Node系列 · Node基础：https 模块

HTTPS = HTTP over TLS。在浏览器地址栏看到的锁图标、API 调用方与网关的加密通道、银行/支付接口的合规要求——全都靠 TLS。本章讲清楚 TLS 握手机制和 Node 中如何启用 HTTPS，包括本地开发必备的自签名证书。

一、HTTPS = HTTP + TLS

HTTPS = HTTP + TLS，本质是在 HTTP 协议下面再套一层加密传输层：

TLS（Transport Layer Security）解决三件事：

威胁	TLS 解法
窃听：第三方能看到传输内容	对称加密（AES / ChaCha20）
篡改：传输途中被修改	摘要 + 签名（MAC / AEAD）
冒充：假装成服务端	服务端证书（CA 签名验证）

二、TLS 握手流程

TLS 1.3 握手只需 1-RTT（1 次往返）。下面是简化版时序：

简化解读：

1. 客户端：发支持的 TLS 版本、加密算法列表、随机数
2. 服务端：选定算法、回随机数、附证书链（CA 签名过的服务端公钥）
3. 客户端验证证书：用本地信任的 CA 公钥验证证书签名
4. 密钥交换：客户端生成 pre-master secret，用服务端公钥加密传输；双方各自派生出会话密钥
5. 加密通信：之后所有 HTTP 数据用会话密钥对称加密

TIP

TLS 1.2 是 2-RTT（两次往返），TLS 1.3 优化到 1-RTT 且强制前向保密。Node 默认启用 TLS 1.3。

三、证书是什么

X.509 证书本质是一段结构化数据：

Certificate:
  Subject: CN=example.com
  Issuer: CN=Let's Encrypt R3
  Validity:
    Not Before: ...
    Not After: ...
  Subject Public Key Info:
    Public Key Algorithm: RSA / EC
    Public Key: ...
  Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
  Signature Value: ...

证书里关键信息：

字段	含义
Subject	证书持有者（域名 / 组织名）
Issuer	签发机构（CA）
Validity	有效期
Public Key	服务端的公钥
Signature	CA 用自己私钥对证书内容的签名

WARNING

证书 = 公钥 + 身份信息 + CA 签名。客户端拿到证书后，用 CA 的公钥验证签名——如果通过，说明"这个公钥确实属于 example.com"。

四、自签名证书：本地开发必备

生产环境证书由 CA（Let's Encrypt / DigiCert 等）签发。本地开发需要自签名证书——自己签发给自己，浏览器会报警但能用。

4.1 用 openssl 生成

# 1. 生成私钥
openssl genrsa -out server.key 2048

# 2. 生成证书签名请求（CSR）
openssl req -new -key server.key -out server.csr \
  -subj "/CN=localhost"

# 3. 用自己的私钥签发证书（365 天有效期）
openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt

# 4. 清理 CSR
rm server.csr

4.2 一行命令生成（开发够用）

openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -nodes \
  -keyout server.key -out server.crt -days 365 \
  -subj "/CN=localhost"

生成的两个文件：

文件	内容
server.key	私钥（绝不能泄露）
server.crt	公钥证书（可对外分发）

五、Node https 服务端

https 模块 API 与 http 几乎一致，区别只在 createServer 多传一个 options：

const https = require('node:https');
const fs = require('node:fs');

const options = {
  key: fs.readFileSync('./server.key'),
  cert: fs.readFileSync('./server.crt'),
};

const server = https.createServer(options, (req, res) => {
  res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'text/plain; charset=utf-8' });
  res.end('secure hello\n');
});

server.listen(3443, () => {
  console.log('https://localhost:3443');
});

$ curl -k https://localhost:3443
secure hello
# -k 表示跳过证书验证（因为是自签名）

5.1 双向认证（mTLS）

客户端也要证书的场景（多用于服务间调用）：

const options = {
  key: fs.readFileSync('./server.key'),
  cert: fs.readFileSync('./server.crt'),
  ca: [fs.readFileSync('./client.crt')],       // 信任的客户端 CA
  requestCert: true,                            // 要求客户端证书
  rejectUnauthorized: true,                     // 证书无效则拒绝
};

六、Node https 客户端

6.1 用 https.request

const https = require('node:https');

const req = https.request(
  {
    host: 'api.github.com',
    path: '/repos/nodejs/node',
    method: 'GET',
    headers: { 'User-Agent': 'node-https-client' },
  },
  (res) => {
    console.log('状态:', res.statusCode);
    let body = '';
    res.on('data', (chunk) => body += chunk);
    res.on('end', () => console.log(body.slice(0, 200)));
  }
);

req.on('error', (err) => console.error('请求失败:', err.message));
req.end();

6.2 跳过证书验证（不要在生产用）

const req = https.request(
  {
    host: 'self-signed.example.com',
    rejectUnauthorized: false, // ⚠️ 跳过证书验证
  },
  (res) => { /* ... */ }
);

DANGER

rejectUnauthorized: false 只用于本地测试自签名证书。生产环境关闭它意味着失去"防冒充"能力——任何伪造的 CA 都能签出"信任"的证书。

6.3 自定义 CA

企业内网有自己的 CA：

const options = {
  host: 'internal-api.company.com',
  ca: fs.readFileSync('./company-ca.crt'),
};

七、fetch 调用 HTTPS（Node 18+）

Node 18+ 内置的 fetch 也能直接走 HTTPS 协议——可以传自定义 https.Agent 来加 CA：

const res = await fetch('https://api.github.com/repos/nodejs/node');
const data = await res.json();

// 自定义 CA
const agent = new https.Agent({ ca: fs.readFileSync('./company-ca.crt') });
const res2 = await fetch('https://internal-api.company.com', { agent });

八、TLS 性能与最佳实践

8.1 TLS 握手开销

每次新建 TLS 连接：

• 1-RTT 握手延迟（~100ms 跨国）
• 证书验证（CPU）
• 密钥派生（CPU）

缓解方案：

• 启用 TLS session resumption（session ticket）—— 握手过的客户端复用会话
• 用 HTTP/2 —— 单连接多路复用，减少握手次数
• 用 keep-alive —— 长连接复用

Node https.Agent 默认启用 session resumption。

8.2 证书有效期

Let's Encrypt 证书默认 90 天。建议自动化续期（certbot / acme.sh）。

过期后浏览器直接拦截，用户完全无法绕过（不像 HTTP 还能继续访问）。

8.3 SNI：一个 IP 多个证书

服务器可能服务多个域名：

const server = https.createServer({
  SNICallback: (servername, cb) => {
    // 根据 servername 返回不同证书
    if (servername === 'a.example.com') {
      cb(null, tls.createSecureContext({
        key: fs.readFileSync('./a.key'),
        cert: fs.readFileSync('./a.crt'),
      }));
    } else if (servername === 'b.example.com') {
      cb(null, tls.createSecureContext({
        key: fs.readFileSync('./b.key'),
        cert: fs.readFileSync('./b.crt'),
      }));
    }
  },
}, (req, res) => { /* ... */ });

servername 来自 TLS 握手的 SNI 扩展，客户端用它告诉服务端"我要访问哪个域名"。

九、生产环境 HTTPS 架构

实际项目几乎不会让 Node 直接对外暴露 HTTPS 443：

理由：

• 证书和私钥放 Nginx 比放 Node 进程更安全（不易泄露）
• Nginx 处理 HTTPS 性能更高（epoll + 异步）
• Node 只关心业务，无需处理 TLS 加解密

但 Node 直接对外暴露 HTTPS 仍用于：

• 内部服务（VPN / 内网）
• 边缘函数 / Lambda
• 嵌入式设备
• 一次性 demo / 调试

十、常见错误

错误	原因	解决
unable to verify the first certificate	客户端找不到 CA	传 ca 选项，或保证系统信任链完整
certificate has expired	证书过期	续期
hostname/IP does not match certificate's altnames	域名与证书不匹配	证书 CN/SAN 要包含当前域名
self signed certificate	自签名证书未受信任	本地开发加 rejectUnauthorized: false；或把证书加入系统信任
TLS connection timeout	网络或防火墙	检查服务器监听、放行端口

十一、小结

• HTTPS = HTTP over TLS，解决窃听 / 篡改 / 冒充三大威胁
• TLS 1.3 握手只需 1-RTT；流程是"密钥协商 + 证书验证 + 密钥派生"
• 证书 = 公钥 + 身份 + CA 签名；本地开发用 openssl 生成自签名证书
• https API 与 http 一致；服务端多传 { key, cert }，客户端可传 ca
• 生产环境 HTTPS 终止通常交给 Nginx / 云负载均衡，Node 只处理 HTTP 内网流量
• mTLS / SNI / session resumption 是高级场景，按需启用