Nginx 配合 BoringSSL 进行编译，并且启用 chacha20-poly1305 加密教程
xiaolvmu · 2015-03-05 11:13:21 +08:00 via Android · 10777 次点击这是一个创建于 3552 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。
这是一篇很特殊的教程。对于大多数网站来说，OpenSSL 足够稳定和兼容。因此 ChaCha20-Poly1305 系（以下简称CP）加密似乎是不必要的。
但是，ChaCha20-Poly1305 加密在 ARM 平台上有着先天的优势。
根据测试，在许多移动设备上，ChaCha20-Poly1305 加密的速度是 AES 的3倍还多。这样，网站在移动设备上的体验将会更好。虽然这种优化很难感受到，远没有 fcgi_cache/pagespeed 之类明显，不过为了信仰，还是要试一试。
一：方案的选择。
1：至今 OpenSSL 还没能在生产环境中支持 ChaCha20-Poly1305 加密。
在一个特殊的分支中，OpenSSL 添加了对这种加密的支持，叫做 the 1.0.2-aead branch。不过依然不建议使用。
你可以参考的资料：
https://www.onwebsecurity.com/cryptography/openssl
2：我们的选择主要是 LibreSSL（OpenBSD 创建的 OpenSSL 分支） 和 BoringSSL（Google 创建的 OpenSSL 分支）。
你可以参考的资料：
https://boringssl.googlesource.com/boringssl/
http://m.slashdot.org/story/203641
http://ftp.openbsd.org/pub/OpenBSD/LibreSSL/
3：关于 Web 服务器。
在 Apache HTTP Server 下，BoringSSL 和 LibreSSL 会导致 mod_ssl 出错，只有用 nginx 对其进行反代才有可能实现。而反代对资源消耗太大，因此，我们在方案中直接弃用 Apache，使用 Nginx。注意，以下所有的资料都针对 Nginx HTTPS Webserver。
4：LibreSSL or BoringSSL？
就在前天，LibreSSL 的 2.1.4 版本发布了。
实现这套加密时，我最开始选择的加密库是 LibreSSL，因为资料非常齐全。但是我仅仅编译成功了 LibreSSL 2.1.1 版本，在高于 2.1.1 的版本中，存在一个特殊的编译问题，经过我的测试，2.1.2/2.1.3 版本都不能和 Nginx 1.7.10 一起编译成功。因为 2.1.4 刚刚出来，我还没有测试，大家可以试一试。
LibreSSL 的 2.1.4 更新日志：
http://undeadly.org/cgi?action=article&sid=20150304092744
2.1.2 编译问题的相关讨论：
https://github.com/libressl-portable/portable/issues/51
最终，我选择 BoringSSL 作为解决方案。
5：为什么不采用 LibreSSL？
在 LibreSSL 2.1.2 所有以前的版本中均存在一个可导致拒绝服务攻击的漏洞。
在 ssllabs.com 中，使用 LibreSSL 2.1.2 以下版本时，会有一个特殊的警告。
This server doesn't support TLS_Fallback_SCSV.
这方面的讨论非常多，你可以参考的资料：
https://tools.ietf.org/html/draft-bmoeller-tls-downgrade-scsv-01
（虽然这一篇我看不懂。。。）
而 LibreSSL 2.1.2 和 2.1.3 版本会导致无法 make nginx，而且没有方便的解决方案/patch。
因此我们不再考虑 LibreSSL。
二：BoringSSL 的编译
花了这么多篇幅讲述方案的选择，再写编译就很明了了：
1：使用的软件包
稍后用到
Nginx Mainline 1.7.10：
http://nginx.org/en/download.html
或者 wget http://nginx.org/download/nginx-1.7.10.tar.gz
BoringSSL 源码
git clone https://boringssl.googlesource.com/boringssl
2：假定的目录
/boring
--boringssl
--nginx-1.7.10.tar.gz
3：处理链接搜索路径：
cd /boring/boringssl
sed -i \
-e 's:-ggdb -std=c89:-std=c89 -march=sandybridge -O2 -pipe -fdiagnostics-color=always:' \
-e 's:-ggdb -std=c++0x:-std=c++0x -march=sandybridge -O2 -pipe -fdiagnostics-color=always:' \
-e '/^add_subdirectory(ssl\/test)/d' \
-e '/^add_subdirectory(tool)/d' \
CMakeLists.txt
这些命令来自 Github @wmark install.sh。在我执行的时候，只sed了后3行，似乎没有问题，不过建议大家全部执行。
使用这个 install.sh 也是不错的办法，不过centos 7 x64失败了，只有手动来了。
4：开始编译 BoringSSL
先安装 CMake，在这里找 releases
https://github.com/Kitware/CMake
cd /boring/boringssl
mkdir build &&cd build
cmake ../ && make
cd ..
5：处理加密库，使它兼容 OpenSSL
cd /boring/boringssl
mkdir -p .openssl/lib
ln -s include /boring/boringssl/.openssl/
#
注意！在这一步中，链接到的目录最好是绝对路径，不然容易在进入时出现
Too many levels of symbolic links
#
cp build/crypto/libcrypto.a build/ssl/libssl.a .openssl/lib
#注意，如果你在编译时没有输出 libssl.a/libcrypto.a，说明编译错误了
#
三：Nginx 的编译
Nginx 不支持动态so库，所有的模块必须编译时一起编译进去。
1：分享一下我的 nginx config参数：
[root@default ~]# /etc/sbin/nginx -V
TLS SNI support enabled
configure arguments: --prefix=/etc --user=nginx --group=nginx --with-openssl=../boringssl --with-ld-opt=-lrt --with-http_spdy_module --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module --with-pcre --add-module=../ngx_cache_purge-2.3 --add-module=/boring/ngx_pagespeed-1.9.32.3-beta
我额外使用了 cache purge 和 pagespeed 模块。
Frickle 的 ngx_cache_purge 模块：
https://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge
Google 的 ngx_pagespeed 模块：
https://github.com/pagespeed/ngx_pagespeed
找到 release，解压即可，add-module 的路径必须是绝对路径。
注意：ngx_pagespeed 需要 psol
cd /path/to/pagespeed/module
wget https://dl.google.com/dl/page-speed/psol/1.9.32.3.tar.gz
tar -xzvf 1.9.32.3.tar.gz # expands to psol/
发现扯远了-_-||继续说 boringSSL
--with-openssl=../boringssl --with-ld-opt=-lrt --with-http_ssl_module
这是必要的编译参数。
2：开始编译
注意！这时需要先更新 ssl.h 的文件时间，防止被 nginx 重新编译导致 make nginx 失败。
cd /boring/boringssl/.openssl/include/openssl
touch ssl.h
cd /boring/nginx-1.7.10
make
3：安装 nginx
make upgrade
四：Nginx 的配置
server {} 字段
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;ssl_ciphers CHACHA20:AES128:AES256:GCM:!DH:!RC4:!aNULL:!eNULL:!LOW:!3DES:!MD5:!EXP:!PSK:!SRP:!DSS;add_header Strict-Transport-Security max-age=31536000;ssl_prefer_server_ciphers on;
PS：BoringSSL 默认禁用 SSLv3。
五：其他的 nginx 安全配置
1：HSTS
add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubdomains; preload";
可以多配置几个：
server_tokens off;
add_header X-Frame-Options SAMEORIGIN;
add_header X-Content-Type-Options nosniff;
add_header X-XSS-Protection "1; mode=block";
2：SPDY 3.1 的实现
listen 443 ssl default spdy
add_header Alternate-Protocol 443:npn-spdy/3.1;
3：完美向前保密（PFS）
openssl dhparam -rand - 2048 >> /path/to/my-key.crt
#这需要比较长的时间。
2048 位还是不错的选择，我在生成的时候选择了 4096 位，后悔了。。
#
4：对于使用 StartSSL 证书的同学
http://www.startssl.com/certs/class1/sha2/pem/
也有 sha2 加密的哦(>﹏<)
#configuration
ssl_dhparam /etc/conf/dh4096.pem
六：我想说的
安全性是一个永恒的话题。
安全性会牺牲很多东西，例如兼容性，例如加载网页的速度。
不要太过于追求安全性，而我们，需要在安全性和易用性之间，做出一个较好的权衡。
完
但是，ChaCha20-Poly1305 加密在 ARM 平台上有着先天的优势。
根据测试，在许多移动设备上，ChaCha20-Poly1305 加密的速度是 AES 的3倍还多。这样，网站在移动设备上的体验将会更好。虽然这种优化很难感受到，远没有 fcgi_cache/pagespeed 之类明显，不过为了信仰，还是要试一试。
一：方案的选择。
1：至今 OpenSSL 还没能在生产环境中支持 ChaCha20-Poly1305 加密。
在一个特殊的分支中，OpenSSL 添加了对这种加密的支持，叫做 the 1.0.2-aead branch。不过依然不建议使用。
你可以参考的资料：
https://www.onwebsecurity.com/cryptography/openssl
2：我们的选择主要是 LibreSSL（OpenBSD 创建的 OpenSSL 分支） 和 BoringSSL（Google 创建的 OpenSSL 分支）。
你可以参考的资料：
https://boringssl.googlesource.com/boringssl/
http://m.slashdot.org/story/203641
http://ftp.openbsd.org/pub/OpenBSD/LibreSSL/
3：关于 Web 服务器。
在 Apache HTTP Server 下，BoringSSL 和 LibreSSL 会导致 mod_ssl 出错，只有用 nginx 对其进行反代才有可能实现。而反代对资源消耗太大，因此，我们在方案中直接弃用 Apache，使用 Nginx。注意，以下所有的资料都针对 Nginx HTTPS Webserver。
4：LibreSSL or BoringSSL？
就在前天，LibreSSL 的 2.1.4 版本发布了。
实现这套加密时，我最开始选择的加密库是 LibreSSL，因为资料非常齐全。但是我仅仅编译成功了 LibreSSL 2.1.1 版本，在高于 2.1.1 的版本中，存在一个特殊的编译问题，经过我的测试，2.1.2/2.1.3 版本都不能和 Nginx 1.7.10 一起编译成功。因为 2.1.4 刚刚出来，我还没有测试，大家可以试一试。
LibreSSL 的 2.1.4 更新日志：
http://undeadly.org/cgi?action=article&sid=20150304092744
2.1.2 编译问题的相关讨论：
https://github.com/libressl-portable/portable/issues/51
最终，我选择 BoringSSL 作为解决方案。
5：为什么不采用 LibreSSL？
在 LibreSSL 2.1.2 所有以前的版本中均存在一个可导致拒绝服务攻击的漏洞。
在 ssllabs.com 中，使用 LibreSSL 2.1.2 以下版本时，会有一个特殊的警告。
This server doesn't support TLS_Fallback_SCSV.
这方面的讨论非常多，你可以参考的资料：
https://tools.ietf.org/html/draft-bmoeller-tls-downgrade-scsv-01
（虽然这一篇我看不懂。。。）
而 LibreSSL 2.1.2 和 2.1.3 版本会导致无法 make nginx，而且没有方便的解决方案/patch。
因此我们不再考虑 LibreSSL。
二：BoringSSL 的编译
花了这么多篇幅讲述方案的选择，再写编译就很明了了：
1：使用的软件包
稍后用到
Nginx Mainline 1.7.10：
http://nginx.org/en/download.html
或者 wget http://nginx.org/download/nginx-1.7.10.tar.gz
BoringSSL 源码
git clone https://boringssl.googlesource.com/boringssl
2：假定的目录
/boring
--boringssl
--nginx-1.7.10.tar.gz
3：处理链接搜索路径：
cd /boring/boringssl
sed -i \
-e 's:-ggdb -std=c89:-std=c89 -march=sandybridge -O2 -pipe -fdiagnostics-color=always:' \
-e 's:-ggdb -std=c++0x:-std=c++0x -march=sandybridge -O2 -pipe -fdiagnostics-color=always:' \
-e '/^add_subdirectory(ssl\/test)/d' \
-e '/^add_subdirectory(tool)/d' \
CMakeLists.txt
这些命令来自 Github @wmark install.sh。在我执行的时候，只sed了后3行，似乎没有问题，不过建议大家全部执行。
使用这个 install.sh 也是不错的办法，不过centos 7 x64失败了，只有手动来了。
4：开始编译 BoringSSL
先安装 CMake，在这里找 releases
https://github.com/Kitware/CMake
cd /boring/boringssl
mkdir build &&cd build
cmake ../ && make
cd ..
5：处理加密库，使它兼容 OpenSSL
cd /boring/boringssl
mkdir -p .openssl/lib
ln -s include /boring/boringssl/.openssl/
#
注意！在这一步中，链接到的目录最好是绝对路径，不然容易在进入时出现
Too many levels of symbolic links
#
cp build/crypto/libcrypto.a build/ssl/libssl.a .openssl/lib
#注意，如果你在编译时没有输出 libssl.a/libcrypto.a，说明编译错误了
#
三：Nginx 的编译
Nginx 不支持动态so库，所有的模块必须编译时一起编译进去。
1：分享一下我的 nginx config参数：
[root@default ~]# /etc/sbin/nginx -V
TLS SNI support enabled
configure arguments: --prefix=/etc --user=nginx --group=nginx --with-openssl=../boringssl --with-ld-opt=-lrt --with-http_spdy_module --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module --with-pcre --add-module=../ngx_cache_purge-2.3 --add-module=/boring/ngx_pagespeed-1.9.32.3-beta
我额外使用了 cache purge 和 pagespeed 模块。
Frickle 的 ngx_cache_purge 模块：
https://github.com/FRiCKLE/ngx_cache_purge
Google 的 ngx_pagespeed 模块：
https://github.com/pagespeed/ngx_pagespeed
找到 release，解压即可，add-module 的路径必须是绝对路径。
注意：ngx_pagespeed 需要 psol
cd /path/to/pagespeed/module
wget https://dl.google.com/dl/page-speed/psol/1.9.32.3.tar.gz
tar -xzvf 1.9.32.3.tar.gz # expands to psol/
发现扯远了-_-||继续说 boringSSL
--with-openssl=../boringssl --with-ld-opt=-lrt --with-http_ssl_module
这是必要的编译参数。
2：开始编译
注意！这时需要先更新 ssl.h 的文件时间，防止被 nginx 重新编译导致 make nginx 失败。
cd /boring/boringssl/.openssl/include/openssl
touch ssl.h
cd /boring/nginx-1.7.10
make
3：安装 nginx
make upgrade
四：Nginx 的配置
server {} 字段
ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;ssl_ciphers CHACHA20:AES128:AES256:GCM:!DH:!RC4:!aNULL:!eNULL:!LOW:!3DES:!MD5:!EXP:!PSK:!SRP:!DSS;add_header Strict-Transport-Security max-age=31536000;ssl_prefer_server_ciphers on;
PS：BoringSSL 默认禁用 SSLv3。
五：其他的 nginx 安全配置
1：HSTS
add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubdomains; preload";
可以多配置几个：
server_tokens off;
add_header X-Frame-Options SAMEORIGIN;
add_header X-Content-Type-Options nosniff;
add_header X-XSS-Protection "1; mode=block";
2：SPDY 3.1 的实现
listen 443 ssl default spdy
add_header Alternate-Protocol 443:npn-spdy/3.1;
3：完美向前保密（PFS）
openssl dhparam -rand - 2048 >> /path/to/my-key.crt
#这需要比较长的时间。
2048 位还是不错的选择，我在生成的时候选择了 4096 位，后悔了。。
#
4：对于使用 StartSSL 证书的同学
http://www.startssl.com/certs/class1/sha2/pem/
也有 sha2 加密的哦(>﹏<)
#configuration
ssl_dhparam /etc/conf/dh4096.pem
六：我想说的
安全性是一个永恒的话题。
安全性会牺牲很多东西，例如兼容性，例如加载网页的速度。
不要太过于追求安全性，而我们，需要在安全性和易用性之间，做出一个较好的权衡。
完
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1
xiaolvmu OP V2EX 太酷炫了，引用 Github 链接竟然直接出来 Showcase(>﹏<)
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2
0x1e240 2015-03-05 14:48:32 +08:00 via Android
简直炫酷，继续Apache
😯 |
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3
xiaolvmu OP 额……
其实 Apache 有的，Nginx 大多都有，实在找不出来用 Apache 的理由…… |
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4
mafuyu 2015-03-05 23:00:24 +08:00
简直是炫酷，默默地继续用LibreSSL来实现CP...
(副音轨:CP根本就只能拿来卖萌用么 (╯°Д°)╯︵ ┻━┻) |
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5
xiaolvmu OP 哈哈～每天坚持卖萌(>﹏<)
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6
lhbc 2015-03-06 02:49:28 +08:00  1
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7
futursolo 2015-03-07 11:11:07 +08:00 1
Nginx支持动态库，用--with-openssl=shared就OK，只不过那样就没办法使用自定义的SSL库了。
LibreSSL2.1.2及2.1.3需要给Nginx打Patch才可用。2.1.4就恢复正常了，而且集成了SSL_Fallback_SCSV，测试也可以拿到A+了。 |
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8
xiaolvmu OP 终于放假了~
话说，有的 gcc 不支持 sandybridge 这个 march，如果 sed 的时候选择 sandybridge 不起作用，就用 march=native，需要 gcc 4.2 以上。 |
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9
xiaolvmu OP 话说 libressl 发布 2.1.6 了，他们刷版本号好疯狂，刚编译完2.1.5。。
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10
xiaolvmu OP 新动态：
新版本1.7.11的 nginx，编译 boringssl 出错了...... 找了下，在nginx源码的 /src/event/openssl.c 的 1900 行附近有一个 SSL_R_BLOCK_CIPHER_PAD_IS_WRONG ，去掉就可以编译了。可是不知道这有什么影响。 |
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11
windydays 2015-05-14 18:03:55 +08:00
之前做了一个nginx+openssl+chacha20-poly1305的配置，可以看：
https://blog.helong.info/blog/2015/05/08/https-config-optimize-in-nginx/ |
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