加密解密技术基础，pki以及自建私有CA

网络安全议题，几乎是业内人士避不开的话题，要做到网络安全，主要旨在三个方面的目标：保密性，完整性和可用性。本文在此主要对基础的加密和解密技术，ssl协议，以及ssl协议的实现实例做一些简要描述和梳理。

加密和解密：

目前对于网络安全的攻击，很大部分集中在“威胁保密性的攻击”，也就是我们进场所说的数据泄露，加密和解密是目前最为直观的解决保密性问题的手段。

几种加密方式：

• 对称加密；

特点：加密和解密使用同一个密钥；将数据分割成多个固定大小的块，逐个加密；

缺点：密钥过多（对于服务器端，需要与多人通信）；密钥分发困难；

算法：DES，3DES，AES等；

• 非对称加密；

特点：公钥加密的数据，只能够通过与之配对的私钥才能解密；反之亦然；

私钥：secret key，通过工具创建，使用者自己保存，必须要保证私密性；

公钥：pubkey，从私钥中提取而来，可以公开给所有人；

用途：数字签名；密钥交换；数据加密（非对称加密效率低，一般不用作数据加密）；

算法：RSA，DSA等；

• 单向加密：

  用途：提取数据指纹（特征码），验证数据完整性；只能加密，不能解密；

  特点：定长输出，雪崩效应；

  算法：md5，sha{1-6}等；

SSL协议和OPENSSL

secure socket layer，安全的套接字层，位于应用层和传输层之间；SSL协议由网景公司在1994年研发，目前已经发展到3.0版本，其与继任者Transport Layer Security，简称TLS都是为网络通信提供保密性和完整性的安全协议。SSL协议的1.0到3.0版本都被发现安全漏洞，所以SSL目前快要淡出，其继任者TLS快要成为事实上的标准了。

OPENSSL：SSL协议的实现。

• 在centos 7 的OPENSSL包中，主要包含三个部分：libcrypto，libssl和openssl。前两者主要为开发者使用，我们最常用的还是openssl。
• SSL handshake protocol：SSL握手的过程；
  • 第一阶段：client hello；C端向S端发送；

    向S端发送自己所支持的协议版本（如tls 1.2），发送一个随机数（用于生成“会话密钥”），支持的加密算法（如AES,RSA等，便于协商生成会话密钥，可以使用相同加密算法），以及支持的压缩算法；

  • 第二阶段：server hello；S端回应；

    确认使用的协议版本；S端生成一个随机数（用作生成会话密钥）；确认使用何种加密算法；以及发送服务器证书；（假如S端需要验证C端，会有索要C端证书的信息发送到C端）；

  • 第三阶段：C端握手结束；

    验证服务器证书，确认无误后取出公钥（验证发证机构，证书完整性，持有者，有效期，吊销列表等）；验证后发送以下信息给S端：一个随机数（用于服务器公钥加密）；编码变更通知（表示随后信息会以协商好的加密方法发送）；C端握手结束；

  • 第四阶段：S端握手结束；

    S端受到C端发来的第三个随机数pre-master-key后，计算生成本次会话的“会话密钥”，并向C端发送信息如下：编码变更通知（表示随后信息会以协商好的加密方式发送）；S端握手结束；

下面是一个简单的加密传输图示：

（图片可查看附件）

OPENSSL相关命令：标准命令，消息摘要命令，加密命令等；

主要介绍标准命令：enc，ca，req，genrsa；

• 对称加密：openssl enc；

  支持算法：3des，aes，blowfish等；

  例：openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab -out
  fstab.ciphertext；将fstab文件用3des算法加密；

• 单向加密（数据特征码）：openssl dgst，gpg，md5sum等；

  例：openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE == md5sum /PATH/TO/SOMEFILE；两者算法一致，得到的特征码也是一样的；

  生成用户密码：openssl passwd -1 -salt 12345678；-1表示md5算法，-salt可以指定随机数；

  生成随机数：openssl rand -base64 NUM；NUM表示字节数；-base64表示文本格式；-hex表示格式为16进制；

• 公钥加密：openssl genrsa
  • 算法：RSA（加密解密，数字签名），DH（经常用作密钥交换），DSA（数字签名）；
  • 生成密钥：
    • openssl genrsa 1024；
    • openssl genrsa 1024 > /tmp/mykey2.private 1024；重定向到文件中；
    • openssl genrsa 1024 -out  /tmp/mykey2.private 1024；使用out也可以；
    • 经常用法：（usmak 077；openssl genrsa 1024 -out 
      /PATH/mykey2.private 1024）保证权限为600；
  • 提出公钥：
    • openssl rsa in /PATH/FROM/PRIVATE_KEY -pubout；
• 系统随机数生成器：
  • /dev/random：仅从熵池返回随机数，随机数用尽，就会发生阻塞；
  • /dev/urandom：从熵池返回随机数，随机数用尽，会利用软件生成伪随机数，不会阻塞；

PKI：Public Key Infrastructure，公钥基础设施；主要包含以下四个部分：

1. 签证机构：CA；
2. 注册机构：RA；
3. 证书吊销列表：CRL；
4. 证书存取库：

自建私有CA；

• 工具有openssl和openCA；此处以openssl为例；

1. 构建私有CA：在确定配置为CA的服务器上生成一个自签证书，并为CA提供所需目录文件即可；
   1. 生成私钥；

• （umask 077；openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096）

自签证书：CA需要先给自己签发证书；

• openssl req -new -x509 -key
  /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem
  -days 3655;；
  如果不是自签证书，不加-x509即可；
  -new：生成新证书签署请求；
  -key：生成请求时用到的私有文件路径；
  -x509：生成自签格式证书，专门用于创建私有CA时使用；
  -out：生成的请求文件路径，如果是自签操作将会直接生成签署证书，没有请求这一步；
  -days：证书的有效时长，默认单位day；
  最后按照提示填好相关信息即可！

为CA提供所需目录及文件；

• mkdir -pv /etc/pki/CA{certs,crl,newcerts}；

• touch /etc/pki/CA{serial,index.txt}；
• echo
  01 > /etc/pki/CA/serial；

需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，步骤如下：

1. 生成秘钥：

• mkdir /etc/httpd/ssl
• cd /etc/httpd/ssl
• （umask 077；openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048）

生成签署请求：

• openssl req -new -key http.key -out httpd.csr -days 365；

• 填写相关信息；
• 并把生成的httpd.csr发送到之前创建好的Ca主机上；（使用scp等工具）

私有CA签署证书（这一步由请求的CA操作）

• openssl ca -in /PATH/TO/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt
  -days 365；

• 然后再将生成的证书文件发送给请求的服务器主机即可；

查看证书信息：openssl x509 -in http.crt -noout -serial -subject；-subject指看主要部分内容，-serial指查看序列号；

以上。