相互傳輸層安全性 (mTLS) 是業界標準通訊協定，用於用戶端和伺服器之間的相互驗證。它會驗證各方是否持有由信任的憑證授權單位 (CA) 核發的有效憑證，確保用戶端和伺服器都能相互驗證。與只驗證伺服器的標準 TLS 不同，mTLS 要求用戶端和伺服器都出示憑證，在建立通訊之前確認雙方的身分。
在所有應用程式負載平衡器的目標 HTTPS Proxy 資源上設定 mTLS：
- 全域外部應用程式負載平衡器
- 傳統版應用程式負載平衡器
- 區域性外部應用程式負載平衡器
- 區域性內部應用程式負載平衡器
- 跨區域內部應用程式負載平衡器
mTLS 會使用公開金鑰基礎架構 (PKI) 驗證透過網路通訊實體的身分。基礎架構包含三個元件：用戶端、伺服器和憑證授權單位 (CA)。負載平衡器的 mTLS 支援下列功能：
驗證提交憑證的用戶端是否擁有私密金鑰。
在下列兩種模式中驗證用戶端憑證：
拒絕無效憑證：如果無法驗證用戶端憑證鏈結，系統會拒絕要求，以便強制執行嚴格驗證。
允許無效或缺少的憑證：將所有要求傳遞至後端，即使用戶端憑證缺少或無效，也能提供彈性。
針對已上傳的 PKI 錨點 (根憑證) 驗證用戶端憑證，並提供個別新增多個錨點的選項，以便在不造成停機的情況下，從舊 PKI 無縫遷移至新 PKI。
提供其他中繼憑證，協助根據指定的 PKI 錨點 (根憑證) 建構用戶端憑證驗證路徑。這些中繼憑證可讓 mTLS 與未提供完整憑證鏈的用戶端搭配運作。
產生憑證指紋，並將其傳遞至後端，做為自訂要求標頭。
使用自訂標頭，將從憑證中擷取的所選欄位傳遞至後端。
使用自訂標頭，將驗證結果和任何驗證錯誤傳遞至後端。
憑證規定
設定 mTLS 憑證時，請確保憑證符合下列規定：
- mTLS 驗證的基礎是現代密碼編譯工具。憑證必須使用 RSA 或 ECDSA 演算法進行金鑰交換。雜湊演算法必須使用 SHA-256 或更強的加密編譯雜湊函式。系統不支援 MD4、MD5 和 SHA-1 等雜湊演算法。
- 用戶端 (葉節點) 憑證：
- 根憑證和中繼憑證：
- 基本限制條件擴充功能必須包含
CA=true。 - Key Usage 擴充功能必須設為
keyCertSign。 - Extended Key Usage 擴充功能應包含
clientAuth欄位。 - 憑證必須在有效期限內。
- 基本限制條件擴充功能必須包含
mTLS 部署作業的架構
透過 mTLS，您可以設定信任設定資源，其中包含信任儲存庫。信任儲存庫封裝了信任錨點 (根憑證)，以及一或多個中繼憑證 (屬於選用性質)。負載平衡器收到用戶端憑證後，會建立從用戶端憑證回溯至已設定信任錨點的信任鏈結，藉此驗證憑證。
以下簡要概述您需要設定的不同資源，以便為負載平衡器設定 mTLS：
信任設定。包含單一信任儲存庫資源，該資源會封裝信任錨點 (根憑證)，以及一或多個中繼憑證 (屬於選用性質)。信任設定用於在用戶端憑證和信任錨點之間建立信任鏈結。詳情請參閱「信任設定」。
您可以選擇使用自行簽署、已過期或其他無效的憑證，或是您無法存取根憑證和中繼憑證，您可以將該憑證新增至
allowlistedCertificates欄位的信任設定。您不需要信任存放區，即可將憑證新增至許可清單。將憑證新增至許可清單，表示只要憑證可剖析、私密金鑰擁有權已建立，且憑證的 SAN 欄位限制已滿足，系統一律會將憑證視為有效。
信任存放區：包含信任錨點和中繼憑證授權單位 (CA) 憑證，用於建立信任鏈結並驗證用戶端憑證。CA 會用來為用戶端核發信任憑證。CA 會透過負載平衡器的信任錨點 (根憑證) 或中介 CA 憑證來識別。
您可以將下列類型的根憑證和中繼憑證上傳至信任存放區：
- 由您選擇的第三方 CA 核發的憑證。
- 由您控管的私人 CA 核發的憑證，如「使用私人 CA 設定雙向 TLS」一文所述。
- 使用者提供的憑證，請參閱「使用者提供憑證設定雙向 TLS」一文。
用戶端驗證 (也稱為
ServerTLSPolicy)。指定用戶端驗證模式，以及驗證用戶端憑證時要使用的信任設定資源。如果用戶端向負載平衡器提供無效憑證或未提供憑證，用戶端驗證模式會指定如何處理用戶端連線。您可以在伺服器 TLS 政策中指定所有 mTLS 驗證相關參數。用戶端驗證 (ServerTLSPolicy) 資源已附加至目標 HTTPS Proxy 資源。
下圖顯示全球和區域應用程式負載平衡器的目標 HTTPS 代理程式資源所附加的不同 mTLS 元件。
全球
下圖顯示外部應用程式負載平衡器部署作業的元件。這項架構也適用於跨區域內部應用程式負載平衡器，也就是使用全域元件的內部應用程式負載平衡器。
區域
下圖顯示區域內部應用程式負載平衡器部署作業的元件。這項架構也適用於區域性外部應用程式負載平衡器，也就是使用區域性元件的外部應用程式負載平衡器。
用戶端驗證模式
如果用戶端向負載平衡器提供無效憑證或未提供憑證，用戶端驗證 (ServerTLSPolicy) 資源的 clientValidationMode 屬性會指定負載平衡器處理用戶端連線的方式。
用戶端驗證模式的值如下：
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT：即使用戶端憑證驗證失敗或未提供用戶端憑證，也允許用戶端連線。在這個模式中，負載平衡器會允許來自用戶端的連線，並將所有要求傳遞至後端，不論是否能建立信任鏈。在提交用戶端憑證時，系統一律會檢查私密金鑰的證明。如果用戶端無法證明擁有私密金鑰，即使用戶端驗證模式允許無效或缺少的用戶端憑證，TLS 握手也會終止。
REJECT_INVALID. 如果用戶端未提供憑證，或憑證驗證失敗，則拒絕連線。在這個模式中，如果負載平衡器無法從用戶端憑證建立信任鏈結，並連回信任錨點，就會終止來自用戶端的連線。
在負載平衡器上設定 mTLS
以下概略說明在負載平衡器上設定 mTLS 時，需要遵循的重要步驟：
建立信任設定資源，其中包含信任錨點 (根憑證) 和用於信任根的次要憑證。
將信任設定連結至用戶端驗證 (
ServerTLSPolicy) 資源，該資源會定義ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT或REJECT_INVALID的用戶端驗證模式。將用戶端驗證 (
ServerTLSPolicy) 資源附加至負載平衡器的目標 HTTPS Proxy 資源。選用：您可以使用自訂 mTLS 標頭，將 mTLS 連線的相關資訊傳遞至後端服務或網址對應。
如要進一步瞭解這項設定，請參閱下列指南：
用戶端憑證驗證步驟
驗證用戶端憑證時，負載平衡器會執行下列操作：
確認用戶端是否擁有私密金鑰。
在握手程序中產生簽名後，用戶端會證明自己擁有與憑證中公開金鑰相關聯的私密金鑰。負載平衡器會使用用戶端的公開金鑰驗證這個簽名。如果簽署驗證失敗，表示用戶端不是憑證的擁有者，在這種情況下，即使設定允許無效或缺少用戶端憑證，TLS 握手也會終止。全域外部應用程式負載平衡器不會記錄任何錯誤，但區域外部應用程式負載平衡器和內部應用程式負載平衡器會在
proxyStatus欄位中記錄 TLS 錯誤。驗證信任鏈。
負載平衡器會驗證用戶端憑證與已設定的信任設定之間的信任鏈結。驗證檢查項目包括：
- 用戶端、中繼和根憑證符合憑證規定。
- 父項憑證的主旨欄位與子項憑證的核發者欄位相符。這項驗證可確保父項憑證的身分 (主體) 與子項憑證中列為核發者的身分相同。
- 父項憑證的主體金鑰 ID (SKID) 與子項憑證中的授權單位金鑰 ID (AKID) 相符。這項比對結果證實子憑證是由正確的根憑證授權單位核發，且可信任，因為 AKID 會參照根憑證的公開金鑰，用於驗證憑證的有效性。
- 子項憑證的主體別名 (SAN) 不會違反父項憑證中的
NameConstraints欄位。
將要求轉送至後端。
如果用戶端憑證驗證成功，系統會使用自訂 mTLS 標頭將要求轉送至後端。
不過，如果驗證失敗，採取的動作會視用戶端驗證模式的值而定：
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT：系統會傳送要求，並附上自訂 mTLS 標頭，指出驗證失敗的原因。如要瞭解跨區域內部應用程式負載平衡器、區域性外部應用程式負載平衡器和區域內部應用程式負載平衡器，除了自訂 mTLS 標頭，您還可以設定 mTLS 選用欄位，查看失敗的原因。REJECT_INVALID：連線終止，且錯誤記錄至 Cloud Logging。
傳遞至後端的自訂 mTLS 標頭
下表列出可在用戶端憑證通過驗證和失敗時傳遞至後端的自訂 mTLS 標頭變數。如果用戶端憑證驗證失敗，只有在用戶端驗證模式設為 ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT 時，要求才會傳送至後端。
您也可以在網址對應中設定這些變數。
| 用戶端憑證狀態 | 用戶端驗證模式 | 自訂標頭 |
|---|---|---|
用戶端憑證鏈結過長 (用戶端憑證包含超過 10 個中繼憑證)。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用戶端或中繼憑證的 RSA 金鑰大小無效。 不會執行驗證。 RSA 金鑰的長度可介於 2048 至 4096 位元之間。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用戶端或中繼憑證使用不支援的橢圓曲線。 不會執行驗證。 有效的橢圓曲線為 P-256 和 P-384。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用戶端或中繼憑證使用非 RSA 和非 ECDSA 演算法。 不會執行驗證。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用於驗證的 PKI 包含超過十張中繼憑證，這些憑證共用相同的主體和主體公開金鑰資訊。 不會執行驗證。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用於驗證的中繼憑證有超過 10 個名稱限制。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用戶端憑證沒有包含 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
| 嘗試驗證憑證鏈結時超過時間限制。 | ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
client_cert_sha256_fingerprint: <cert hash>
|
嘗試驗證憑證鏈結時，已達到深度或迭代限制。 憑證鏈的深度上限為十層，包括根憑證和用戶端憑證。最大重複次數為 100 次 (檢查憑證以驗證用戶端憑證鏈結)。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
您未設定 無法執行驗證，但憑證雜湊會轉送至後端。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
| 沒有用戶端憑證。 | ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
用戶端憑證無法驗證 TrustConfig 資源。 |
ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT
|
|
| 用戶端憑證通過憑證驗證工具的驗證。 | 不適用 |
client_cert_error: <empty>
|
剖析傳遞至後端的自訂標頭變數值
部分自訂 mTLS 標頭變數值是二進位唯一編碼規則 (DER) 憑證資料的 Base64 編碼字串表示法。您可以使用所選工具或軟體程式庫解碼 Base64 編碼字串。例如：
macOS 和 Linux 系統可使用指令列
base64工具，這是這兩個作業系統內含的核心公用程式。如要使用base64公用程式解碼 Base64 編碼字串，請將已編碼的字串做為標準輸入內容傳遞至base64指令，然後使用-d標記解碼字串，如下所示：echo BASE_64_ENCODED_STRING | base64 -d
Python 包含 base64 模組，可用於解碼 Base64 編碼字串，如下所示：
import base64 encoded_string=BASE_64_ENCODED_STRING decoded_string=base64.b64decode(encoded_string).decode() print(decoded_string) # Note that a newline character (\n) is added to the end of the string.
錯誤處理和記錄
應用程式負載平衡器提供詳細的記錄功能，可讓您監控用戶端憑證驗證、找出潛在問題，以及排解連線問題。本節將概略說明 mTLS 驗證期間可能發生的不同類型錯誤，以及如何記錄這些錯誤。
在 REJECT_INVALID 模式中記錄的錯誤
如果用戶端憑證驗證失敗，且用戶端驗證模式設為 REJECT_INVALID，連線就會終止，並將錯誤記錄到 Cloud Logging。下表說明這些錯誤。
| 用戶端憑證狀態 | 記錄的錯誤 |
|---|---|
| 用戶端憑證鏈結過長 (用戶端憑證包含超過 10 個中繼憑證)。 |
client_cert_chain_exceeded_limit
|
用戶端或中繼憑證的 RSA 金鑰大小無效。 不會執行驗證。 RSA 金鑰的長度可介於 2048 至 4096 位元之間。 |
client_cert_invalid_rsa_key_size
|
用戶端或中繼憑證使用不支援的橢圓曲線。 不會執行驗證。 有效的曲線為 P-256 和 P-384。 |
client_cert_unsupported_elliptic_curve_key
|
用戶端或中繼憑證使用非 RSA 或非 ECDSA 演算法。 不會執行驗證。 |
client_cert_unsupported_key_algorithm
|
用於驗證的 PKI 包含超過十張共用相同主體和主體公開金鑰資訊的中繼憑證。 不會執行驗證。 |
client_cert_pki_too_large
|
用於驗證的中繼憑證有超過 10 個名稱限制。 |
|
用戶端憑證沒有包含 |
|
| 嘗試驗證憑證鏈結時超過時間限制。 |
client_cert_validation_timed_out
|
嘗試驗證憑證鏈結時，已達到深度或迭代限制。 憑證鏈的深度上限為十層，包括根憑證和用戶端憑證。迭代次數上限為 100 (檢查憑證以驗證用戶端憑證鏈結)。 |
client_cert_validation_search_limit_exceeded
|
您未設定 TrustConfig 資源，就設定了 mTLS。 |
client_cert_validation_not_performed
|
| 在握手期間，用戶端未提供要求的憑證。 |
client_cert_not_provided
|
用戶端憑證無法通過 TrustConfig 資源的驗證。 |
client_cert_validation_failed
|
關閉連線的記錄錯誤
如果用戶端驗證模式設為 ALLOW_INVALID_OR_MISSING_CLIENT_CERT 或 REJECT_INVALID，某些錯誤會導致連線關閉，並記錄至 Cloud Logging。下表說明這些錯誤。
| 用戶端憑證狀態 | 要求 | 記錄的錯誤 |
|---|---|---|
| 用戶端憑證在握手期間無法通過簽名比對。 | 終止安全資料傳輸層 (SSL) 握手 | 無 |
| 服務無法執行憑證鏈結驗證。 | 終止連線 |
client_cert_validation_unavailable
|
| 驗證憑證鏈結時發生內部錯誤。 | 終止連線 |
client_cert_validation_internal_error
|
找不到相符的 TrustConfig。 |
終止連線 |
client_cert_trust_config_not_found
|
| 用戶端憑證酬載 (包括任何中介憑證) 過大 (超過 16 KB)。 | 終止連線 |
client_cert_exceeded_size_limit
|
如果後端服務已啟用記錄功能，您可以查看 mTLS 用戶端憑證驗證期間關閉連線的記錄錯誤。
限制
負載平衡器不會對用戶端憑證執行撤銷檢查。
應用程式負載平衡器可讓您上傳信任設定，其中包含單一信任儲存庫，最多可包含：信任錨點和中繼憑證的總數 (中繼憑證數量上限為 100)，以及加入許可清單的 500 個憑證。所有中繼憑證不得超過三張，且必須共用相同的主體和主體公開金鑰資訊。詳情請參閱「配額和限制」。
憑證鏈的深度上限為十，包括根憑證和用戶端憑證。嘗試建立信任鏈時，中繼憑證的評估次數上限為 100 次。詳情請參閱「配額與限制」。
從用戶端上傳及傳遞的憑證金鑰僅限於以下項目：
- RSA 金鑰的長度可介於 2048 至 4096 位元之間。詳情請參閱配額與限制一文。
- ECDSA 金鑰可使用 P-256 或 P-384 曲線。
從用戶端收到的已接受憑證鏈結大小上限為 16 KB，且憑證數量上限為 10 個。詳情請參閱「配額與限制」。
用於驗證的根憑證最多只能包含 10 個名稱限制。詳情請參閱「配額與限制」。
第 1 層 Google Front End (GFE) 會強制執行 10 秒的非可設定逾時時間，讓用戶端在 TLS 握手期間出示憑證。在負載高峰期，這個逾時值可能會縮短。用戶端必須在這個時間範圍內完成憑證提交作業，才能順利建立 mTLS 連線。