SSH协议体系结构解读

1、概念

SSH的英文全称为Secur Network Working Group所 和其他安全网络服务。如需 Security Corporation的网

e Shell，是IETF（Internet En 制定的一族协议，其目的是要在 要SSH的详细信息请参考www.ssh 站）和www.openssh.org（开放

gineering Task Force）的 非安全网络上提供安全的远程登录 .com（SSH Communications 源码的OpenSSH组织的网站）。

2、基本框架

SSH协议框架中最主要 SSH协议框架中还为许多高 用如下图1来表示：

的部分是三个协议：传输层协议 层的网络安全应用协议提供扩展

、用户认证协议和连接协议。同时 的支持。它们之间的层次关系可以

图1 SSH协议的层次结构示意图                                              

在SSH的协议框架中， 数据机密性，信息完整性 则为服务器提供客户端的 隧道复用成若干个逻辑通道 立于SSH基本体系之外，并

传输层协议（The Transport La 等的支持；用户认证协议（The 身份鉴别；连接协议（The Conn ，提供给更高层的应用协议使用 依靠这个基本框架，通过连接协

yer Protocol）提供服务器认证， User Authentication Protocol） ection Protocol） 将加密的信息 ；各种高层应用协议可以相对地独 议使用SSH的安全机制。

3、主机密钥机制

对于SSH这样以提供安全通讯为目标 由于SSH协议是面向互联网网络中主机之 机制。也就是说，SSH协议要求每一个使 ，服务方通过对客户方主机密钥的认证之 钥，针对不同的密钥算法而拥有不同的密 的密钥。关于DSS算法，请参考[FIPS-186

的协议，其中必不可少的就是一套完备的密钥机制。 间的互访与信息交换，所以主机密钥成为基本的密钥 用本协议的主机都必须至少有一个自己的主机密钥对 后，才能允许其连接请求。一个主机可以使用多个密 钥，但是至少有一种是必备的，即通过DSS算法产生 ]。

SSH协议关于主机密钥认证的管理方案有两种，如下图2所示：

图2 SSH主机密钥管理认证方案示意图                                        

每一个主机都必须有自己的主机密钥 和私有密钥。在实际应用过程中怎样使用 示，SSH协议框架中提出了两种方案。

，密钥可以有多对，每一对主机密钥对包括公开密钥 这些密钥，并依赖它们来实现安全特性呢？如上图所

在第一种方案中，主机 用该主机的公开密钥来加密 认证，确定客户机的可靠身 主机B和主机C，此时，A成 候根据主机名来查找相应的 全地存储自己的私有密钥就

将自己的公用密钥分发给相关的 数据，主机则使用自己的私有密 份。在图2（a）中可以看到，用 为客户机，它必须事先配置主机 公开密钥。对于被访问主机（也 可以了。

客户机，客户机在访问主机时则使 钥来解密数据，从而实现主机密钥 户从主机A上发起操作，去访问， B和主机C的公开密钥，在访问的时 就是服务器端）来说则只要保证安

在第二种方案中，存在一个密钥认证 钥提交给认证中心，而任何作为客户机的 在这种模式下，客户机在访问服务器主机 能够正确地连接到目的主机上。

中心，所有系统中提供服务的主机都将自己的公开密 主机则只要保存一份认证中心的公开密钥就可以了。 之前，还必须向密钥认证中心请求认证，认证之后才

很显然，第一种方式比 变更都必须在客户机上有所 对认证中心的要求很高，在 大麻烦，有谁能够什么都能 采用中心认证的方案是必要

较容易实现，但是客户机关于密 体现；第二种方式比较完美地解 互联网络上要实现这样的集中认 说了算呢？但是从长远的发展来 的。

钥的维护却是个麻烦事，因为每次 决管理维护问题，然而这样的模式 证，单单是权威机构的确定就是个 看，在企业应用和商业应用领域，

另外，SSH协议框架中 访问免认证是指，在某客户 个公开密钥的拷贝，这样在 。

还允许对主机密钥的一个折中处 机第一次访问主机时，主机不检 以后的访问中则必须使用该密钥

理，那就是首次访问免认证。首次 查主机密钥，而向该客户都发放一 ，否则会被认为非法而拒绝其访问

4、字符集和数据类型

SSH协议为了很好地支 处理。首先，SSH协议规定 些信息将被协议本身直接处 常情况下的统一字符集为IS 息本地化的应用，协议规定 大多数用来显示给用户的信 程序及其操作系统环境，因 来自由掌握。

持全世界范围的扩展应用，在字 ，其内部算法标识、协议名字等 理，而且不会用来作为用户的显 O 10646标准下的UTF-8格式，详 了必须使用一个专门的域来记录 息，使用什么样的字符集主要取 而对此SSH协议框架中没有作硬

符集和信息本地化方面作了灵活的 必须采用US-ASCII字符集，因为这 示信息。其次，SSH协议指定了通 细请参考RFC-2279。另外，对于信 语言标记（Language Tag）。对于 决于用户的终端系统，也就是终端 性规定，而由具体实现协议的程序

除了在字符、编码方面的灵活操作外 种方便实用的种类，包括字节类型、布尔 型、字符串类型、多精度整数类型以及名

，SSH协议框架中还对数据类型作了规定，提供了七 类型、无符号的32位整数类型、无符号的64位整数类 字表类型。下面分别解释说明之：

（1）字节类型（byte）

一个字节（byte）代表一个任意的8 据就用一个字节数组来表示，写成byte[n

字位值（octet）[RFC-1700]。有时候固定长度的数 ]的形式，其中n是数组中的字节数量。

（2）布尔类型（boolean）

一个布尔值（boolean 表示“真”（TRUE）。所有 尔值存储0和1意外的数值。

）占用一个字节的存储空间。数 非零的数值必须被解释成“真”

值0表示“假”（FALSE），数值1 ，但在实际应用程序中是不能给布

（3）无符号的32位整数类型（unit32）

一个32字位的无符号整 位在前，低位在后）。例如 际存储时就是03 CD F3 B9

型数值，由按照降序存储的四个 ，有一个数值为63828921，它的 ，具体存储结构的地址分配如图

字节构成（降序即网络字节序，高 十六进制表示为0x03CDF3B9，在实 3。

图3 无符号32位整数类型的典型存储格式                                      

（4）无符号的64位整数类型（unit64）

一个64字位的无符号整型数值，由按 整数类似，可以比照图3。

照降序存储的八个字节构成，其具体存储结构与32位

（5）字符串类型（string）

字符串类型就是任意长 符（null）和8位字符。字 是随后有多少个字节），un 不需要用空字符来表示结束

度的二进制序列。字符串中可以 符串的前四个字节是一个unit32 it32之后的零个或者多个字节的 。

包含任意的二进制数据，包括空字 数值，表示该字符串的长度（也就 数据就是字符串的值。字符串类型

字符串也被用来存储文 示的文本信息则使用ISO-10 （null）。

本数据。这种情况下，内部名字 646 UTF-8编码。一般情况字符

使用US-ASCII字符，可能对用户显 串中不应当存储表示结束的空字符

在图4中举例说明字符串“My ABC”的存储结构：

图4 字符串类型的典型存储格式                                                

从图4中可以很明显地看出，字符串 字节数），即使没有任何字符的字符串也 存储方式类似。

类型所占用的长度为4个字节加上实际的字符个数（ 要占用四个字节。这种结构与Pascal语言中的字符串

（6）多精度整数类型（mpint）

多精度的整数类型实际 分每个字节8位，高位在前 果恰巧一个正数的最高位是 ，额外的前导字节如果数值 一个长度为零的字符串（st 的。其存储格式通过图5的

上是一个字符串，其数据部分采 ，低位在后。如果是负数，其数 1时，它的数据部分必须加一个 为0或者255时就不能被包括在整 ring）。多精度整数在具体运算 若干示例来说明：

用二进制补码格式的整数，数据部 据部分的第一字节最高位为1。如 字节0x00作为前导。需要注意的是 数数值内。数值0则必须被存储成 时还是要遵循正常的整数运算法则

图5 多精度整数类型的典型存储格式                                            

（7）名字表类型（name-list）

名字表（name-list）是一个由一系 储方式上与字符串一样，名字表前四个字 目，类似于字符串类型），其后跟随着由 个名字则必须具有非零长度，而且不能包 上下文关系可以对名字表中的名字产生额 的算法标识，或者都是语言标记等。名字 的上下文关系。与字符串类型一样，无论 符作为结束。如下图6：

列以逗号分隔的名字组成的字符串（string）。在存 节是一个unit32型整数以表示其长度（随后的字节数 逗号分隔开的一系列名字，可以是0个或者多个。一 含逗号，因为逗号是名字之间的分隔符。在使用时， 外的限制，比如，一个名字表中的名字都必须是有效 表中名字是否与顺序相关，也要取决于该名字表所在 是单个的名字，还是整个名字表，都不需要使用空字

图6 名字表的典型存储格式                                                    

SSH协议框架中拥有对

这些数据类型的支持，将对协议

、算法的处理带来极大的便利。

5、命名规则及消息编码

SSH协议在使用到特定 法和其他协议时都利用名字 定。无论是SSH协议框架中 算法或者协议，都必须遵循

的哈希算法，加密算法，完整性 来区分，所以SSH协议框架中很 所必备的算法或者协议，还是今 一个统一的命名规则。

算法，压缩算法，以及密钥交换算 重要的一个部分就是命名规则的限 后具体应用实现SSH协议时增加的

SSH协议框架对命名规则有一个基本 、可打印US-ASCII字符串；名字必须是大

原则：所有算法标识符必须是不超过64个字符的非空 小写敏感的。

具体的算法命名有两种格式：

（1）不包含@符号的名 sha-1”，“hmac-sha1”， ，这种格式的名字是不能使

字都是为IETF标准（RFC文档） “zlib”（注意：引号不是名字 用的。当然IETF的所有注册的名

保留的。比如，“3des-cbc”，“ 的一部分)。在没有事先注册之前 字中也不能包含@符号或者逗号。

（2）任何人都可以使用“name@doma [email protected]”。在@符号之前 @符号和逗号之外的US-ASCII字符。在@符 （参考[RFC-1034]），个人域名和组织域 负责的。

inname”的格式命名自定义的算法，比如“ 部分的具体格式没有限定，不过这部分中必须使用除 号之后的部分则必须是一个完全合法的Internet域名 名均可。至于局部名字空间的管理则是由各个域自行

SSH协议框架中另一个主要的标准化规则就是消息编码，基本规定在表1中详述：

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