【Linux】【Service】【OpenSSL】原理及实现
1. 概念
1.1. SSL(Secure Sockets Layer安全层套接字)/TLS(Transport Layer Security传输层套接字)。
最常见的应用是在网站安全方面,用于http数据传输的加密。
1.2. 安全的目标:保密性(confidentiality),完整性(integrity),可用性(availability)
1.3. 攻击的类型:
威胁保密性的攻击:窃听、通信量分析;
威胁完整性的攻击:更改、伪装、重放、否认
威胁可用性的攻击:拒绝服务(DoS)
1.4. 解决方案:技术(加密和解密)、服务(用于抵御攻击的服务,也即是为了上述安全目标而特地设计的安全服务)
加密和解密:
传统加密方法:替代加密方法、置换加密方法
现代加密方法:现代块加密方法
服务:
认证机制
访问控制机制
1.5. 在linux系统上的实现:OpenSSL(ssl), GPG(pgp)
1.6. 加密算法和协议:
1.6.1. 对称加密:加密和解密使用同一个密钥;
DES:Data Encryption Standard;
3DES:Triple DES;
AES:Advanced Encryption Standard; (128bits, 192bits, 256bits, 384bits)
Blowfish
Twofish
IDEA
RC6
CAST5
特性:
加密、解密使用同一个密钥;
将原始数据分割成为固定大小的块,逐个进行加密;
缺陷:
密钥过多;
密钥分发困难;
1.6.2. 公钥加密:密钥分为公钥与私钥
公钥:从私钥中提取产生;可公开给所有人;pubkey
私钥:通过工具创建,使用者自己留存,必须保证其私密性;secret key;
特点:用公钥加密的数据,只能使用与之配对儿的私钥解密;反之亦然;
用途:
数字签名:主要在于让接收方确认发送方的身份;
密钥交换:发送方用对方公钥加密一个对称密钥,并发送给对方;
数据加密
算法:RSA, DSA, ELGamal
DSS: Digital Signature Standard
DSA:Digital Signature Algorithm
1.6.3. 单向加密:即提出数据指纹;只能加密,不能解密;
特性:定长输出、雪崩效应;
功能:完整性;
算法:
md5:Message Digest 5, 128bits
sha1:Secure Hash Algorithm 1, 160bits
sha224, sha256, sha384, sha512
1.6.4. 密钥交换: IKE(Internet Key Exchange)
公钥加密算法:RSA
DH(Deffie-Hellman),ECDH(椭圆曲线DH),ECDHE(临时椭圆曲线DH)
1.7. PKI:Public Key Infrastructure
公钥基础设施:
签证机构:CA
注册机构:RA
证书吊销列表:CRL
证书存取库:
X.509v3:定义了证书的结构以及认证协议标准
版本号
序列号
签名算法ID
发行者名称
有效期限
主体名称
主体公钥
发行者的惟一标识
主体的惟一标识
扩展
发行者的签名
1.8. 设计模式:分层设计
最底层:基础算法原语的实现,aes, rsa, md5
向上一层:各种算法的实现;
再向上一层:组合算法实现的半成品;
用各种组件拼装而成的各种成品密码学协议软件;
2. 传输过程:
2.1 SSL会话主要三步:
客户端向服务器端索要并验正证书;
双方协商生成“会话密钥”;
双方采用“会话密钥”进行加密通信;
2.2. SSL Handshake Protocol:
第一阶段:ClientHello:
支持的协议版本,比如tls 1.2;
客户端生成一个随机数,稍后用户生成“会话密钥”
支持的加密算法,比如AES、3DES、RSA;
支持的压缩算法;
第二阶段:ServerHello
确认使用的加密通信协议版本,比如tls 1.2;
服务器端生成一个随机数,稍后用于生成“会话密钥”
确认使用的加密方法;
服务器证书;
第三阶段:
验正服务器证书,在确认无误后取出其公钥;(发证机构、证书完整性、证书持有者、证书有效期、吊销列表)
发送以下信息给服务器端:
一个随机数;
编码变更通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送;
客户端握手结束通知;
第四阶段:
收到客户端发来的第三个随机数pre-master-key后,计算生成本次会话所有到的“会话密钥”;
向客户端发送如下信息:
编码变更通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送;
服务端握手结束通知;
3. OpenSSL
3.1. 组件:libcrypto, libssl(主要由开发者使用),openssl(多用途命令行工具)
3.2. opensll命令:
从多子命令,分为三类:
标准命令
消息摘要命令(dgst子命令)
加密命令(enc子命令)
标准命令: enc, ca, req, genrsa, ...
3.2.1. 对称加密:
工具:openssl enc, gpg
支持的算法:3des, aes, blowfish, towfish
enc命令:
加密:~]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext
解密:~]# openssl enc -d -des3 -a -salt -out fstab -in fstab.ciphertext
3.2.2. 单向加密:
工具:openssl dgst, md5sum, sha1sum, sha224sum, ...
dgst命令:
~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE
3.2.3. 生成用户密码:
工具:passwd, openssl passwd
~]# openssl passwd -1 -salt SALT
3.2.4. 生成随机数:
工具:openssl rand
~]# openssl rand -hex NUM
~]# openssl rand -base NUM
3.2.5. 公钥加密:
加密解密:
算法:RSA,ELGamal
工具:openssl rsautl, gpg
数字签名:
算法:RSA, DSA, ELGamal
工具:
密钥交换:
算法:DH
3.2.6. 生成密钥:
生成私钥: ~]# (umask 077; openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEY_FILE NUM_BITS)
提出公钥: ~]# openssl rsa -in /PATH/FROM/PRIVATE_KEY_FILE -pubout
4. CA:公共信任的CA,私有CA;
4.1. 公共CA:买买买
4.2. 建立私有CA工具:openssl/OpenCA
4.2.1. openssl命令:
配置文件:/etc/pki/tls/openssl.cnf
4.2.1.1. 构建私有CA:
在确定配置为CA的服务上生成一个自签证书,并为CA提供所需要的目录及文件即可;
步骤:
(1) 生成私钥;
~]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
(2) 生成自签证书;
~]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3655
-new:生成新证书签署请求;
-x509:生成自签格式证书,专用于创建私有CA时;
-key:生成请求时用到的私有文件路径;
-out:生成的请求文件路径;如果自签操作将直接生成签署过的证书;
-days:证书的有效时长,单位是day;
(3) 为CA提供所需的目录及文件;
~]# mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts}
~]# touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}
~]# echo 01 > /etc/pki/CA/serial
要用到证书进行安全通信的服务器,需要向CA请求签署证书:
步骤:(以httpd为例)
(1) 用到证书的主机生成私钥;
~]# mkdir /etc/httpd/ssl
~]# cd /etc/httpd/ssl
~]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)
(2) 生成证书签署请求
~]# openssl req -new -key /etc/httpd/ssl/httpd.key -out /etc/httpd/ssl/httpd.csr -days 365
(3) 将请求通过可靠方式发送给CA主机;
(4) 在CA主机上签署证书;
~]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365
查看证书中的信息:
~]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject
4.2.1.2. 吊销证书:
步骤:
(1) 客户端获取要吊销的证书的serial(在使用证书的主机执行):
~]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject
(2) CA主机吊销证书
先根据客户提交的serial和subject信息,对比其与本机数据库index.txt中存储的是否一致;
吊销:
# openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem
其中的SERIAL要换成证书真正的序列号;
(3) 生成吊销证书的吊销编号(第一次吊销证书时执行)
# echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber
(4) 更新证书吊销列表
# openssl ca -gencrl -out thisca.crl
查看crl文件:
# openssl crl -in /PATH/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text
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