1. 窃听隐私：使用明文传输的HTTP协议，传输过程中的信息都可能会被攻击者窃取到，例如你登录网站的用户名和密码、在电商的购买记录、搜索记录等，这就会造成例如账号被盗、各种隐私泄漏的风险。而使用HTTPS对通信内容加密过后，即使被攻击者窃取到也无法破解其中的内容。
2. 篡改内容：HTTP使用明文传输，不但消息会被窃取，还可能被篡改，例如常见的运营HTTP商劫持。你是否曾经浏览http协议的百度时，时不时会在页面下方弹出小广告，这些小广告并不是百度放上去的，而是电信网通等运营商干的，运营商通过篡改服务器返回的页面内容，加入一段HTML代码就可以轻松实现小广告。而使用HTTPS的百度，就不再会出现这样的小广告，因为攻击者无法对传输内容解密和加密，就无法篡改。
   
3. 冒充：例如DNS劫持，当你输入一个http网址在浏览器打开时，有可能打开的是一个假的网站，连的并不是真网站的服务器，假的网站可能给你弹出广告，还可能让你输入用户名密码来盗取账户。使用HTTPS的话，服务器都会有数字证书和私钥，数字证书公开的，私钥是网站服务器私密的，假网站如果使用假的证书，浏览器会拦截并提示，如果使用真的证书，由于没有私钥也无法建立连接。
   

生成私钥和证书

浏览器信任的证书一般是CA机构（证书授权中心）颁发的，证书有收费的也有免费的，本文使用免费证书用于测试。可以在腾讯云https://www.qcloud.com/product/ssl申请一个免费证书，申请证书前需要提供一个域名，即该证书作用的域名。

我在本文中使用的是我自己的域名gw2.vsgames.cn在腾讯云申请的免费证书，如果没有自己的域名无法申请免费证书，可以在本文的末尾下载源码，其中有我生成好的证书用于测试。

证书生成好下载后包含一个私钥文件(.key)和一个证书文件(.crt)，腾讯云生成的证书可以在Nginx目录下找到这两个文件。

这两个文件在Twisted中可以直接使用，但是Java只能使用PKCS#8私钥文件，需要对上面的.key文件用openssl进行转换（如果你是在我提供的源码中获取证书和私钥文件，我已经提供了转换好的私钥，可以跳过这一步）。

转换成DER二进制格式私钥文件，供MINA使用：

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in 2_gw2.vsgames.cn.key -outform DER -nocrypt -out private.der

转换成PEM文本格式私钥文件，供Netty使用：

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in 2_gw2.vsgames.cn.key -outform PEM -nocrypt -out private.pem

除了在CA机构申请证书，还可以通过自签名的方式生成私钥和证书，上一篇博文中采用的就是这种方式。不过由于自签名的证书不是CA机构颁发，不受浏览器信任，在浏览器打开HTTPS地址时会有安全提示，测试时可以忽略提示。

HTTPS服务器实现

将MINA、Netty、Twisted一起学（八）：HTTP服务器和MINA、Netty、Twisted一起学（十一）：SSL/TLS中的代码结合起来，即可实现HTTPS服务器。

MINA

在http://xxgblog.com/2014/09/23/mina-netty-twisted-8/#MINA代码的基础上，在HttpServerCodec之前加上SslFilter即可。

public class MinaServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        String certPath = "/Users/wucao/Desktop/https/1_gw2.vsgames.cn_bundle.crt";  // 证书
        String privateKeyPath = "/Users/wucao/Desktop/https/private.der";  // 私钥

        // 证书
        // https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/security/cert/X509Certificate.html
        InputStream inStream = null;
        Certificate certificate = null;
        try {
            inStream = new FileInputStream(certPath);
            CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
            certificate = cf.generateCertificate(inStream);
        } finally {
            if (inStream != null) {
                inStream.close();
            }
        }

        // 私钥
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Files.readAllBytes(new File(privateKeyPath).toPath()));
        PrivateKey privateKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePrivate(keySpec);

        KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
        ks.load(null, null);
        Certificate[] certificates = {certificate};
        ks.setKeyEntry("key", privateKey, "".toCharArray(), certificates);

        KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
        kmf.init(ks, "".toCharArray());

        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        sslContext.init(kmf.getKeyManagers(), null, null);

        IoAcceptor acceptor = new NioSocketAcceptor();
        DefaultIoFilterChainBuilder chain = acceptor.getFilterChain();
        chain.addLast("ssl", new SslFilter(sslContext));  // SslFilter + HttpServerCodec实现HTTPS
        chain.addLast("codec", new HttpServerCodec());
        acceptor.setHandler(new HttpServerHandle());
        acceptor.bind(new InetSocketAddress(8080));
    }
}

class HttpServerHandle extends IoHandlerAdapter {

    @Override
    public void exceptionCaught(IoSession session, Throwable cause)
            throws Exception {
        cause.printStackTrace();
    }

    @Override
    public void messageReceived(IoSession session, Object message)
            throws Exception {

        if (message instanceof HttpRequest) {

            // 请求，解码器将请求转换成HttpRequest对象
            HttpRequest request = (HttpRequest) message;

            // 获取请求参数
            String name = request.getParameter("name");
            if(name == null) {
                name = "World";
            }
            name = URLDecoder.decode(name, "UTF-8");

            // 响应HTML
            String responseHtml = "<html><body>Hello, " + name + "</body></html>";
            byte[] responseBytes = responseHtml.getBytes("UTF-8");
            int contentLength = responseBytes.length;

            // 构造HttpResponse对象，HttpResponse只包含响应的status line和header部分
            Map<String, String> headers = new HashMap<String, String>();
            headers.put("Content-Type", "text/html; charset=utf-8");
            headers.put("Content-Length", Integer.toString(contentLength));
            HttpResponse response = new DefaultHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpStatus.SUCCESS_OK, headers);

            // 响应BODY
            IoBuffer responseIoBuffer = IoBuffer.allocate(contentLength);
            responseIoBuffer.put(responseBytes);
            responseIoBuffer.flip();

            session.write(response); // 响应的status line和header部分
            session.write(responseIoBuffer); // 响应body部分
        }
    }
}

Netty

在http://xxgblog.com/2014/09/23/mina-netty-twisted-8/#Netty代码的基础上，在ChannelPipeline最前边加上SslHandler即可。

public class NettyServer {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, SSLException {

        File certificate = new File("/Users/wucao/Desktop/https/1_gw2.vsgames.cn_bundle.crt");  // 证书
        File privateKey = new File("/Users/wucao/Desktop/https/private.pem");  // 私钥
        final SslContext sslContext = SslContextBuilder.forServer(certificate, privateKey).build();

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
            b.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

                            // 加入SslHandler实现HTTPS
                            SslHandler sslHandler = sslContext.newHandler(ch.alloc());
                            pipeline.addLast(sslHandler);

                            pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
                            pipeline.addLast(new HttpServerHandler());
                        }
                    });
            ChannelFuture f = b.bind(8080).sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            workerGroup.shutdownGracefully();
            bossGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

class HttpServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws UnsupportedEncodingException {

        if (msg instanceof HttpRequest) {

            // 请求，解码器将请求转换成HttpRequest对象
            HttpRequest request = (HttpRequest) msg;

            // 获取请求参数
            QueryStringDecoder queryStringDecoder = new QueryStringDecoder(request.uri());
            String name = "World";
            if(queryStringDecoder.parameters().get("name") != null) {
                name = queryStringDecoder.parameters().get("name").get(0);
            }

            // 响应HTML
            String responseHtml = "<html><body>Hello, " + name + "</body></html>";
            byte[] responseBytes = responseHtml.getBytes("UTF-8");
            int contentLength = responseBytes.length;

            // 构造FullHttpResponse对象，FullHttpResponse包含message body
            FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1, HttpResponseStatus.OK, Unpooled.wrappedBuffer(responseBytes));
            response.headers().set("Content-Type", "text/html; charset=utf-8");
            response.headers().set("Content-Length", Integer.toString(contentLength));

            ctx.writeAndFlush(response);
        }
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

Twisted

将http://xxgblog.com/2014/09/23/mina-netty-twisted-8/#Twisted中reactor.listenTCP改为的reactor.listenSSL，即可从HTTP协议切到HTTPS协议。

# -*- coding:utf-8 –*-

from twisted.internet import reactor, ssl
from twisted.web import server, resource

sslContext = ssl.DefaultOpenSSLContextFactory(
    '/Users/wucao/Desktop/https/2_gw2.vsgames.cn.key',  # 私钥
    '/Users/wucao/Desktop/https/1_gw2.vsgames.cn_bundle.crt',  # 证书
)

class MainResource(resource.Resource):

    isLeaf = True

    # 用于处理GET类型请求
    def render_GET(self, request):

        # name参数
        name = 'World'
        if request.args.has_key('name'):
            name = request.args['name'][0]

        # 设置响应编码
        request.responseHeaders.addRawHeader("Content-Type", "text/html; charset=utf-8")

        # 响应的内容直接返回
        return "<html><body>Hello, " + name + "</body></html>"

site = server.Site(MainResource())
reactor.listenSSL(8080, site, sslContext)
reactor.run()

客户端测试

由于浏览器就是最天然的HTTPS客户端，这里可以使用浏览器来测试。

首先，由于我的证书对应的域名是gw2.vsgames.cn，而服务器代码运行在本机上，所以先需要配置hosts将域名解析到localhost上：

127.0.0.1 gw2.vsgames.cn

在浏览器打开https://gw2.vsgames.cn:8080/?name=叉叉哥可以看到测试结果：

证书和私钥正确的HTTPS服务器，在Chrome浏览器左上角会有“安全”提示，其他浏览器也会有相应的提示。

MINA、Netty、Twisted一起学系列

MINA、Netty、Twisted一起学（一）：实现简单的TCP服务器

MINA、Netty、Twisted一起学（二）：TCP消息边界问题及按行分割消息

MINA、Netty、Twisted一起学（三）：TCP消息固定大小的前缀(Header)

MINA、Netty、Twisted一起学（四）：定制自己的协议

MINA、Netty、Twisted一起学（五）：整合protobuf

MINA、Netty、Twisted一起学（六）：session

MINA、Netty、Twisted一起学（七）：发布/订阅（Publish/Subscribe）

MINA、Netty、Twisted一起学（八）：HTTP服务器

MINA、Netty、Twisted一起学（九）：异步IO和回调函数

MINA、Netty、Twisted一起学（十）：线程模型

MINA、Netty、Twisted一起学（十一）：SSL/TLS

MINA、Netty、Twisted一起学（十二）：HTTPS

源码

https://github.com/wucao/mina-netty-twisted