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NGINX 四层 SSL/TLS 支持ngx_stream_ssl_module

news 2025/9/16 17:24:43

一、模块概述

ngx_stream_ssl_module 自 NGINX 1.9.0（2015-08-04）起，为四层（TCP/UDP）代理增添完整的 SSL/TLS 能力。它依赖 OpenSSL 库，必须在编译时加上 --with-stream_ssl_module（若已启用 --with-stream，通常一并包含）。

启用此模块后，你可以在 stream { server { … } } 语境下使用二十余条指令，实现：

证书与私钥加载（支持变量、data:、多种类型证书）
TLS 协议版本与密码套件控制
会话缓存（共享与内建）、会话票据与轮换
客户端证书验证、CRL/OCSP 检查与缓存
ALPN 多协议协商与分流
双向 TLS（mTLS）与握手调优
调试日志（SSLKEYLOGFILE 兼容 Wireshark）

二、编译与基本配置

# 源码编译时确保包含
./configure … --with-stream --with-stream_ssl_module …  
make && make install

在配置文件中，通常在全局设置：

worker_processes auto;   # 建议与 CPU 核心数一致

然后在 stream 块中为某个端口开启 SSL：

stream {server {listen 12345 ssl;  # TCP 四层监听并开启 TLS# 以下配置详见下一节}
}

三、核心指令详解

1. 证书与私钥

ssl_certificate
指定 PEM 格式证书文件（可多次声明加载 RSA/ECDSA）。
ssl_certificate_key
指定 PEM 私钥文件。

ssl_certificate_cache（1.27.4+）
为变量加载的证书与私钥启用内存缓存：

ssl_certificate       $ssl_server_name.crt;
ssl_certificate_key   $ssl_server_name.key;
ssl_certificate_cache max=1000 inactive=20s valid=1m;

2. 协议与密码套件

ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3
推荐仅启用 TLSv1.2/1.3。
ssl_ciphers
OpenSSL 格式密码列表，例如 HIGH:!aNULL:!MD5。
ssl_prefer_server_ciphers on;
服务端优先选择密码套件。
ssl_alpn h2 http/1.1;（1.21.4+）
ALPN 协商 HTTP/2 与 HTTP/1.1，可结合 map $ssl_alpn_protocol 动态分流。

3. 会话管理

ssl_session_cache
- builtin:1000（内建缓存）
- shared:SSL:10m（多 worker 共享）
ssl_session_tickets on;
开启会话票据。
ssl_session_ticket_key
指定一个或多个文件，实现 Key 轮换。
ssl_session_timeout 10m;
指定会话有效期（默认 5 分钟）。

4. 客户端认证与 OCSP/CRL

ssl_verify_client on|off|optional|optional_no_ca;
控制是否强制双向 TLS。
ssl_client_certificate & ssl_trusted_certificate
指定 CA 证书链，用于验证客户端证书与 OCSP。
ssl_crl /path/to/crl.pem;
加载吊销列表。
ssl_stapling on; ssl_ocsp_responder http://...; ssl_ocsp_cache shared:OCSP:10m; ssl_stapling_verify on;（1.27.2+）
启用 OCSP 在线验证并缓存，确保证书未被吊销。

5. 性能与调试

ssl_dhparam /etc/ssl/dhparam.pem;
自定义 DHE 参数。
ssl_ecdh_curve prime256v1:secp384r1;
指定 ECDHE 曲线列表。
ssl_handshake_timeout 60s;
握手超时，防止长连接耗尽资源。
ssl_key_log /var/log/sslkeys.log;（1.27.2+ 商业版）
输出 SSLKEYLOGFILE，供 Wireshark 解码。

四、配置示例：多协议分流

worker_processes auto;stream {# 根据 ALPN 协议分流到不同上游map $ssl_alpn_protocol $backend {h2       127.0.0.1:8443;http/1.1 127.0.0.1:8080;default  127.0.0.1:8080;}server {listen 443 ssl;ssl_certificate     /etc/nginx/ssl/server.pem;ssl_certificate_key /etc/nginx/ssl/server.key;ssl_protocols       TLSv1.2 TLSv1.3;ssl_ciphers         HIGH:!aNULL:!MD5;ssl_alpn            h2 http/1.1;ssl_session_cache   shared:SSL:20m;ssl_session_timeout 15m;proxy_pass $backend;}
}

客户端握手时通过 ALPN 协议选择，NGINX 终结 TLS 后将连接零拷贝交给对应后端，省去二次解密开销。

五、内置变量支持

模块自 1.11.2 起支持多种 SSL 相关变量，常用的包括：

$ssl_protocol：当前连接使用的协议
$ssl_cipher：协商出的密码套件
$ssl_alpn_protocol：ALPN 协商结果
$ssl_session_reused：会话是否重用
$ssl_client_verify：客户端证书验证结果

结合这些变量，可在 access_log、map、if 等指令中灵活引用。

六、实战优化与注意事项

共享缓存优先：仅使用 shared:SSL 缓存比内建更节省内存碎片。
会话票据轮换：配置多个 ssl_session_ticket_key，实现无缝平滑切换。
最小协议矩阵：关闭所有弱协议与弱 ciphers，保证安全兼容。
OCSP/CRL 并用：对高安全场景同时启用 CRL 与 OCSP 可提升吊销检测覆盖率。
变量加载证书慎用：若用 $ssl_server_name 变量加载证书，建议开启 ssl_certificate_cache 减少 I/O。

七、总结

ngx_stream_ssl_module 让 NGINX 在 TCP/UDP 四层代理层面也能享有与 HTTP 相同的 SSL/TLS 能力。通过灵活的证书管理、会话优化、客户端认证与 OCSP 验证，以及多协议分流，能构建高性能、高安全性的底层加密隧道。升级到 NGINX ≥1.9.0，并在源码编译时加上 --with-stream_ssl_module，即可轻松开启这一强大模块。

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