编译Nginx支持TLS1.3

引言

TLS1.2 发布于 2008 年 8 月，至今正好有 10 年，随着互联网安全越来越受到重视，新协议 TLS1.3 呼之欲出。值得一提的是，从第一份草案编写至今，已经有几年时间了，截止这篇文章编写，已经是第 28 份草案。在最近的 Chrome 版本更新中也逐步对 TLS1.3 进行支持，Chrome 65 开始默认开启 draft 23、Chrome 68 开始支持 draft 28

更新：TLS 1.3 标准已于 2018 年 8 月正式发布为 RFC 8446 ，距 TLS1.2 发布正好 10 周年

TLS1.3 对于 TLS1.2 有重大改写，既提高了安全性又提高了速度，以至于有争议称，应该把它叫做 TLS2.0

关于 TLS1.3 的科普可以看下面的页面

https://wiki.openssl.org/index.php/TLS1.3
https://zhuanlan.zhihu.com/p/28850798

之前我也写过 Nginx 的 https 的配置 https://zhih.me/nginx-http2-https/ ，当时是使用 TLS1.2 的

碰巧前几天发现 .ooo 可以免费用 1 年，就撸了一个 onmp.ooo 来做为我 onmp 项目的页面，把它搭在 4 刀年付的 virmach 上，顺便测试 TLS1.3

一键安装

最近更新支持防火墙功能，详情可以看 https://zhih.me/ngx-lua-waf/

sh -c "$(curl -kfsSl https://raw.githubusercontent.com/xzhih/nginx-compile/master/install.sh)"

安装

我这里用的系统是 Debian 8

安装依赖

apt-get install git gcc make build-essential -y

下载源码

我们把源码全都放在一个地方，方便使用，创建 nginx 的运行用户 www-data

rm -rf /usr/src/
mkdir -p /usr/src/
mkdir -p /var/log/nginx/
useradd -s /sbin/nologin -M www-data

克隆 OpenSSL

这里用的是 1.1.1 稳定版的源码

cd /usr/src
wget https://github.com/openssl/openssl/archive/OpenSSL_1_1_1.tar.gz 
tar xzvf OpenSSL_1_1_1.tar.gz
mv openssl-OpenSSL_1_1_1 openssl

下载 Nginx 的源码

cd /usr/src/
wget https://nginx.org/download/nginx-1.15.6.tar.gz
tar zxf ./nginx-1.15.6.tar.gz 
mv nginx-1.15.6 nginx

克隆 zlib

开启 gzip 要用到 zlib 库，这里使用的是 Cloudflare 优化的版本，比原版具有更高的压缩性能

cd /usr/src/
git clone https://github.com/cloudflare/zlib.git zlib
cd zlib
make -f Makefile.in distclean

克隆 Brotli

就像 gzip 一样，Brotli 也是一种压缩算法，它是由谷歌开发的一个更适合文本压缩的算法，因为它使用了字典，所以有更好的压缩比。

现在主流浏览器都已经支持 Brotli 了，而且也能与 gzip 共存，如果浏览器支持 Brotli 就会优先使用，所以可以放心兼容性，可以在这里看到支持的数据 https://caniuse.com/#search=Brotli

cd /usr/src/
git clone --recursive https://github.com/google/ngx_brotli.git

我给 nginx 默认配置的 Brotli 压缩等级为 6 级，这对于动态内容比较友好，如果你是像我现在这个博客一样是静态化的，那么建议开启 11 级压缩，这样可以获得最好的体验

下载 PCRE

nginx rewrite 模块需要 pcre 库

cd /usr/src/
wget https://ftp.pcre.org/pub/pcre/pcre-8.42.tar.gz
tar zxf ./pcre-8.42.tar.gz

给 OpenSSL 打补丁

补丁来自：https://github.com/hakasenyang/openssl-patch

此补丁的目的是让 OpenSSL 支持 TLS1.3 的 23,26,28 草案，以及 Final 版标准

cd /usr/src/
git clone https://github.com/hakasenyang/openssl-patch.git
cd /usr/src/openssl 
patch -p1 < ../openssl-patch/openssl-equal-1.1.1_ciphers.patch
patch -p1 < ../openssl-patch/openssl-1.1.1-chacha_draft.patch

给 Nginx 打补丁

补丁来自：https://github.com/kn007/patch

nginx 补丁

添加SPDY支持。
添加HTTP2 HPACK编码支持。
添加动态TLS记录支持。

nginx_auto_using_PRIORITIZE_CHACHA 补丁

支持时使用 SSL_OP_PRIORITIZE_CHACHA

cd /usr/src/
git clone https://github.com/kn007/patch.git nginx-patch
cd /usr/src/nginx
patch -p1 < ../nginx-patch/nginx.patch 
patch -p1 < ../nginx-patch/nginx_auto_using_PRIORITIZE_CHACHA.patch

使用 jemalloc 作为内存管理

cd /usr/src/
wget https://github.com/jemalloc/jemalloc/releases/download/5.1.0/jemalloc-5.1.0.tar.bz2
tar xjvf jemalloc-5.1.0.tar.bz2
cd jemalloc-5.1.0
./configure
make && make install
echo '/usr/local/lib' >> /etc/ld.so.conf.d/local.conf
ldconfig

其他编译配置

Nginx 默认会以 debug 模式编译，我们需要注释掉 /usr/src/nginx/auto/cc/gcc 中 CFLAGS="$CFLAGS -g" 这行，这样可以减少生成文件的大小

sed -i 's@CFLAGS="$CFLAGS -g"@#CFLAGS="$CFLAGS -g"@' /usr/src/nginx/auto/cc/gcc

编译安装

cd /usr/src/nginx
./configure \
--user=www-data --group=www-data \
--prefix=/usr/local/nginx \
--sbin-path=/usr/sbin/nginx \
--with-compat --with-file-aio --with-threads \
--with-http_v2_module --with-http_v2_hpack_enc \
--with-http_spdy_module --with-http_realip_module \
--with-http_flv_module --with-http_mp4_module \
--with-openssl=../openssl --with-http_ssl_module \
--with-pcre=../pcre-8.42 --with-pcre-jit \
--with-zlib=../zlib --with-http_gzip_static_module \
--add-module=../ngx_brotli \
--with-ld-opt=-ljemalloc

make 
make install

Nginx 的可执行文件安装在 /usr/sbin/nginx ，Nginx 配置在 /usr/local/nginx/conf/ 里

配置

Nginx 已经安装上了，现在我们来配置网站，让它跑起来

Nginx 全局配置

把以下内容覆盖填入 /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

user www-data;
pid /var/run/nginx.pid;
worker_processes auto;
worker_rlimit_nofile 65535;

events {
    use epoll;
    multi_accept on;
    worker_connections 65535;
}

http {
    charset utf-8;
    sendfile on;
    aio threads;
    directio 512k;
    tcp_nopush on;
    tcp_nodelay on;
    server_tokens off;
    log_not_found off;
    types_hash_max_size 2048;
    client_max_body_size 16M;

    # MIME
    include mime.types;
    default_type application/octet-stream;

    # Logging
    access_log /var/log/nginx/access.log;
    error_log /var/log/nginx/error.log warn;

    # Gzip
    gzip on;
    gzip_vary on;
    gzip_proxied any;
    gzip_comp_level 6;
    gzip_types text/plain text/css text/xml application/json application/javascript application/xml+rss application/atom+xml image/svg+xml;
    gzip_disable "MSIE [1-6]\.(?!.*SV1)";

    # Brotli
    brotli on;
    brotli_comp_level 6;
    brotli_static on;
    brotli_types text/plain text/css text/xml application/json application/javascript application/xml+rss application/atom+xml image/svg+xml;

    include vhost/*.conf;
}

Nginx 站点配置

我们已经在全局配置里设置了包含 /usr/local/nginx/conf/vhost/ 目录下的 conf 文件

mkdir -p /usr/local/nginx/conf/vhost/

然后在 /usr/local/nginx/conf/vhost/ 里创建站点配置，比如我的是 onmp.ooo.conf

server {
  listen 80;
  server_name onmp.ooo;
  root /wwwroot/onmp.ooo;
  location / {
    index  index.html;
  }
}

这样 HTTP 的站点配置就弄好了，不过还站点还没页面，我们把 Nginx 的欢迎也面给放进去

mkdir -p /wwwroot
cp -r /usr/local/nginx/html /wwwroot/onmp.ooo

# 配置站点目录权限
chown -R www-data:www-data /wwwroot/
find /wwwroot/ -type d -exec chmod 755 {} \;
find /wwwroot/ -type f -exec chmod 644 {} \;

service 配置

service 命令用于对系统服务进行管理，比如启动（start）、停止（stop）、重启（restart）、查看状态（status）等，我们是编译安装的，所以要手动创建服务文件。

mkdir -p /usr/lib/systemd/system/

编辑 /usr/lib/systemd/system/nginx.service 写入以下内容

[Unit]
Description=nginx - high performance web server
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/var/run/nginx.pid
ExecStartPost=/bin/sleep 0.1
ExecStartPre=/usr/sbin/nginx -t -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
ExecStart=/usr/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
ExecReload=/usr/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/usr/sbin/nginx -s stop

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动服务

systemctl daemon-reload #重载
systemctl enable nginx #开机启动
systemctl start nginx #运行

我们现在可以用 service 或 systemctl 管理 nginx 了

启动 Nginx 后 HTTP 页面就正常了，打开 onmp.ooo 就能看到 Welcome to nginx!

签发证书

配置 HTTPS 首先要有证书，我这里是使用 acme.sh 自动颁发 Let’s Encrypt 的证书

具体使用教程看我的另一篇教程使用acme.sh获取免费SSL证书

当然，你要是已经有了 SSL 证书，直接看下面配置文件里证书存放的目录，直接放到里面去就行，其他操作一样的

HTTPS 站点配置

因为我给 OpenSSL 打的是 equal-1.1.1_ciphers 补丁，所以 ssl_ciphers 配置文件如下，如果你打的是别的补丁，则需要查看 https://github.com/hakasenyang/openssl-patch 给的配置

server {
    listen 80;
    server_name onmp.ooo;
    return 301 https://onmp.ooo$request_uri;
}

server {
    listen 443 ssl http2;
    server_name onmp.ooo;
    root /wwwroot/onmp.ooo;

    # SSL
    ssl_certificate         /usr/local/nginx/conf/ssl/onmp.ooo.cer;
    ssl_certificate_key     /usr/local/nginx/conf/ssl/onmp.ooo.key;

    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers '[TLS13+AESGCM+AES128|TLS13+AESGCM+AES256|TLS13+CHACHA20]:[EECDH+ECDSA+AESGCM+AES128|EECDH+ECDSA+CHACHA20]:EECDH+ECDSA+AESGCM+AES256:EECDH+ECDSA+AES128+SHA:EECDH+ECDSA+AES256+SHA:[EECDH+aRSA+AESGCM+AES128|EECDH+aRSA+CHACHA20]:EECDH+aRSA+AESGCM+AES256:EECDH+aRSA+AES128+SHA:EECDH+aRSA+AES256+SHA:RSA+AES128+SHA:RSA+AES256+SHA:RSA+3DES';
    ssl_ecdh_curve X25519:P-256:P-384;
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    ssl_session_cache shared:SSL:50m;
    ssl_session_timeout 1d;
    ssl_session_tickets on;

    # OCSP Stapling
    ssl_stapling on;
    ssl_stapling_verify on;
    resolver 119.29.29.29 8.8.8.8 valid=300s;
    resolver_timeout 10s;

    # Security headers
    add_header X-Frame-Options "SAMEORIGIN" always;
    add_header X-XSS-Protection "1; mode=block" always;
    add_header X-Content-Type-Options "nosniff" always;
    add_header Referrer-Policy "no-referrer-when-downgrade" always;
    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains; preload" always;

    location / {
      index  index.html;
      http2_push /style.css;
    }

    location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf|ico)$ {
      expires 30d;
    }

    location ~ .*\.(js|css)?$ {
      expires 15d;
    }
}

以上就是完整的站点配置文件，覆盖 /usr/local/nginx/conf/vhost/onmp.ooo.conf 后，使用 service nginx reload 重载 Nginx 再打开站点就能看到 HTTPS 的页面了

验证

在 Chrome 65 或更新的版本中，打开开发者工具的 Security 菜单，就能在里面看到站点是否以 TLS1.3 连接

chrome

或者可以到 SSL Server Test：https://www.ssllabs.com/ssltest/index.html 进行测试

ssllabs

我只开启了 TLSv1.2 TLSv1.3 的支持，如果需要，你可以自己增加其他协议的支持

结语

人们的生活已经离不开网络，所以网络安全在现在和未来都至关重要，曾经很多站长都以 HTTPS 影响站点速度为由，又或者说 SSL 证书昂贵，拒绝配 HTTPS，而随着技术的迭代升级，配置 HTTPS+HTTPS2 能提高网站速度，而 SSL 不仅可以免费获取，还可以使用命令自动获取自动更新，在我看来已经没有理由不配置 HTTPS 了，所以希望各位站长，都赶紧上车吧

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