Go代码打通HTTPs

TL;DR 手工创建CA证书链，手写代码打通HTTPs的两端

HTTPs最近是一个重要的话题，同时也是一个有点难懂的话题。所以网上有大量的HTTPs/TLS/SSL的教程。关于这些的原理，这里不做讲解，有兴趣的可以自行搜索。

本文介绍一个自己创建证书，并编写 Go 代码实现 client/server 两端的过程。从实践的角度帮助理解。

构建 CA 证书链

我们首先要创建 client/server 使用的证书。创建证书的方法有很多种：有不怕麻烦，直接通过 openssl
创建的，有通过 cfssl 创建的。这里要介绍的是我认为最简单的一种：tls-gen

tls-gen是一个用 Python 编写的、非常易用的工具。它定义了三种 profile。这里我们选择最简单的一种：一个根证书和一组证书、私钥对。

在 shell 里面执行一下的命令:

1. git clone https://github.com/michaelklishin/tls-gen
2. cd tls-gen/basic
3. make CN=www.mytestdomain.io

就这样，我们就为域名 www.mytestdomain.io 创建了一套证书。观察一下当前路径的内容，我们会发现两个新的目录：testca 和 server。前者里面存放了刚刚创建的根证书 (root CA)，后者里面存放了我们之后的服务程序要用的的证书和私钥。

testca/
  cacert.pem

server/
  cert.pem
  key.pem

编写服务

接下来开始写代码。Go 对 TLS 的支持还是比较完备的，也比较简单。以下是服务器端的代码 (server.go):

func HelloServer(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    w.Header().Set("Content-Type", "text/plain")
    w.Write([]byte("This is an example server.\n"))
}

func main() {
    http.HandleFunc("/hello", HelloServer)
    err := http.ListenAndServeTLS(":1443", "server/cert.pem", "server/key.pem", nil)
    if err != nil {
        log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
    }
}

可以看到我们创建了一个 HTTP 服务，这个服务监听 1443 端口并且只处理一个路径 /hello。然后调用了下面这个函数来监听 1443 端口。注意我们给出了之前创建的服务的证书和私钥 - 这样就保证了HTTP会用加密的方式来传输。

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

运行服务程序：

go run server.go

访问HTTPs服务

假定我们的服务程序是运行在本地的。我们先改一下 /etc/hosts 来配置域名解析：

# echo 127.0.0.1 www.mytestdomain.io >> /etc/hosts

我们用以下的代码 (client.go) 来访问服务：

func main() {
    client := &http.Client{}
    resp, err := client.Get("https://www.mytestdomain.io:1443/hello")
    if err != nil {
        panic("failed to connect: " + err.Error())
    }
    content, _ := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    s := strings.TrimSpace(string(content))

    fmt.Println(s)
}

运行 go run client.go，只能得到这样的错误：

panic: failed to connect: Get https://www.mytestdomain.io:1443/hello: x509: certificate signed by unknown authorit

这是因为系统不知道如何来处理这个 self signed 证书。

各个 OS 添加根证书的方法是不同的。对于 Linux 系统 (以 Ubuntu 为例) 来说，把证书文件放到相应的目录即可：

# sudo cp testca/cacert.pem /etc/ssl/certs

如果是 macOS，可以用一下的命令：

# sudo security add-trusted-cert -d -r trustRoot -k /Library/Keychains/System.keychain  testca/cacert.pem

上面的方法会把我们手工创建的 root CA
添加到系统所已知的列表里面。这样一来，所有用该 root CA
创建的证书都可以被认证了。

现在我们再次运行刚才那个程就会成功的获得服务端的响应了：

This is an example server.

另一种访问方法

假如只是一个普通的用户，没有 root/sudo 权限，不就无法做上面的操作了吗？这种情况下还有另外一种做法: 把 root CA 放置在代码里面。

在上面的 client.go 里面添加这么几行代码：

func main() {
    roots := x509.NewCertPool()
    ok := roots.AppendCertsFromPEM([]byte(rootPEM))
    if !ok {
        panic("failed to parse root certificate")
    }

    tr := &http.Transport{
        TLSClientConfig: &tls.Config{RootCAs: roots},
    }

    client := &http.Client{Transport: tr}
    // ...

其中的 rootPEM 就是 testca/cacert.pem 的内容

var rootPEM = `
-----BEGIN CERTIFICATE-----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-----END CERTIFICATE-----`

也就是说，我们用准备好的 root CA 的内容产生了一个新的 http transport。

运行一下 go run client.go。成功！

This is an example server.

总结

一对 HTTPs client/server 程序中需要一个共同的 root CA。服务器端需要该 root CA 创建的 CA/私钥对。

这里用的是 Go 语言来实现，其它的语言过程也类似。