SSL证书颁发机制与方式

这篇文章讲一下申请SSL证书的几种流程，包括Web、ACME等方式。

SSL证书签发机制

CA（Certificate Authority，证书颁发机构）是互联网中的“可信第三方”，负责验证域名所有权并签发SSL/TLS证书。
CA的核心职责不是为域名生成密钥对，而是对用户生成的公钥进行签名，证明这个公钥确实属于某个身份，如域名、企业等。

浏览器之所以信任某个网站的证书，不是因为信任网站本身，而是因为该证书最终能够追溯到浏览器或操作系统内置的受信任根CA。像Let's Encrypt、DigiCert、Sectigo等都是被主流浏览器信任的公开CA，而腾讯云、阿里云等证书申请平台通常只是代办或管理平台，真正签发证书的仍然是这些CA。

判断一个CA是否可信，最简单的方法就是看它的根证书是否被Chrome、Firefox、Windows、macOS等主流系统和浏览器默认信任。

此外，如果一个恶意SSL证书被浏览器/系统信任，那么这个恶意证书所有者便可以伪装服务端，对客户端发起中间人攻击。

Web端申请

这是最传统的SSL证书申请方式，流程如下：

登录证书申请网站——>填写申请域名信息——>完成域名验证——>下载证书——>部署证书

常见的证书申请平台包括ZeroSSL、腾讯云SSL证书服务、阿里云SSL证书服务等。
其中，DNS TXT记录验证是目前最常见的方式之一，通过在域名的DNS配置中添加指定的TXT记录，证书颁发机构（Certificate Authority，CA）即可验证申请者对域名的控制权。

ACME端申请

ACME 全称：Automated Certificate Management Environment，中文一般翻译为自动化证书管理环境，它本身是一种协议，由IETF（Internet Engineering Task Force）制定。除了ACME，IETF还制定了HTTP、DNS、TCP/IP等等众多协议，包括先前博文提到的RFC文档也是这个组织发布的。

相较于繁琐的Web控制台申请方式，ACME是目前最主流的SSL证书申请方式，其大致流程如下：

安装ACME客户端——>向CA发起证书申请——>CA下发Challenge——>客户端自动完成域名验证——>CA签发证书——>客户端自动下载证书——>部署证书

在RFC 8737中，ACME的Challenge一共就3种，如下表所示：

下面详细介绍3种Challenge的认证机制

HTTP-01

在ACME协议中，HTTP-01 Challenge是最常见的域名所有权验证方式。
其核心思想是：通过验证申请者是否能够控制目标域名对应的Web服务，来证明其拥有该域名的管理权限。

当客户端向 CA 申请证书时，CA 会生成一个随机的 Challenge Token，并要求客户端将该 Token 按照规定格式放置在 Web 服务器的指定路径下：

http://<domain>/.well-known/acme-challenge/<token>

随后，CA会主动向该URL发起HTTP请求。如果能够成功获取到预期内容，则认为申请者拥有该域名的控制权，验证通过后即可签发证书。
这个临时的Web服务，通常由ACME客户端自动化轻量化提供，所以，通过这种方式签发SSL证书时，一定要确保主机80端口没有被占用。

DNS-01

DNS-01是ACME协议中基于DNS记录的域名验证方式。与HTTP-01不同，DNS-01不依赖Web服务，而是通过验证指定DNS TXT记录的内容来确认申请者拥有目标域名的控制权。
由于域名解析记录通常只有域名管理者才能修改，因此能够成功创建指定TXT记录即可证明对该域名拥有管理权限。

当客户端向 CA 申请证书时，CA 会生成一个随机 Challenge Token，并要求客户端在目标域名下创建一条特定的 TXT 记录：

_acme-challenge.<domain>

客户端将计算得到的 Challenge Value 写入该 TXT 记录后，CA 会主动查询 DNS 服务器。
如果查询结果与预期内容一致，则验证通过，CA 随后签发证书。

通过ACME客户端申领时，由于要配置DNS解析，所以要提供DNS服务商的API凭证，以确保ACME客户端能够自动化配置DNS解析。

这种方式其实和Web端申领SSL证书的原理一样。

TLS-ALPN-01

与HTTP-01通过HTTP文件验证不同，TLS-ALPN-01通过TLS握手过程中的ALPN（Application-Layer Protocol Negotiation）扩展完成域名所有权验证。
该方式要求申请者能够控制目标域名对应的 HTTPS 服务，因此常用于无法开放80端口但能够开放443端口的场景。

当客户端申请证书时，CA会生成一个Challenge Token，并要求客户端在443端口提供一个特殊的临时证书。
随后，CA会与目标域名建立TLS连接，并在TLS握手阶段通过ACME专用的 ALPN 标识，acme-tls/1请求验证。

如果服务器返回的临时证书中包含正确的Challenge信息，则验证通过，CA随后签发正式证书。

自签证书

除了上述两种证书申请模式，还有一种自签证书。
自签名证书是由证书持有者自行签发的数字证书，其签发者（Issuer）和主体（Subject）为同一实体。

与由公开证书颁发机构（CA）签发的证书不同，自签名证书不需要经过第三方机构认证，因此浏览器和操作系统默认不会信任该证书。

使用OpenSSL可快速生成自签名证书：

openssl req \
  -x509 \
  -newkey rsa:2048 \
  -nodes \
  -keyout server.key \
  -out server.crt \
  -days 365

生成文件：

server.key 私钥
server.crt 自签名证书

随后即可配置到Nginx、Apache或其他TLS服务中使用。
此外，自签证书可以随时将公钥发送给CA机构进行签名，签名后即可受浏览器或操作系统信任。

ACME客户端介绍

常见 ACME 客户端

ACME客户端负责与CA通信、完成Challenge验证、申请证书以及自动续期。当前主流的 ACME 客户端如下：

比如，使用acme.sh，可通过以下命令迅速签发一个SSL证书

~/.acme.sh/acme.sh --issue --standalone --domain example.com

所以，由于ACME协议的便捷性，已经成为SSL证书申请的主流方式。