Let's Encrypt 与 ACME 协议自动化

Let's Encrypt 是由互联网安全研究组（ISRG）运营的免费、自动化且开放的证书颁发机构，于 2015 年 12 月启动公开测试。它已经签发了超过 30 亿张证书，通过消除获取受公共信任的 TLS 证书所需的成本和复杂性，大幅提升了整个网络对 HTTPS 的采用率。

自动化证书管理环境（ACME）协议于 2019 年标准化为 RFC 8555，规定了客户端如何自动证明域名所有权并从 CA 获取证书。ACME 以经过密码学验证的自动化交互取代了手动域名验证流程，从而实现无需人工干预的证书生命周期管理。

HTTP-01 挑战通过要求 ACME 客户端在 "http://DOMAIN/.well-known/acme-challenge/TOKEN" 放置特定的令牌文件来验证域名所有权。CA 会获取此 URL 以验证令牌。HTTP-01 易于实现，但要求端口 80 可访问，并且不能用于通配符证书。

DNS-01 挑战通过要求 ACME 客户端在 "_acme-challenge.DOMAIN" 创建包含特定值的 DNS TXT 记录来验证域名所有权。CA 会查询 DNS 以验证该记录。DNS-01 是唯一支持签发通配符证书（"*.example.com"）的挑战类型，并且即使网页服务器位于防火墙之后也能正常工作。

TLS-ALPN-01 挑战在 TLS 层使用自定义 ALPN 协议标识符 "acme-tls/1" 来验证域名所有权。ACME 客户端会在端口 443 上临时提供一张自签名证书，并将挑战令牌放入特殊扩展中。无需运行网页服务器即可使用此挑战，并且它支持负载均衡环境。

Certbot 是电子前沿基金会为 Let's Encrypt 提供的参考 ACME 客户端。它能够自动完成整个证书生命周期：域名验证、证书签发和自动续期。Certbot 包含适用于 Apache 和 nginx 的插件，可以自动配置 TLS 设置。在现代 Linux 发行版上，请通过 "snap install --classic certbot" 安装。

除 Certbot 外，还有许多适用于不同场景的 ACME 客户端。acme.sh 是一个纯 Shell 脚本 ACME 客户端，广泛用于轻量级环境。Caddy 网页服务器内置 ACME，并会自动续期证书。在容器环境中使用的 Traefik，则通过其 certificatesResolvers 配置为容器化工作负载处理 ACME。

Let's Encrypt 证书的有效期按设计设为 90 天，以鼓励使用自动化，并缩短私钥遭泄露后的暴露窗口。Certbot 会安装 systemd 定时器或 cron 任务，每天运行两次 "certbot renew"，为任何距离到期不足 30 天的证书续期。手动续期是一种反模式，容易导致服务中断。

Let's Encrypt 通过实施速率限制来防止滥用。主要限制包括：每个注册域名每周最多 50 张证书，以及每周最多 5 张重复证书。失败的验证尝试也受到速率限制，即每个主机名每小时最多 5 次。在开发期间，Let's Encrypt 的暂存环境会针对一个不受公共信任的测试 CA 提供不限量的证书签发。

一张 ACME 证书可以覆盖多个域名（主题备用名称）。"certbot --domains example.com,www.example.com,api.example.com" 会签发一张包含三个 SAN 的证书。通配符证书（"*.example.com"）要求使用 DNS-01 验证，并覆盖所有单层子域名。通配符不会覆盖域名顶点本身（example.com），因此需要额外添加一个 SAN。

ACME 协议并不局限于 Let's Encrypt。Step-CA（smallstep）、EJBCA 和 HashiCorp Vault 等内部 CA 可以提供 ACME 端点，用于自动化内部证书管理。这样一来，面向公共服务所使用的自动化证书生命周期管理，也可以应用于内部 mTLS 基础设施和私有服务。

Let's Encrypt 通过 ACME 协议（RFC 8555）提供免费证书。HTTP-01 挑战适用于端口 80 上的非通配符证书。DNS-01 通过证明对 DNS 区域的控制权来支持通配符证书。TLS-ALPN-01 无需网页服务器即可工作。Certbot 和 acme.sh 能够自动完成整个生命周期。90 天有效期的证书需要使用自动化管理。速率限制要求您在测试期间使用暂存环境。