OpenSSL

OpenSSL
一、概念类
传输层协议：TCP，UDP，SCTP
        port：进程地址,进程向内核注册使用某端口（独占）
同一主机上的进程间通信：IPC，message queue，shm，semephor
不同主机上的进程间通信：socket（也可用于同一主机间通信）,
        socket=ip:port
        cip：port -- sip：port，已建立连接的套结字都是一对socket
            监听模式：listen（ip：port）
SSL：Secure Sockets Layer
        http -> ssl ->https
安全的通信目标：    
        1.保密性：confidentiallity
        2.完整性：integrity
        3.可用性：availabilty
攻击类型：
        威胁保密性攻击：窃听，通信量分析
        威胁完整性攻击：更改，伪装，重放，否认
        威胁可用性攻击：拒绝服务（DoS）
针对攻击的解决方案
    技术：加密解密
    服务：用于抵御攻击的服务，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

二、密钥算法和协议
密钥算法和协议
    对称加密
    公钥加密
    单向加密
    密钥交换
    对称加密：加密和解密使用同一个密钥，(解决保密性问题)
        DES（data encryption standard）des算法_百度百科 (baidu.com)
        3DES:Triple DES，三轮DES加密
AES：Advanced Encryption Standard(密钥长度128bit,192bit,256bit)

特性：
1.加密解密使用同一个密钥
2.将原始数据分割为固定大小的块，逐个进行加密
缺陷：
1.密钥过多
2.密钥分发困难
    公钥加密（非对称加密），身份认证，密钥交换，数据加密（比对称加密慢3个数量级，10的3次幂）
        密钥成对出现，密钥分为：公钥，私钥
        公钥：可以公开给所有人，pubkey，公钥从私钥中提取产生
        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，skey
        特点：
用公钥加密的数据，只能使用与之配对的私钥解密，反之亦然
用途：
数字签名：主要用于接收方确认发送方身份，使用私钥对需要传输的文本的摘要进行加密，得到的密文即被称为该次传输过程的签名
    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：通常不用于数据加密，效率低
        点对点模型示例：client A， sever B
            加密过程：
            1. B将data1通过<单向加密>算法，提取特征码（如MD5），通过自己私钥对特征码进行加密（数字签名，用以完成身份认证），生成数字签名，附加在数据后，称为data2，保证发送方身份和数据完整性
            2.B生成一次性<对称加密>密码，将data2通过对称加密对整段数据进行加密（保密性），称为data3
            3.B将data3通过A的公钥对一次性对称加密密码进行加密（密钥交换），附加在数据后，成为data4（保证其保密性），发送给A 
                 
            解密过程：
1.    A获取data4，先用自己的私钥对对称加密密码进行解密，获得data3+对称密码
2.    A用对称密码对data3解密，获得data2和MD5
3.    A用B公钥对特征码进行解密（身份认证），用MD5验证data1完整性

 

缺点：容易受到中间人攻击，进而需要CA
CA：保证通信双方能够拿到正确公钥的公信机构

算法：RSA，DSA，ELGamal
    DSA：digital signature algorithm,仅能用于签名，而不能用于加解密
    DSS：digital signature standard
    RSA：即能签名也能用于加解密
        单向加密：只能加密，不能解密，只能提取数据特征码md5等（保证数据完整性）    
            特点：
定长输出
雪崩效应（加密数据的微小改变，导致密码巨大变化）
            功能：用于验证数据完整性
            算法：
                1.MD5：Message-Digest Algorithm 5，128bit信息摘要算法
                2.sha1：Secure Hash Algorithm 1，160bit，安全散列算法
                  sha224，sha256，sha384，,sha512

                centos6,7用户密码加密：sha512
cenots5用户密码加密：md5
        密钥交换：IKE :Internet key exchange互联网密钥交换协议
            RSA（公钥加密）
            DH：deffie-hellman（迪菲-赫尔曼）
                优势在于让双方不用发密码就可以得到密码
                    模型：
                    A：p,g
                    B：p,g
                    
                    A:x    
                        p^x%g==>B
                        A:(p^y%g)^x
                    B:y
                        p^y%g==>A
                        B:(p^x%g)^y
                    (p^y%g)^x = (p^x%g)^y
                    
                    (p^x%g)^y为密码
            ECDH：椭圆曲线DH
            ECDH：临时椭圆曲线DH
        
    三、实现
PKI: public key infrastructure，公钥基础设施
    签证机构：CA（市公安机关）
    注册机构：RA（派出所）
    证书吊销列表：CRL
    证书存取库：
            互联网通信强依赖PKI

        X.509v3:定义了证书的结构以及认证协议标准
            版本号：用来区分X.509的不同版本号
            序列号：由CA给予每一个证书的分配唯一的数字型编号，当证书被取消时，实际上是将此证书的序列号放入由CA签发的CRL中；这也是序列号唯一的原因。
            签名算法ID：用来指定用CA签发证书时所使用的签名算法。算法标识符用来指定CA签发证书时所使用的公开密钥算法和HASH算法，须向国际指明标准组织（如ISO）注册。
            发行者名称（认证机构）：即发出该证书的机构唯一的CA的x.500名字；
            有效期限：证书有效的时间包括两个日期：证书开始生效期和证书失效的日期和时间。在所指定的这两个时间之间有效；
            主体名称：证书持有人的姓名、服务处所等信息；
            主体公钥：包括被证明有效的公钥值和加上使用这个公钥的方法名称； 
            发行者唯一标示
            主体的唯一标识
            扩展
            发行者签名：以确保这个证书在发放之后没有被撰改过；
    
        CA使用模型：
            Clinet C，Server S
                C获取S证书，验证证书：
                用CA的公钥去解密CA签名，能解密说明证书来源可靠
                用同样的加密算法去加密证书取得特征码，和解密证书特征码比较，说明完整性可靠
                检查证书有效期限
                验证主体名称和通信人是否一致
                检查证书是否被吊销

        SSL：secure socket layer
            安全套接层是Netscape公司率先采用的网络安全协议
            v1.0（1994）,v2.0,v3.0
        TLS：transport layer security
            安全传输层协议（TLS）用于在两个通信应用程序之间提供保密性和数据完整性
            IETF研发:1999
            v1.0,v1.1,v1.2,v1.3
            我们统称的SSL，实际是指SSL或TLS

        TLS分层设计：
            1.最底层：基础算法原语实现aes，rsa，md5
            2.向上一层：各种算法实现
            3.向上一层：组合算法实现的半成品
            4.用各种组件拼装而成的各种成品密码密码学协议软件

        协议开源实现：openssl

四、SSL handshake
    OpenSSL由三部分组成：
1.    libencrpt库：加密解密库
2.    libssl库，实现SSL功能，用于通信加密的库
3.    openssl：多用途命令行工具

SSL主要简化有3步：
1.    客户端向服务器端索要并验证对方证书
2.    双方协商生成会话密钥
前两部合成握手阶段，handshake
3.    双方采用会话密钥进行加密通信
4.    断开
 
    --------ssl handshake 流程------------
    第一阶段：客户端通过浏览器向服务器发出加密通信请求：
        clinethello：
1.    向服务器发送自己支持的协议版本，比如TLS1.2
2.    客户端生成的随机数，稍后用于生成会话密钥
3.    支持的加密算法，比如AES，3DES，RSA
4.    支持的压缩算法
第二阶段：服务器端回应客户端
    Serverhello:
1.    确认使用的通信加密协议版本，比如TLS1.2
2.    服务器端生成一个随即数，稍后用于生成会要密钥
3.    确认使用的加密算法
4.    发送服务器证书；
5.    索要客户端证书（如果需要）
第三阶段：客户端收到服务器端的回应
1.    验证服务器证书（发证机构，证书签名，证书完整性，证书持有者，证书有效期，吊销列表等等），确认无误后，取出服务器公钥
2.    发送以下信息给服务器端：
a)    一个随机数（第三个随即数），用服务器公钥对这个随机数加密
b)    编码变更通知（随后信息，用双方商定的加密算法进行发送）
c)    客户端握手结束通知
第四阶段：服务器回应
1.    收到客户端发来的第三个随机数pre-master-key，计算生成本次会话所用的“会话密钥”
2.    向客户端发送如下信息：
a)    编码变更通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密算法和密钥发送
b)    服务器握手结束通知
---------ssl handshake-----------------
 
五、OpenSSL
    组件：
        Libcrypto，libssl主要由开发者使用
        openssl：多用途命令行工具

    openssl命令分类：
        standard commands：标准命令
        message digest：消息摘要命令
        cipher commands：加密命令
     

标准命令：enc,ca,req,genrsa

    对称加密，使用openssl完成对称加密：
        工具：openssl enc
        算法：3des,aes,blowfish

        enc命令：
            enc - symmetric cipher routines
            openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64] [-A] [-k password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-S salt] [-salt] [-nosalt] [-z] [-md] [-p] [-P][-bufsize number] [-nopad] [-debug] [-none] [-engine id]
            
            -e加密，-d解密，-a（-base64）文本加密
            
            实例：
                加密：
            openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext
                解密：
            openssl enc -d -des3 -a -salt -in fstab.ciphertext -out fstab

    单向加密：
        工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum
        dgst:
            提取摘要
            openssl dgst -md5 fstab
            openssl dgst -md5 -out fstab.md5 fstab
            验证摘要：
            
生成用户密码的命令：
        工具：passwd, openssl passwd
        openssl passwd:
            openssl passwd [-crypt] [-1] [-apr1] [-salt string] [-in file] [-stdin] [-noverify] [-quiet] [-table] {password}
            
            openssl passwd -1 -salt 123456
            -1（一）标示MD5加密，-salt不变，密文不变
    生成随即数，salt
            工具：openssl rand
            openssl rand [-out file] [-rand file(s)] [-base64] [-hex] num
            
            openssl rand -base64 10
                        L4JQf3hy3RdPtQ==
                        使用时需要删除==
            openssl rand -hex 10
                        f858abb49c1b72e5188d
            
            openssl passwd -1 -salt $(openssl rand -hex 4)
            $1$7d20e521$fp7jFdPa8IRTqjx1FbKHL/

    公钥加密：
        三种功能：
            加密解密：
                    算法：rsa，elgamal
                    工具：openssl rsautl,gpg
            数字签名
                    算法：rsa, dsa, elgamal
                    工具：openssl rsautl,gpg
            密钥交换
                    算法：dh
        生成密钥对
1.    生成私钥
openssl genrsa [-out filename] [-passout arg] [-aes128] [-aes192] [-aes256] [-camellia128] [-camellia192] [-camellia256] [-des] [-des3] [-idea] [-f4] [-3] [-rand file(s)] [-engine id] [numbits]

openssl genrsa  -out ./mykey3.private 1024
openssl genrsa 1024 > mykey.private
openssl genrsa 1024

修改为仅自己能读能写
(umask 077; openssl genrsa -out mykey4.private 1024)
使用（）表示启用子shell启动进程，主进程不受影响

2.    提取公钥
openssl rsa [-inform PEM|NET|DER] [-outform PEM|NET|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg] [-sgckey] [-aes128] [-aes192] [-aes256] [-camellia128] [-camellia192] [-camellia256] [-des] [-des3] [-idea] [-text] [-noout] [-modulus] [-check] [-pubin] [-pubout] [-RSAPublicKey_in] [-RSAPublicKey_out] [-engine id]

openssl rsa -in mykey.private -pubout -out mykey.pub
        
3.    linux系统上的随机数生成器：
a)    /dev/random:仅从熵池中返回随机数，随机数用尽，阻塞
b)    /dev/urandom：从熵池中返回随机数，随即数用尽，会利用软件生成伪随即数，非阻塞
伪随即数不安全，熵池：内核在内存中维护的一个空间，空间内存储大量随机数，
    熵池中的随机数来源：
        硬盘IO中断时间间隔
        键盘IO中断时间间隔
如果随机数用尽，可以拷贝大数据到硬盘，产生大量IO

CA:
        分为两类：
            公共信任的CA，
            私有CA

        建立私有CA：
        openssl
        OpenCA(图形界面工具)

        openssl命令：
        其配置文件/etc/pki/tls/openssl.cnf

    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提供所需的目录及文件即可
    步骤：
1.    生成私钥，默认要求生成在/etc/pki/CA/private/
 (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
2.    生成自签证书，要配置在/etc/pki/CA/cacert.pem
req - PKCS#10 certificate request and certificate generating utility.
openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 365 
    -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
    -days 证书有效时长
        -out 输出路径
        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
    
    某用到证书安全通信的服务器，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
(umask 077;openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)
cd /etc/httpd/ssl
2.    生成证书签署请求
openssl req -new -key httpd.key -out httpd.csr -days 365

3.    将请求通过可靠方式发送给CA
a)    把httpd.csr拷贝给CA
cp httpd.csr /tmp/
            ------------以上在请求主机作，以下在CA主机---------------
4.    在CA主机签署证书
openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365
查看证书信息
    openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject
                
serial=01
subject= /C=CN/ST=Liaoning/O=tianlang/OU=Ops/CN=k8s-node-02
5.    CA给客户提供认证
                    cp certs/httpd.crt /etc/httpd/ssl/

    吊销证书：
        步骤：
1.    客户端获取要证书吊销的serial
                        openssl x509 -in 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index.txt中信息是否一致
                        吊销：
                        openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem
                        其中serial.pem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 -noout -text    

OpenSSH 和 OpenSSL 并不是直系亲属，顶多算有共同志向的兄弟！
它们是由不同的团队开发，有不同的目的，但是都开放源码，为安全通信提供支持。
一、OpenSSH
OpenSSH 是使用 SSH 协议进行远程登录的连接工具。 它加密所有通信讯息以消除窃听、连接劫持和其他攻击。 此外，OpenSSH 提供了大量的安全隧道功能、多种身份验证方法和复杂的配置选项。
OpenSSH 包含的组件如下：

（1）ssh

OpenSSH 远程登录客户端，作为 rlogin 和 Telnet 的替代方案。

（2）scp

OpenSSH 安全文件复制，作为 rcp 的替代方案，将文件复制到其他电脑上。

（3）sftp

OpenSSH 安全文件传输，类似于 scp。

（4）sshd

OpenSSH 守护进程。

（5）ssh-keygen

OpenSSH 身份验证密钥实用程序，产生RSA或ECDSA密钥，用来认证用。

（6）ssh-agent

OpenSSH 身份验证代理，用于帮助用户不需要每次都要输入密钥密码的工具。

（7）ssh-add

向 OpenSSH 身份验证代理添加私钥身份，用于帮助用户不需要每次都要输入密钥密码的工具。

（8）ssh-keyscan

从服务器收集 SSH 公钥，并记录公钥。

在类 Unix 系统中的远程登录就采用了 SSH 协议，只有安装了相应软件包才能实现远程登录。
二、OpenSSL
OpenSSL 是一个开源的软件库，使用包含了众多加解密算法，用于传输层安全性 (TLS) 和安全套接字层 (SSL) 协议的强大、商业级和功能齐全的工具包。
主要库是以 C 语言所写成，实现了基本的加密功能，实现了SSL与TLS协议。