20150920 加密和解密原理 Open SSL OPEN SSH使用

zyh3033

　　第一部分：加密算法和原理   
第一、基础知识
　　1）数据加密：
　　SSL: Secure Socket Layer
　　2）NIST： （该组织评价网络安全）   
      保密性：  
          数据保密性  
          隐私性  
      完整性： （不能被修改）     
          数据完整性  
          系统完整性  
      可用性：
　　3）OSI: x.800 （OSI国际标准组织定义x.800标准）   
   安全***： （第一层面）     
       被动***：监听 （网络监听）     
       主动***：伪装、重放、消息篡改、拒绝服务 （导致服务无法进行）     
   安全机制： （第二层面）     
      加密/解密、数字签名、访问控制、数据完整性、认证交换、流量填充、路由控制、公证
　　（数字签名，说明发送的信息是发送人发送的）   
   安全服务：  
      认证  
      访问控制  
      数据保密性  
            连接保密性  
            无连接保密性  
            选择域保密性  
            流量保密性     
            数据完整性     
            不可否认性（用于网络交易等）
　　PKI：public Key Infrastructure（现代互联网机制）
　　4）密码算法和协议：  
        对称加密 （加密与解密同一个密钥）     
       公钥加密 （配对使用，公钥需要私钥解密）     
       单向加密 （只加密不能够解密）     
        认证协议
　　第二：加密算法介绍
　　1）加密算法和协议：  
     AA：对称加密：
　　加密和解密使用同一个密钥；速度对   
         依赖于：算法和密钥；  
         安全性依赖于密钥，而非算法；
　　常见算法：  
        DES：Data Encryption Standard, 56bits（已破解）  
        3DES:  
        AES: Advanced Encrpytion Standard, (128bits, 192, 256, 384, 512bits)  
        Blowfish  
        Twofish  
        IDEA  
        RC6  
        CAST5
　　特性：  
        1、加密、解密使用同一密钥；
　　数据输入后再输入密钥，接收到再使用密钥还原数据原来的样子）   
        2、将明文分隔成固定大小的块，逐个进行加密；
　　缺陷：  
        1、密钥过多；  
        2、密钥分发；
　　一个人与多个人通信需要维护多个密钥。不适合分布式使用。
　　BB：非对称加密：公钥加密  
密钥对儿：私钥和公钥配对使用  
     私钥：secret key，仅允许个人使用（不能够公开）；  
     公钥：public key，公开给所有获取；
　　公钥从私钥中提取而来；使用公钥加密的数据，只能使用与此公钥配对
　　的私钥解密；反之亦然；
　　用处：  
       身份认证：私钥拥有者用自己的私钥加密的数据，只要用其公钥能解
　　密，即可认证其身份；  
       密钥交换：与被通信方通信之前，首先获取到对方的公钥，自己生成
　　一个加密密码，用对方的公钥加密，并发送给对方；  
       数据加密：
　　算法：  
        RSA （三个人名字的简写）     
        DSA （数据签名标准）     
        ELGamal
　　特性：  
        1、密钥长度较大，例如512bits, 2048bits, 4096bits  
        2、加密解密分别使用密钥对儿中的密钥相对进行；  
        3、常用于数字签名（DSA）和密钥交换；
　　2）单向加密：提出数据的特征码；  
     特性：  
        1、定长输出：无论原来的数据是多大级别，其加密结果长度一样；  
        2、雪崩效应：原始数据微小改变，将会导致结果巨大变化；  
        3、不可逆：
　　算法：  
          MD5：128bits定长输出；  
          SHA1：160bits定长输出；  
          SHA256  
          SHA384  
          SHA512：
　　CRC32(循环冗余校验码）
　　/etc/shadow： （ entos 6.7使用sha512加密）   
$#$#######$#############################
　　用处：  
           1、数据完整性；
　　3）:数字签名：
　　4）:密钥交换：IKE (Internet Key Exchange)

　　双方初次通信时用对方公钥加密，然后对方利用自己的私钥进行解密
　　这样双方即可安全通信。称为密钥交换。（密钥加密后存放）
　　针对上面IKE方式存在破解可能，利用DH算法进行加密。双方通信之前
　　生成一个对称密钥，不需要网上传输

　　这时双方知道各个需要的密钥。双方通信过程如下：
　　
      DH （Deffie-Hellman）  
          A：P，G （质数、生成器是公开的A与B都知道）     
               X（A生成加密数据）
　　P^X%G（取模计算发给B）
　　从B拿到：(P^Y%G)^X=P^XY%G
　　B：  
            公开：P，G  
            私有：Y（B生成加密数据）
　　P^Y%G（取模计算发给A）
　　从A拿到：(P^X%G)^Y=P^XY%G
　　5）一次加密通信过程  
  发送者：  
     1、使用单向加密算法提取生成数据的特征码；  
     2、使用自己的私钥加密特征码附加在数据后面；  
     3、生成用于对称加密的临时密钥；  
     4、用此临时密钥加密数据和已经使用私钥加密后的特征码；  
     5、使用接收方的公钥加密此临时密钥，附加在对称加密后的数据后方；
　　接收方：  
     1、使用自己的私钥解密加密的临时密钥；从而获得对称密钥；  
     2、使用对称密钥解密对称加密的 数据和私钥加密的特征码密文；
　　从而获得数据和特征码密文；  
     3、使用发送方的公钥解密特征码密文，从而获得从计算生成的特征码；  
     4、使用与对方同样的单向加密算法计算数据的特征码，并与解密而来的进行比较；
　　使用对称加密、公钥加密、单向加密、密钥交换保证通信安全，频繁使用对方公钥
　　公钥的签方方法使用CA证书。
　　示意图：

　　第一步：单向加密生成数据指纹
　　第二步：使用自己的私钥加特征码附加到数据后
　　第三步：再生成一次性对称密钥，将整个数据加密，
　　第四步：使用对方的公钥再次将数据加密附加到数据后面。
　　左则数据进行加次附加1次私钥和特征骊，另一次对方公钥
　　第五步：文件发送到对方，用自己私钥解密。此时获得签名信息
　　第六步：使用对方公钥进行解密，能够解密说明是对方的签名。发送者为对方
　　第七步：解密后是特征码，再比较特征码一致保证完整性
　　第二部分：OpenSSL
　　第一：基础知识
　　1）SSL的历史
　　SSL网景公司研发协议，应用层以加密的形式发送。
　　（在传输层与应用层之间的半层协议）
　　SSL通信过程：Secure socket layer(三版）
　　sslv1, sslv2, sslv3
　　目前由 IETF组织维护，定义tls(transport layer securty) v1.0相当sslv3
　　IETF:tls 1.0,tls v1.1,tls v1.3(目前为常用1.2版本）
　　http --> ssl --> https (443)
　　2）SSL的工作过程：
　　工作过程如下：
　　@1：客户端浏览器与服务端进行三次握手，
　　创建虚拟链路，然后SSL握手协议。

　　@2：向服务器发送多种算法，web server收到请求二者都支持的加密算
　　法，同时客户端向服务器请求数字证书（包括使用者的公钥）。

　　@3：同时服务端向客户端反馈支持的加密算法和数字证书。这里客户端
　　验证服务端的证书是否有效，验证后客户端接受服务端证书
　　@4：客户端用接受服务器端的证书保存的公钥信息，加密生成临时的一次性
　　会话密钥。发送到服务端

　　@5：服务端这请把客户端请求的网页等内容以加密的形式返回给客户端。

　　@6：如果有长链接方式，中间会有不断的数据通信

　　@7：断开SSL，然后TCP

　　https与http的区别在于创建虚拟链路后进行SSL握手。
　　握手完成后http请求和报文，这里发送信息为加密的。
　　客户端发送对称加密密钥给服务端。服务端用加密
　　信息反馈给客户端。浏览器自动解密予以显示。同时用
　　密钥加密请求给服务端，服务端加密响应给客户端。
　　最后先断开ssl联接，然后断开tcp链接（四次）

　　第二： 数字证书：
　　证书是持有者的详细信息，证书有公钥。包括名称、公钥信息等
　　针对证书的防伪信息叫做签名。

　　1）CA：签证机构 （签发证书的机构）   
      功用：保证公钥信息安全分发；
　　2）数字证书的格式(x.509 v3)：  
       版本号（version）  
       序列号(serial number)：CA用于惟一标识此证书；  
       签名算法标志(Signature algorithm identifier)  
       发行者的名称：即CA自己的名称；  
       有效期：两个日期，起始日期和终止日期；  
       证书主体名称：证书拥有者自己的名字  
       证书主体公钥信息：证书拥有者自己的公钥；  
        发行商的惟一标识：  CA标识号     
        证书主体的惟一标识：  
        扩展信息：  
        签名：CA对此证书的数字签名；（防伪信息）
　　用单向加密算法，有CA自己的私钥加密特证码后附加到证书后面，
　　接受者用判断时用CA的公钥解密这段签名，如果认可说明是用效的。
　　同时用单向验证是否有效（加密前与解密是否一致）
　　3）证书通常有两类用途：  
       用户证书  ：用户与用户之间     
       主机证书（httpd）：服务器进程之间
　　撤消证书：（证书颁发机构要维护证书吊销列表）
　　4）PKI: Public Key Infrastructure  （公钥基础设施）   
     签证机构：CA    用来发证     
     注册机构：RA    只接受注册申请     
     证书吊销列表：CRL   
     证书存取库：
　　私有CA
　　5）openssl的组成部分： (openSSL协议，加密解密SSL协议的实现）
　　libcrypto：加密、解密库文件；  
      libssl: ssl协议实现   
      openssl：多用途命令行工具，每种功能都使用专用的子命令来实现
　　前二个是库文件是开发程序可直接调用，后一个是命令工具。
　　6）gpg: GNU Privarcy Guard   
        是pgp规范的实现；
　　OpenPGP encryption and signing tool
　　7）openssl:可创建私有CA  
子命令分类：  
       标准命令  
       消息摘要命令  
       加密、解密相关的命令
　　openssl   ？  #显示支持的命令

　　8)加密文件（对称加密）：  
     工具：openssl enc, gpg  
     算法：des, 3des, aes, blowfish, twofish, idea, cast5
　　enc工具：  
# openssl enc -e -CIPHERNAME -a -salt -in /PATH/FROM/SOMEFILE –out
　　/PATH/TO/SOMECIPHERFILE
　　-e表示加密   -CIPHERNAME 表示算法  3des使用des3算法（支持多种采用默认值）
　　-a 表示以文本输出 否则是二进制数   -salt表示加些随机数  -in+文件 加密那个文件
　　-out 文件 表示输出放到那个文件当中
　　示例：
　　@1:备份文件
　　openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstabtest -out fstabtest.cert
　　根据提示输入二次密码

　　@2：生成fstabtest.cert，利用cat 查看，为加密后文件

　　# openssl enc -d -CIPHERNAME -a -salt -in /PATH/FROM/SOMECIPHERFILE –out
　　/PATH/TO/SOMEFILE
　　-d表示解密
　　示例：@1 将原文件fstabtest删除
　　@2：利用fstabtest.cert还原文件
　　openssl enc -d -des3 -a -salt -in fstabtest.cert -out fstabtest.new

　　9)单向加密：  
   算法：md5, sha1  
  工具：openssl dgst, md5sum, sha1sum, sha224sum, sha256sum, sha384sum,
　　sha512sum
　　# openssl dgst -CIPHER /PATH/TO/SOMEFILE...     #dgst为单向加密算法
　　MAC: 消息认证码，单向加密的一种延伸应用，用于实现在网络通信中保证所传
　　输的数据的完整性；
　　机制：  
      CBC-MAC  
      HMAC：使用md5或sha1算法
　　示例：用md5sum /filepath/filename  提取文件特征码

　　方法2：使用openssl计算
　　openssl dgst –md5 /etc/fstab(二种方法计算一致）

　　10)生成用户密码： （-1表示md5单向加密）
　　# openssl passwd -1 -salt 8bits随机数
　　示例：openssl passwd -1 -salt $(openssl rand -hex 4)
　　表示生成用户密码为md5加密的8位16进制数

　　11)生成随机数：  
    # openssl rand -hex|-base64 NUM
　　-hex表示以16进制输出      -base64表示编码格式     NUM表示字节数
　　示例：openssl rand –hex 4（

　　每四位一个16进制数，4个四节为8位16制数 （4个字节为32位，4位1个16进制
　　数，这样共需要2个4位16进制数。这样输出为8个16进制数）   rand表示随机数
　　也可用以使用-base64 （包括==主要作用对齐格式)有效为前6个

　　12)公钥加密：（二个主要功能是数字签名与密钥交换）
　　用公钥加密是和于密钥交换   用私钥交换用于身份验证   
     工具：gpg, openssl rsautl(工具）
　　数字签名：RSA, DSA, ELGamal  
        DSA: Digital Signature Algorithm  
        DSS: Digital Signature Standard
　　密钥交换：  
       公钥加密、DH
　　生成密钥对儿：  
       操作过程：生成私钥，从私钥中提取公钥；
　　-out保存到那里     NUM_bit保留多少位   
# openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEYFILE NUM_BITS
　　注意：在bash命令行上放在小括号中执行的命令，其实是通过打开一个子shell进程进行的；
　　#(umask 077; openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEYFILE NUM_BITS)
　　生成文件权限为600（666-077）定义只对当前shell有效
　　示例：
　　(umask 077;openssl genrsa -out test.key 1024)

　　从私钥中手动提取公钥：  
  # openssl rsa -in /PATH/FROM/PRIVATE_KEY_FILE –pubout
　　示例：从test.key文件中提取公钥
　　openssl rsa -in test.key –pubout

　　13）随机数生成器：  
   random, urandom
　　熵池（内存中）：保存硬件中断产生的随机数，在熵池中供使用。
　　/dev/random：仅从熵池中返回随机数，当熵池中的随机数耗尽时，取随机数的进程将会被阻塞；  
/dev/urandom：先从熵池中取随机数，当熵池中的随机耗尽时，就通过伪随机数生成器生成随机数；
　　伪随机数就是软件（不安全）
　　14）X.509 v3数字证书的格式：
　　获取证书的方法：  
   向RA注册申请  
   建立私有CA：  
       OpenSSL  
       OpenCA
　　15）使用OpenSSL构建私有CA：  
   1、生成私钥； （Winodws安全完成后自带）     
   2、生成自签署证书；（公司范围内使用）
　　(1) 私钥用于签发证书时，向证书添加数字签名使用；  
       (2) 证书：每个通信方都导入此证书至“受信任的证书颁发机构”；
　　配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf
　　cat /etc/pki/tls/openssl.cnf文件

　　默认CA是CA_Default,第二行说明CA_default默认CA的定义
　　首先是目录为/etc/pki/ca

　　下面$dir引用 /etc/pki/ca目录，说明其cert目录下是主书
　　crl（吊销所在目录），签名和持有都数据文件在$dir/index.txt数据库文件中。
　　新生成证书目录、序列号、吊销编号、CA自己的私钥文件$dir/private/
　　示例：自己创建CA过程
　　工作目录：/etc/pki/CA/

　　建立私有CA：  
    1、生成私钥文件: /etc/pki/CA/private/cakey.pem
　　# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 2048)

　　私钥保存到private目录下的cakey.pem文件
　　2、私钥生成自签证书
　　# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem –out
　　/etc/pki/CA/cacert.pem -days 120
　　-new: 生成新的证书签署请求；  
        -key：私钥文件路径，用于提取公钥；  
       -days N: 证书有效时长，单位为“天”；  
       -out：输出文件保存位置；  
       -x509：直接输出自签署的证书文件，通常只有构建CA时才这么用；

　　提示输入国家信息等（二位缩写）CN（注意：主机名要一致）

　　这里生成CA自己的证书（cacert.pem)

　　3、提供辅助文件  
   # touch /etc/pki/CA/index.txt   (CA提供索引文件，从01开始）     
   # echo 01 > /etc/pki/CA/serial

　　以上完成自签CA的创建，后续可发给相应程序。
　　4、提供给httpd服务提供证书
　　@1:创建ssl目录以及私钥（默认长度为1024）为httpd.key文件

　　@2：创建签名请求（让CA签名）

　　这里要求与上述httpd配置相同
　　@3:将要httpd证书签名请求文件发送给CA证书服务器
　　这里测试CA 证书服务器地址为 172.16.16.104
　　httpd服务器的地址为172.16.16.105
　　scp httpd.csr root@172.16.16.104:/tmp/

　　@4：为httpd证书签名请示，签证书(在CA证书服务器签发）
　　openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/www.uec.com.c

　　@5:输入y确定，同时查看index.txt数据库

　　01代表编号

　　这里在newcerts和certs目录中保存证书文件

  

　　@6：签发完成，返还给httpd服务器端

　　以后可以使用ssl目录下的www.uec.com.crt证书进行通信。
　　16）给节点发证书：  
       1、节点申请证书  
            在证书申请的主机上进行如下步骤：  
            (1) 生成私钥；  
            (2) 生成证书签署请求；
　　注意：  
       (a) 其中的subject信息部分，要与CA的保持一致；  
       (b) Common Name要使用此主机在通信真实使用名字；
　　(3) 把请求发送给CA；
　　2、CA签发证书  
      (1) 验正请求者信息  
      (2) 签署证书  
   # openssl ca -in /PATH/FROM/CSR_FILE -out /PATH/TO/CRT_FILE -days N  
      (3) 把签署好的证书发还给请求者
　　吊销证书：  
    1、获取吊销证书的序列号；  
  # openssl x509 -in /PATH/FROM/CRT_FILE -noout -serial –subject

　　2、实现证书吊销  
        (1) 吊销证书  
  # openssl ca -revoke /PATH/FROM/CRT_FILE

　　(2) 生成吊销证书的编号  
  echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber

　　(3) 更新证书吊销列表  
# openssl ca -gencrl -out /etc/pki/CA/crl/aalist.crl

　　查看更新列表
　　openssl crl -noout -text -in /etc/pki/CA/crl/aalist.crl

　　总结：子命令genrsa, req, ca, x509, crl
　　博客作业：加密、解密，以及OpenSSL建立私有CA；
　　回顾过程   
   步骤1：tcp创建虚拟链路以后，进行ssl 握手认证
　　步骤2：客户端发送自己支持的各个加密算法并向服务端索取
　　服务端证书
　　步骤3：服务端收到请求，在众多加密算法中也支持，同时认为比较
　　安全的发还给客户端。同时将自己证书发给客户端
　　步骤4：客户端验证是那台服务器（拥有私钥的只有自己的服务器）
　　A： 服务器的名称与证书中一致、否则拒决
　　B：一致判断是否是信息的CA所发（用本地缓存的信任的CA的公钥，
　　解密证书后的签名，如果能够解密说明是信任的CA所签发）否则拒绝
　　C:再次验证证书的内容是否被篡改过，用单向加密算法计算特征码，与
　　解密的特征码是否一致，说明证书内容可接受
　　D：检查证书是否在有效期内
　　E：检查证书是否被吊销？
　　F：经过以上认证是说明证书是有效的
　　请求---》响应--》验证完整
　　步骤5：客户端从服务器取得公钥，于是生成对称加密密钥，有公钥加密后
　　再次发给服务端
　　步骤6：服务端拥有的对称密钥，称为密钥交换
　　步骤7：双方使用对称密钥进行通信

　　第二部分：OpenSSH
　　加密、解密的示例
　　1、原理及定义
　　1)telnet配置
　　telnet为明文，传输和密码等过程都为明文，由xinetd超级守护进程管理
　　AA：在centos 7中安装需要安装xinetd和telnet-server二个包

　　BB：telnet启用和重启xinetd守护进程
　　（左则为centos 6，右则为 centos 7)

　　CC：ss –tnl 确定tcp 23端口处于listen状态

　　DD:centos默认不支持telnet  root用户登陆，使用其它用户登陆即可。但可以
　　通过su切换至root用户（iptabls –F 清除防火墙）
　　2）ssh 简介
　　ssh: secure shell (监听端口22/tcp) 代替telnet (23/tcp), rcp, rlogin协议
　　ssh protocol:  (   
        v1, v2（目前v2)
　　3）两种方式的用户认证：   
        基于口令     
        基于密钥:基于公钥加密技术，密钥成对出现，用公钥加密私钥解密。
　　公钥不公开，放到服务器端。私钥在本地端。登陆时用私钥加密数据，用
　　服务端存储的存储的公钥解密，说明二者是配对的。基于此种方式进行认证。
　　这样可以不需要输入口令进行认证。openssh是基于DH算法进行密钥交换的，
　　基于rsa或dsa进行身份认证。
　　4）SSH简单通信模型

　　第一步：客户端连接服务端时进行验证，这里服务端将证书发给客户端
　　客户端通过证书确定是要连接的服务器，服务端自己的身份信息给客户端。
　　第二步：客户端接收服务端发过来的信息，这时双方通信完成，但安全性不高
　　安全做法：是在服务器初次部署时产生的公钥，在客户端部署时导入公钥信息。
　　客户端在连接时导入。这种为安全做法。
　　第三步：以上二步完成连接认证，通过DH完成密钥交换，这里客户端与服务端
　　有对称密钥。
　　第四步：服务端给客户端一个login in登陆认证界面。
　　第五步：客户端输入信息发给服务端（这里双方利用加密的对称密码进行通信）
　　第六步：服务端解密确定OK，然后客户端将密码加密再次给服务端
　　后续所有通信都为加密的
　　6）SSH C/S架构
　　包括服务端与客户端   
   Server: sshd  
   Client:  
       Linux: ssh  
       Windows:  
            xshell  
            putty  
            securecrt     
                ...
　　7）OpenSSH:
　　openssh是ssh的实现   
        sshd: 服务器     
        ssh: 客户端     
        scp: 安全跨主机复制工具，基于ssh协议实现；     
        sftp 安全的FTP功能
　　sshd: /etc/ssh/sshd_config  定义如何定义监听套接字提供服务，那个端口等
　　AllowUsers,AllowGrops,DenUsers,DenGroups,Port,Protocol
　　man sshd_config   
       ssh: /etc/ssh/ssh_config  远程登陆服务器端的选项等，在配置文件中指定
　　man ssh_config
　　AA:ssh命令行客户端：  
    ssh [options] [-l user] host ['COMMAND']   #user为远程主机的用户     
    ssh [options]  [user@]host ['COMMAND']   #如果不使用-l 表示以本机用户登陆     
         -p PORT
　　示例：

　　示例：返回远程主机命令的执行结果

　　BB：基于密钥认证：  
   在客户端生成一对密钥，私自己留存；公钥通过私密方式保存至要登录的远程服务
　　某用户的家目录的专用于ssh通信的文件；（只是单向）
　　# ssh-keygen -t rsa  
    # ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.put user@host
　　示例：@1 #ssh-keygen –t rsa  rsa算法，默认保存在家目录隐藏目录中

　　@2：这里家目录下生成三个文件：id_rsa.pub为公钥，id_rsa为私钥

　　@3：将公钥文件id_rsa.pub复制到远程主机的家目录
　　ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub root@172.16.16.105

　　@4:验证：利用ssh登陆远程主机

     
CC：scp远程复制命令：  
  push: scp [-rp] /path/from/somefile user@host:/path/to/somewhere

　　本地文件至远程主机 -r是目录， –p表示保留权限   
  pull: scp [-rp] user@host:/path/from/somefile /path/to/somewhere
　　远程文件至本机（拉文件）
　　-P(大写） PORT
　　示例：将本机/etc/fstab文件复制到远程172.16.16.105 /tmp目录

　　相类：拉文件至本机

　　DD:sshd服务器端的配置：  
      /etc/ssh/sshd_config     
            directive value (指令   值）的形式     
                Port 22     
                Protocol 2
　　限制可登录用户：  
               PermitRootLogin ： 是否允许管理员直接登录；  
               AllowUsers user1 user2 ...  
               AllowGroups grp1 grp2 ...  
               DenyUsers user1 ...  
               DenyGroups grp1 ...
　　仅监听需要监听的IP地址：  
               ListenAddress 0.0.0.0
　　使用强密码策略：
　　禁用使用空密码
　　限制ssh连接次数
　　限制ssh最大密码尝试次数
　　登陆错误所在目录 cat /var/log/secure