如何解决中间证书缺失导致的TailScale DERP部署问题：从原理到实践

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引言

在部署TailScale的DERP（中继穿透服务）时，许多开发者会遇到TLS证书验证失败的问题，尤其是安卓设备或Linux客户端提示certificate not trusted。这类问题通常由证书链不完整引起，而根本原因在于服务器未正确提供中间证书。本文将从证书链的核心概念出发，结合acme.sh工具和TailScale DERP的实际案例，一步步解析问题根源并提供解决方案。

1. 证书链与中间证书：信任的桥梁

什么是证书链？

证书链是由多个数字证书构成的层级信任关系，用于验证终端实体证书（如网站证书）的合法性。其结构通常分为三层：

  • 根证书（Root CA）：由权威机构自签名（如ISRG Root X1），预装在操作系统或浏览器中。
  • 中间证书（Intermediate CA）：由根证书签发，用于签发终端证书（如Let’s Encrypt R3）。
  • 终端证书（End-Entity Certificate）：直接用于服务的证书（如example.com）。

中间证书的作用

  • 安全性：根证书离线存储，中间证书作为“代理”，避免根证书直接暴露。
  • 灵活性：支持层级化管理，例如Let’s Encrypt通过中间证书R3为终端用户签发证书。
  • 信任传递：客户端通过证书链逐级验证，直到找到信任的根证书。若中间证书缺失，信任链断裂，证书将被标记为不可信。

2. acme.sh的默认行为与问题：缺失中间证书

acme.sh的证书输出

使用acme.sh申请Let’s Encrypt证书时，默认生成以下文件：

  • domain.com.cer：终端证书（由Let’s Encrypt R3签发）。
  • domain.com.key：私钥。
  • ca.cer：中间证书（Let’s Encrypt R3）。

但部分配置下，acme.sh可能未自动合并中间证书到证书链文件，导致生成的证书链文件（如fullchain.cer）不完整。

问题现象

若服务器仅配置终端证书（未包含中间证书）：

  • 客户端（如安卓设备、Linux的TailScale客户端）无法验证到根证书，报错NET::ERR_CERT_AUTHORITY_INVALID。
  • 部分浏览器（如Chrome）可能因缓存中间证书而暂时正常，但新设备或清除缓存后会失败。

3. 设备兼容性问题：为何安卓和Linux客户端更容易报错？

客户端证书缓存机制

  • 现代浏览器：自动缓存常见中间证书（如Let’s Encrypt R3），即使服务器未发送中间证书，浏览器可能通过缓存补全证书链。
  • 非浏览器客户端：如安卓App、Linux命令行工具（如curl、TailScale客户端），通常不缓存中间证书，完全依赖服务器提供的证书链。

TailScale DERP的典型错误

若DERP服务器未配置完整证书链：

TailScale客户端日志：
DERP relay error: x509: certificate signed by unknown authority

此错误直接表明客户端未能找到中间证书，无法链接到信任的根证书。

4. 如何检测证书链问题：OpenSSL工具实战

方法1：验证证书链完整性

openssl verify -CAfile fullchain.cer domain.com.cer
# 若输出 "OK"，表示证书链完整；否则提示缺失中间证书。

方法2：模拟客户端握手过程

openssl s_client -connect example.com:443 -showcerts

检查输出中的证书层级：

  • 第一个证书应为终端证书（s:CN=example.com）。
  • 第二个证书应为中间证书（s:CN=Let's Encrypt R3）。
  • 最终需显示Verify return code: 0 (ok)。

5. 解决方案：手动合并中间证书生成完整链

步骤1：合并终端证书与中间证书

# 合并终端证书和中间证书到fullchain.cer
cat /path/to/domain.com.cer /path/to/ca.cer > /path/to/fullchain.cer

步骤2：配置服务器使用完整链

  • Nginx示例：

    server {
    listen 443 ssl;
    ssl_certificate     /path/to/fullchain.cer;  # 包含中间证书
    ssl_certificate_key /path/to/domain.com.key;
}

  • TailScale DERP配置（derp.yaml）：

    certificates:
  - cert: "/path/to/fullchain.cer"  # 完整证书链
    key:  "/path/to/domain.com.key"

步骤3：自动化处理（acme.sh续期钩子）

在证书续期时自动合并证书链并重启服务：

acme.sh --renew -d example.com \
        --reloadcmd "cat /path/to/domain.com.cer /path/to/ca.cer > /path/to/fullchain.cer && systemctl restart derp-server"

6. 常见问题与注意事项

Q1：需要包含根证书吗？

不需要！根证书已内置在客户端，服务器只需提供终端证书+中间证书。

Q2：中间证书格式必须为PEM吗？

是的。确保文件以-----BEGIN CERTIFICATE-----开头，若为DER格式需转换：

openssl x509 -inform DER -in cert.der -out cert.pem

Q3：Let’s Encrypt中间证书路径

若acme.sh未提供中间证书，手动下载：

wget https://letsencrypt.org/certs/lets-encrypt-r3.pem -O /path/to/ca.cer

总结

证书链不完整是HTTPS/TLS部署中的常见问题，尤其在依赖中间证书的场景（如TailScale DERP）。通过理解证书链的信任机制，合理使用工具（如acme.sh合并证书链），并掌握OpenSSL验证方法，可快速定位并解决此类问题。对于开发者而言，始终牢记：服务器必须提供完整的证书链（终端+中间证书），而非仅仅终端证书。