HTTP와 HTTPS 차이 – TLS 동작 원리와 인증서 구조 완전 정복

GET /login HTTP/1.1
Host: example.com
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

username=admin&password=mysecretpassword123

[중간자 공격(MITM) 시나리오]

사용자 ──→ (공격자 노드) ──→ 진짜 서버
              ↑
    패킷 도청 + 변조 + 위조 가능
    → 사용자는 진짜 서버와 통신한다고 착각

[프로토콜 스택]

HTTP (응용 계층)
   ↓
TLS (보안 계층) ← 암호화·인증·무결성 담당
   ↓
TCP (전송 계층)
   ↓
IP  (네트워크 계층)

클라이언트                              서버
    │                                    │
    │──── ① ClientHello ────────────────→│
    │    (지원 TLS 버전, 암호 수트 목록,  │
    │     랜덤값 Client Random)           │
    │                                    │
    │←─── ② ServerHello ────────────────│
    │    (선택된 암호 수트,               │
    │     랜덤값 Server Random)           │
    │                                    │
    │←─── ③ Certificate ────────────────│
    │    (서버의 X.509 인증서)            │
    │                                    │
    │←─── ④ ServerHelloDone ────────────│
    │                                    │
    │   [클라이언트: 인증서 검증]         │
    │   [Pre-Master Secret 생성]         │
    │                                    │
    │──── ⑤ ClientKeyExchange ─────────→│
    │    (서버 공개키로 암호화한          │
    │     Pre-Master Secret)             │
    │                                    │
    │   [양측: Master Secret → 세션키 파생]
    │                                    │
    │──── ⑥ ChangeCipherSpec ──────────→│
    │──── ⑦ Finished ──────────────────→│
    │←─── ⑧ ChangeCipherSpec ───────────│
    │←─── ⑨ Finished ───────────────────│
    │                                    │
    │══════ 암호화된 HTTP 통신 시작 ══════│

[세션 키 파생 공식]
Master Secret = PRF(Pre-Master Secret, Client Random + Server Random)
세션 키 = 키 파생 함수(Master Secret, 추가 파라미터)

공개키로 암호화 → 서버만 개인키로 복호화 가능
→ Pre-Master Secret이 안전하게 전달됨
→ 이후 통신은 빠른 대칭키 암호화로 처리

┌─────────────────────────────────────────┐
│           X.509 인증서 구조              │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Version        : v3                     │
│ Serial Number  : 3A:B1:C2:... (고유 번호)│
│ Signature Algo : SHA256withRSA          │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Subject (소유자 정보)                    │
│   CN = www.example.com  ← 도메인명      │
│   O  = Example Corp     ← 조직명       │
│   C  = KR               ← 국가 코드    │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Issuer (발급자 정보)                     │
│   CN = DigiCert TLS RSA SHA256 2020     │
│   O  = DigiCert Inc                    │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Validity (유효 기간)                     │
│   Not Before : 2024-01-01              │
│   Not After  : 2025-01-01              │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Public Key   : RSA 2048-bit 공개키      │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Extensions (확장 필드)                   │
│   SAN  : DNS:www.example.com           │
│          DNS:example.com (다중 도메인)  │
│   Key Usage : digitalSignature         │
│   Basic Constraints : CA:FALSE         │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Signature : CA의 개인키로 서명한 값      │
│   (위 모든 필드의 해시를 CA가 서명)      │
└─────────────────────────────────────────┘

[인증서 체인 검증 흐름]

① 서버 인증서 (End-Entity Certificate)
   Subject: www.example.com
   Issuer : DigiCert TLS RSA G4
   서명검증 ──→ DigiCert TLS RSA G4의 공개키로 검증

② 중간 CA 인증서 (Intermediate CA)
   Subject: DigiCert TLS RSA G4
   Issuer : DigiCert Global Root CA
   서명검증 ──→ DigiCert Global Root CA의 공개키로 검증

③ 루트 CA 인증서 (Root CA)
   Subject: DigiCert Global Root CA
   Issuer : DigiCert Global Root CA ← 자기 자신 서명(Self-Signed)
   ✅ 브라우저의 신뢰 저장소(Trust Store)에 사전 내장

→ 체인이 끊어지지 않으면 인증서 신뢰 ✅
→ 어느 단계에서라도 서명 불일치 → "인증서 오류" 경고 ❌

# 실제 서버의 인증서 내용 출력
openssl s_client -connect www.example.com:443 -showcerts </dev/null 2>/dev/null \
  | openssl x509 -noout -text

# 로컬 인증서 파일 내용 확인
openssl x509 -in certificate.crt -noout -text

# 인증서 유효 기간만 빠르게 확인
openssl x509 -in certificate.crt -noout -dates
# 출력:
# notBefore=Jan  1 00:00:00 2024 GMT
# notAfter=Jan  1 00:00:00 2025 GMT

# 인증서 체인 전체 검증
openssl verify -CAfile ca-bundle.crt certificate.crt

[TLS 1.2] 2-RTT
클라이언트          서버
   │──ClientHello──→│   RTT 1 (↑)
   │←─ServerHello──│
   │←─Certificate──│
   │←─ServerDone───│   RTT 1 (↓)
   │──ClientKeyEx─→│   RTT 2 (↑)
   │──ChangeCipher→│
   │──Finished────→│
   │←─ChangeCipher─│   RTT 2 (↓)
   │←─Finished─────│
   │══HTTP 시작══════│

[TLS 1.3] 1-RTT
클라이언트          서버
   │──ClientHello──→│   RTT 1 (↑)
   │  (키 교환 포함) │
   │←─ServerHello──│
   │←─Certificate──│
   │←─Finished─────│   RTT 1 (↓)
   │──Finished────→│
   │══HTTP 시작══════│  ← 1 RTT 절감

[Forward Secrecy 원리]
세션 1: 임시 키 K1 생성 → 암호화 → K1 폐기
세션 2: 임시 키 K2 생성 → 암호화 → K2 폐기
세션 3: 임시 키 K3 생성 → 암호화 → K3 폐기

→ 서버 개인키 유출돼도 K1, K2, K3는 이미 삭제됨
→ 과거 세션 복호화 불가 ✅

# Certbot 설치 (Ubuntu/Debian 기준)
sudo apt update
sudo apt install certbot python3-certbot-nginx

# Nginx 플러그인으로 인증서 자동 발급 + Nginx 설정 자동 수정
sudo certbot --nginx -d example.com -d www.example.com

# 발급 후 인증서 위치
# /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem  ← 서버 인증서 + 중간 CA
# /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem   ← 서버 개인키

# 자동 갱신 테스트 (실제 갱신 없이 시뮬레이션)
sudo certbot renew --dry-run

# crontab으로 자동 갱신 등록 (매일 2회 실행, 만료 30일 전 자동 갱신)
echo "0 0,12 * * * root certbot renew --quiet" | sudo tee /etc/cron.d/certbot

# /etc/nginx/sites-available/example.com

server {
    listen 443 ssl http2;
    server_name example.com www.example.com;

    # 인증서 경로
    ssl_certificate     /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem;
    ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem;

    # TLS 1.2 이상만 허용 (TLS 1.0, 1.1 비활성화)
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;

    # 강력한 암호 수트만 허용
    ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305;
    ssl_prefer_server_ciphers off;  # TLS 1.3에서는 off 권장

    # HSTS: 브라우저에게 "이 도메인은 항상 HTTPS만 사용" 지시
    # max-age=31536000 = 1년, includeSubDomains = 서브도메인 포함
    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains; preload" always;

    # 기타 보안 헤더
    add_header X-Frame-Options DENY;
    add_header X-Content-Type-Options nosniff;
    add_header Referrer-Policy strict-origin-when-cross-origin;

    # OCSP Stapling: 인증서 폐기 여부를 서버가 미리 확인해 전달
    ssl_stapling on;
    ssl_stapling_verify on;
    resolver 8.8.8.8 1.1.1.1 valid=300s;

    location / {
        proxy_pass http://localhost:8080;
    }
}

# HTTP → HTTPS 리다이렉트
server {
    listen 80;
    server_name example.com www.example.com;
    return 301 https://$host$request_uri;
}

# application.yml (Spring Boot)
server:
  port: 8443
  ssl:
    # JKS 또는 PKCS12 키스토어 경로
    key-store: classpath:keystore.p12
    key-store-password: changeit
    key-store-type: PKCS12
    key-alias: myserver
    # TLS 1.2 이상만 허용
    enabled-protocols:
      - TLSv1.2
      - TLSv1.3

// HTTP → HTTPS 리다이렉트 강제 설정 (Spring Boot)
@Configuration
public class HttpsRedirectConfig {

    /**
     * HTTP(8080) 요청을 HTTPS(8443)로 자동 리다이렉트
     */
    @Bean
    public ServletWebServerFactory servletContainer() {
        TomcatServletWebServerFactory tomcat =
                new TomcatServletWebServerFactory() {
            @Override
            protected void postProcessContext(Context context) {
                SecurityConstraint securityConstraint = new SecurityConstraint();
                securityConstraint.setUserConstraint("CONFIDENTIAL");
                SecurityCollection collection = new SecurityCollection();
                collection.addPattern("/*");
                securityConstraint.addCollection(collection);
                context.addConstraint(securityConstraint);
            }
        };
        tomcat.addAdditionalTomcatConnectors(redirectConnector());
        return tomcat;
    }

    private Connector redirectConnector() {
        Connector connector = new Connector("org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol");
        connector.setScheme("http");
        connector.setPort(8080);
        connector.setSecure(false);
        connector.setRedirectPort(8443);  // HTTPS 포트로 리다이렉트
        return connector;
    }
}

✅ 기본 보안
  □ TLS 1.2 이상 사용 (TLS 1.0, 1.1 비활성화)
  □ TLS 1.3 우선 지원
  □ 취약한 암호 수트 제거 (RC4, 3DES, MD5, SHA-1 기반 제외)
  □ HTTP → HTTPS 301 리다이렉트 설정

✅ 인증서 관리
  □ 인증서 유효 기간 30일 이전 갱신 알림 설정
  □ 중간 CA 인증서(체인) 포함하여 배포
  □ OCSP Stapling 활성화
  □ 인증서 SANs에 www·비www 도메인 모두 포함

✅ 헤더 보안
  □ HSTS 헤더 설정 (max-age ≥ 31536000)
  □ HSTS preload 목록 등록 검토 (hstspreload.org)
  □ X-Content-Type-Options: nosniff
  □ X-Frame-Options: DENY 또는 SAMEORIGIN

✅ 모니터링
  □ SSL Labs (ssllabs.com/ssltest) A+ 등급 달성
  □ 인증서 만료 모니터링 자동화
  □ Mixed Content(HTTP 리소스 혼재) 제거