加密学原理及openssl，私有CA搭建

对称加密算法特性：
    1、加密、解密使用同一个密钥；
    2、将原始数据分割成固定大小的块，逐个进行加密

公钥加密：密钥是成对儿出现
    公钥：公开给所有人；pubkey
    私钥：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；
实现：
    数字签名：主要在于让接收方确认发送方身份；用自己的私钥加密；（私钥加密公钥解密）
    密钥交换：发送方用对方的公钥加密一个对称密钥，并发送给对方；

密钥交换（IKE）：两种方式

        ①.基于密钥交换：发送方用对方的公钥加密一个对称密钥，并发送给对方；

        ②.基于DH算法：不会在网络上发送秘钥，所以就算破解了也拿不到秘钥；

对称加密：速度快，安全，紧凑但是不支持数字签名，密钥数量大不方便管理

非对称加密：速度相当慢，密文会变长，密钥数目等于参与者数目，不必事先传递密钥给对方（安全）

数据加密：发送方用对方的公钥加密一个对称密钥，并发送给对方；

安全通信过程解析：（假设A和B要安全传输数据，A要发送数据给B）

发送方A：

1.A用单向加密算法对实际数据做hash，并且用自己的私钥加密hash得到的特征码附加在实际数据后面

2..A用随机对称密钥加密实际数据和刚刚hash得到的特征码，用B的公钥加密那个随机的对称密钥

3.将⑴用刚刚对称密钥加密的数据和特征码，⑵用B的公钥加密后的对称密钥发送给B

接收方B：

1.用自己的私钥解密得到发送方的随机对称密钥

2.用对称密钥解密数据得到以A的私钥加密了的特征码和实际数据

3.用A的公钥解密那个加密了的特征码

4.对实际数据做hash比对上面说的特征码实现了完整性校验

上面过程看似很完美，其实有个漏洞：

A如何拿到B的公钥呢？万一C假冒B告知A自己是B呢？同理B如何拿到A的公钥呢？

这时就需要用到CA了，CA是证书颁发机构，B会把自己的公钥发送给CA，让CA证明B就是B（会在发给B的证书（证书里内嵌了B的公钥，具体格式请见下文）上面盖一个章，实现B的身份认证）

为了保证私钥丢了其他人也不能用，私钥需要加密，但是万一别人解密呢？

所以：CA机构需要有证书吊销列表（证书其实有有效期的），接受方每次都会查看证书是不是可信机构发的，而且会查看CA服务器上的证书吊销列表有没有发送方的这个证书，有的话就不可信

PKI: Public Key Infrastructure
    签证机构：CA
    注册机构：RA
    证书吊销列表：CRL
    证书存取库

证书格式：

X.509：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：任何时候，主机上的证书中的主机名称必须和用户通过互联网访问的名称一致！
    主体公钥
    发行者惟一标识
    主体的惟一标识
    扩展
    发行者签名

上面流程还是有漏洞，万一有人冒充CA呢？那么收到CA证书的人如何验证CA的可靠性呢？

这时，CA会用自己的私钥加密自己颁发给A或者B的证书的特征码，这时，就需要CA的公钥去解密得到特征码，此时就用到CA的证书了，CA自己给自己发证书，当A或者B收到CA颁发给自己的证书同时要验证CA的签名是否可靠（是不是可信CA），用什么方式验证呢？就是装系统时系统会内嵌所有可信CA公证机构的证书，会用系统内嵌的证书里提取出CA公钥，除非系统盗版

windows上自带的证书：

验证证书：1.发行者名称 2.发行者签名3.特征码比较

SSL/TLS：在应用层和传输层之间加了半层,需要建立TCP连接和SSL连接（发送证书信息，基于IP地址实现，所以一个ip地址在某个应用上只能建立一个ssl会话）

分层设计：
    1、最低层：基础算法原语的实现，aes, rsa, md5
    2、向上一层：各种算法的实现
    3、再向上一层：组合算法实现的半成品
    4、用各种组件拼装而成的种种成品密码学协议/软件：tls,ssh

三个组件：
    openssl: 多用途的命令行工具；
    libcrypto: 公共加密解密库；
    libssl: 库，实现了ssl及tls；许许多多服务都会调用这个库实现安全通信，例如pache实现https

linux上openssl命令使用：

1.enc命令：
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
openssl ?可以获取帮助   man enc可以查看enc子命令详细信息

2.单向加密：
工具：md5sum, sha1sum, sha224sum, sha256sum,..., openssl dgst

两种方式：

(1).dgst命令：openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE

(2).md5sum /PATH/TO/SOMEFILE

MAC: Message Authentication Code，单向加密的一种延伸应用，用于实现在网络通信中保证所传输的数据的完整性；
机制：CBC-MAC    HMAC：使用md5或sha1算法

3.生成随机数：
openssl rand -base64|-hex NUM
NUM: 表示字节数；-hex时，每个字符4位，出现的字符数为NUM*2;

4.生成密钥对儿：
openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATEKEY.FILE NUM_BITS
# (umask 077; openssl genrsa -out key.pri 2048)
提取出公钥：
# openssl rsa -in /PATH/FROM/PRIVATEKEY.FILE -pubout(公钥可以从私钥中提取出来)

两个随机数生成器：

/dev/random：仅从熵池返回随机数；随机数用尽，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；非阻塞；

SSL协议通信过程

(1) 浏览器发送一个连接请求给服务器;服务器将自己的证书(包含服务器公钥S_PuKey)、对称加密算法种类及其他相关信息返回客户端;

(2) 客户端浏览器检查服务器传送到CA证书是否由自己信赖的CA中心签发。若是，执行4步;否则，给客户一个警告信息：询问是否继续访问。

(3) 客户端浏览器比较证书里的信息，如证书有效期、服务器域名和公钥S_PK，与服务器传回的信息是否一致，如果一致，则浏览器完成对服务器的身份认证。（1.检查证书发行者名称，找到对应的发行者的证书，提取出公钥检查是否能解密收到的证书的签名，2.检查主体名称是否和我请求的名称是否相同，3.检查证书中信息完整性，4.检查吊销列表）

(4) 服务器要求客户端发送客户端证书(包含客户端公钥C_PuKey)、支持的对称加密方案及其他相关信息。收到后，服务器进行相同的身份认证，若没有通过验证，则拒绝连接;

(5) 服务器根据客户端浏览器发送到密码种类，选择一种加密程度最高的方案，用客户端公钥C_PuKey加密后通知到浏览器;

(6) 客户端通过私钥C_PrKey解密后，得知服务器选择的加密方案，并选择一个对称通话密钥key，接着用服务器公钥S_PuKey加密后发送给服务器;

(7) 服务器接收到的浏览器传送到消息，用私钥S_PrKey解密，获得通话密钥key。

(8) 接下来的数据传输都使用该对称密钥key进行加密。

上面所述的是双向认证 SSL 协议的具体通讯过程，服务器和用户双方必须都有证书。由此可见，SSL协议是通过非对称密钥机制保证双方身份认证，并完成建立连接，在实际数据通信时通过对称密钥机制保障数据安全性

私有CA搭建：

PKI：Public Key Infrastructure    保障数据安全性的一套框架
    RA：注册机构，收取客户端提交得证书请求

    CA：证书颁发机构，RA将请求提交到CA，CA签署请求

    CRL：证书吊销机制
    证书存取库
    建立私有CA的工具:
        OpenCA：专业工具，很强大
        openssl：用于简要测试
    证书申请及签署步骤：
        1、生成申请请求；
        2、RA核验；
        3、CA签署；
        4、获取证书；

实验：
    openssl的配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf

        (1) 在/etc/pki/CA下创建所需要的文件
            # touch index.txt
            # echo 01 > serial
        (2) CA自签证书
            # (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 2048)---生成私钥

            # openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -days 7300 -out                         /etc/pki/CA/cacert.pem

                -new: 生成新证书签署请求；
                -x509: 专用于CA生成自签证书；不做自签时不要此选项
                -key: 生成请求时用到的私钥文件；
                -days n：证书的有效期限；
                -out /PATH/TO/SOMECERTFILE: 证书的保存路径；

这步完成，CA自己的证书就完成了，可以发证给信任我们的客户端了

注意：上面的Common Name很重要(这里的值必须和DNS解析出来的服务器名称)保持一致

        (3) 发证
            (a) 用到证书的主机生成证书请求；
                # (umask 077; openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)

                # openssl req -new -key /etc/httpd/ssl/httpd.key -days 365 -out                                                 /etc/httpd/ssl/httpd.csr

与上面的保持一致

            (b) 把请求文件传输给CA；

            (c) CA签署证书，并将证书发还给请求者；
                # openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365

        将签署好的证书发还客户端：

                查看证书中的信息：
                openssl x509 -in /PATH/FROM/CERT_FILE -noout -text|-subject|-serial

查看：

        (4) 吊销证书
            (a) 客户端获取要吊销的证书的serial
                # openssl x509 -in /PATH/FROM/CERT_FILE -noout -serial -subject
            (b) CA
                先根据客户提交的serial与subject信息，对比检验是否与index.txt文件中的信息一致；
                吊销证书：
                # openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem
            (c) 生成吊销证书的编号(第一次吊销一个证书)
                # echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber
            (d) 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