(10) openssl dhparam(密钥交换)

openssl dhparam用于生成和管理dh文件。dh(Diffie-Hellman)是著名的密钥交换协议，或称为密钥协商协议，它可以保证通信双方安全地交换密钥。

但注意，它不是加密算法，所以不提供加密功能，仅仅只是保护密钥交换的过程。在openvpn中就使用了该交换协议。关于dh算法的整个过程，见下文。

openssl dhparam命令集合了老版本的openssl dh和openssl gendh，后两者可能已经失效了，即使存在也仅表示未来另有用途。

openssl dhparam [-in filename] [-out filename] [-dsaparam] [-noout] [-text] [-rand file(s)] [numbits]
选项说明：
-in filename：  从filename文件中读取密钥交换协议参数。
-out filename： 输出密钥交换协议参数到filename文件。
-dsaparam：     指定此选项将使用dsa交换协议替代dh交换协议。虽然生成速度更快，但更不安全。
-noout：        禁止输出任何信息。
-text：         以文本格式输出dh协议。
-rand：         指定随机数种子文件。
numbits：       指定生成的长度。

注意，dh协议文件生成速度随长度增长而急剧增长，使用随机数种子可以加快生成速度。

例如：生成1024长度的交换协议文件，其消耗的时间2秒不到。

[root@xuexi tmp]# time openssl dhparam -out dh.pem 1024               

Generating DH parameters, 1024 bit long safe prime, generator 2
This is going to take a long time
..........+.................................................+....................+..+.................................+.........+..................+.............................................+
...................................................................................................+..................................+............+...................+................+..........
.........................................................................................................................................................................................+.........
................................................................................................................................................+.............................................+....
........................................+......................+.......................++*++*++*

real    0m1.762s
user    0m1.608s
sys     0m0.017s

但生成长度2048的交换协议文件用了4分多钟，可见长度增长会导致协议生成的时间急剧增长。

[root@xuexi ~]# time openssl dhparam -out dh.pem 2048

    .........
    .........
real    4m36.606s
user    4m14.404s
sys     0m0.538s

而使用了64位随机数种子的同样命令只需50秒钟。

[root@xuexi tmp]# time openssl dhparam  -rand rand.seed  -out dh.pem 2048

    .........
    .........
real    0m50.264s
user    0m46.039s
sys     0m0.104s

openssl命令实现的是各种算法和加密功能，它的cpu的使用率会非常高，再结合dhparam，可以使得openssl dhparam作为一个不错的cpu压力测试工具，并且可以长时间飙高cpu使用率。

DH密钥协商过程：

密钥交换协议(DH)的大概过程是这样的(了解即可，可网上搜索完整详细的过程)：

(1).双方协商一个较大的质数并共享，这个质数是种子数。

(2).双方都协商好一个加密生成器(一般是AES)。

(3).双方各自提出另一个质数，这次双方提出的质数是互相保密的。这个质数被认为是私钥(不是非对称加密的私钥)。

(4).双方使用自己的私钥(即各自保密的质数)、加密生成器以及种子数(即共享的质数)派生出一个公钥(由上面的私钥派生而来，不是非对称加密的公钥)。

(5).双方交换派生出的公钥。

(6).接收方使用自己的私钥(各自保密的质数)、种子数(共享的质数)以及接收到的对方公钥计算出共享密钥(session key)。尽管双方的session key是使用对方的公钥以及自己的私钥计算的，但因为使用的算法，能保证双方计算出的session key相同。

(7).这个session key将用于加密后续通信。例如，ssh连接过程中，使用host key对session key进行签名，然后验证指纹来完成主机认证的过程

在此可见，在计算session key过程中，双方使用的公钥、私钥是相反的。

但因为DH算法的原因，它能保证双方生成的session key是一致的。而且因为双方在整个过程中是完全平等的，没有任何一方能掌控协商的命脉，再者session key没有在网络上进行传输，使得使用session key做对称加密的数据传输是安全的。