Let's Encrypt，免费好用的 HTTPS 证书

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很早之前我就在关注 Let's Encrypt 这个免费、自动化、开放的证书签发服务。它由 ISRG（Internet Security Research Group，互联网安全研究小组）提供服务，而 ISRG 是来自于美国加利福尼亚州的一个公益组织。Let's Encrypt 得到了 Mozilla、Cisco、Akamai、Electronic Frontier Foundation 和 Chrome 等众多公司和机构的支持，发展十分迅猛。

申请 Let's Encrypt 证书不但免费，还非常简单，虽然每次只有 90 天的有效期，但可以通过脚本定期更新，配好之后一劳永逸。经过一段时间的观望，我也正式启用 Let's Encrypt 证书了，本文记录本站申请过程和遇到的问题。

我没有使用 Let's Encrypt 官网提供的工具来申请证书，而是用了 acme-tiny 这个更为小巧的开源工具。以下内容基本按照 acme-tiny 的说明文档写的，省略了一些我不需要的步骤。

ACME 全称是 Automated Certificate Management Environment，直译过来是自动化证书管理环境的意思，Let's Encrypt 的证书签发过程使用的就是 ACME 协议。有关 ACME 协议的更多资料可以在这个仓库找到。

创建帐号

首先创建一个目录，例如 ssl，用来存放各种临时文件和最后的证书文件。进入这个目录，创建一个 RSA 私钥用于 Let's Encrypt 识别你的身份：


openssl genrsa 4096 > account.key

创建 CSR 文件

接着就可以生成 CSR（Certificate Signing Request，证书签名请求）文件了。在这之前，还需要创建域名私钥（一定不要使用上面的账户私钥），根据证书不同类型，域名私钥也可以选择 RSA 和 ECC 两种不同类型。以下两种方式请根据实际情况二选一。

1）创建 RSA 私钥（兼容性好）：


openssl genrsa 4096 > domain.key

2）创建 ECC 私钥（部分老旧操作系统、浏览器不支持。优点是证书体积小）：


#secp256r1

    openssl ecparam -genkey -name secp256r1 | openssl ec -out domain.key

    #secp384r1
    openssl ecparam -genkey -name secp384r1 | openssl ec -out domain.key

有关 ECC 证书的更多介绍，请点击这里。

有了私钥文件，就可以生成 CSR 文件了。在 CSR 中推荐至少把域名带 www 和不带 www 的两种情况都加进去，其它子域可以根据需要添加（目前一张证书最多可以包含 100 个域名）：


openssl req -new -sha256 -key domain.key -subj "/" -reqexts SAN -config <(cat
/etc/ssl/openssl.cnf <(printf
"[SAN]\nsubjectAltName=DNS:yoursite.com,DNS:www.yoursite.com")) > domain.csr

执行这一步时，如果提示找不到 /etc/ssl/openssl.cnf 文件，请看看 /usr/local/openssl/ssl/openssl.cnf 是否存在。如果还是不行，也可以使用交互方式创建 CSR（需要注意 Common Name 必须为你的域名）：


openssl req -new -sha256 -key domain.key -out domain.csr

配置验证服务

我们知道，CA 在签发 DV（Domain Validation）证书时，需要验证域名所有权。传统 CA 的验证方式一般是往 admin@yoursite.com 发验证邮件，而 Let's Encrypt 是在你的服务器上生成一个随机验证文件，再通过创建 CSR 时指定的域名访问，如果可以访问则表明你对这个域名有控制权。

首先创建用于存放验证文件的目录，例如：


mkdir ~/www/challenges/

然后配置一个 HTTP 服务，以 Nginx 为例：


server {

        server_name www.yoursite.com yoursite.com;

        location ^~ /.well-known/acme-challenge/ {
            alias /home/xxx/www/challenges/;
            try_files $uri =404;
        }

        location / {
            rewrite ^/(.*)$ https://yoursite.com/$1 permanent;
        }
    }

以上配置优先查找 ~/www/challenges/ 目录下的文件，如果找不到就重定向到 HTTPS 地址。这个验证服务以后更新证书还要用到，建议一直保留。

获取网站证书

先把 acme-tiny 脚本保存到之前的 ssl 目录：


wget https://raw.githubusercontent.com/diafygi/acme-tiny/master/acme_tiny.py

指定账户私钥、CSR 以及验证目录，执行脚本：


python acme_tiny.py --account-key ./account.key --csr ./domain.csr --acme-dir
~/www/challenges/ > ./signed.crt

如果一切正常，当前目录下就会生成一个 signed.crt，这就是申请好的证书文件。

如果你把域名 DNS 解析放在国内，这一步很可能会遇到类似这样的错误：


ValueError: Wrote file to
/home/xxx/www/challenges/oJbvpIhkwkBGBAQUklWJXyC8VbWAdQqlgpwUJkgC1Vg, but
couldn't download http://www.yoursite.com/.well-known/acme-
challenge/oJbvpIhkwkBGBAQUklWJXyC8VbWAdQqlgpwUJkgC1Vg

这是因为你的域名很可能在国外无法解析，可以找台国外 VPS 验证下。我的域名最近从 DNSPod 换到了阿里云解析，最后又换到了 CloudXNS，就是因为最近前两家在国外都很不稳定。如果你也遇到了类似情况，可以暂时使用国外的 DNS 解析服务商，例如 dns.he.net。如果还是搞不定，也可以试试「Neilpang/le」这个工具的 DNS Mode。

搞定网站证书后，还要下载 Let's Encrypt 的中间证书。我在之前的文章中讲过，配置 HTTPS 证书时既不要漏掉中间证书，也不要包含根证书。在 Nginx 配置中，需要把中间证书和网站证书合在一起：


wget -O - https://letsencrypt.org/certs/lets-encrypt-x3-cross-signed.pem >
intermediate.pem

    cat signed.crt intermediate.pem > chained.pem

为了后续能顺利启用 OCSP Stapling，我们再把根证书和中间证书合在一起：


wget -O - https://letsencrypt.org/certs/isrgrootx1.pem > root.pem

    cat intermediate.pem root.pem > full_chained.pem

最终，修改 Nginx 中有关证书的配置并 reload 服务即可：


ssl_certificate     ~/www/ssl/chained.pem;

    ssl_certificate_key ~/www/ssl/domain.key;

Nginx 中与 HTTPS 有关的配置项很多，这里不一一列举了。如有需要，请参考本站配置。

配置自动更新

Let's Encrypt 签发的证书只有 90 天有效期，推荐使用脚本定期更新。例如我就创建了一个 renew_cert.sh 并通过 chmod a+x renew_cert.sh 赋予执行权限。文件内容如下：


#!/bin/bash


    cd /home/xxx/www/ssl/
    python acme_tiny.py --account-key account.key --csr domain.csr --acme-dir /home/xxx/www/challenges/ > signed.crt || exit
    wget -O - https://letsencrypt.org/certs/lets-encrypt-x3-cross-signed.pem > intermediate.pem
    cat signed.crt intermediate.pem > chained.pem
    service nginx reload

crontab 中使用绝对路径比较保险，crontab -e 加入以下内容：


0 0 1 * * /home/xxx/shell/renew_cert.sh >/dev/null 2>&1

这样以后证书每个月都会自动更新，一劳永逸。实际上，Let's Encrypt 官方将证书有效期定为 90 天一方面是为了更安全，更重要的是鼓励用户采用自动化部署方案。

几个问题

Let's Encrypt 证书的兼容性，所有操作系统、浏览器默认是否都能识别是大家最关心的问题。实际上，由于 Let's Encrypt 与 IdenTrust 的 DST Root CA 做了交叉认证，兼容性还是不错的，目前我只是发现在 Android 2 和 Windows XP 下有问题（Firefox 的证书那一套是自己实现的，不依赖于系统，XP 下只有 Firefox 信任 Let's Encrypt 证书），其它环境都正常。

letsencrypt intermediate cert on winxp （Windows XP 不信任 Let's Encrypt 的中间证书）

更新：根据 Let's Encrypt 官方说明，Windows XP 下的问题很快就会解决：

A bug in Windows XP causes parsing of our current cross-signature from IdenTrust to fail. We will be correcting this by getting new cross-signatures from IdenTrust which work on Windows XP.
注：已于 2016 年 3 月 26 日解决。

另外一个问题有关 ECC 证书，官网表示计划将在 2016 年提供对 ECC 证书的支持：

Right now all of our root and intermediate keys use RSA. We're planning to generate ECC keys and make an ECC option available to subscribers in 2016. via
注：Let's Encrypt 已于 2016 年 2 月 11 日开始支持签发 ECC 证书。

Let's Encrypt 官方的新特性预告可以在这个页面查看。

我个人建议：对于个人用户来说，如果非常在意证书兼容性，可以购买 RapidSSL Standard 或者 Comodo Positive SSL 这两种证书。其中 RapidSSL 证书一共才三级，比较小；Comodo Positive 有四级，但可以申请 ECC 证书；二者都有着不错的兼容性，也非常廉价（一年不到 10$）。当然，如果不用考虑 Windows XP 用户，那么强烈推荐 Let's Encrypt！

更新：Let's Encrypt 已经支持 Windows XP 和签发 ECC 证书，对于个人用户来说，目前 Let's Encrypt 无疑是最好的选择。

本文先写到这里，如果你在申请 Let's Encrypt 证书的过程中遇到问题，可以给我留言，也欢迎交流各种心得！

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