加密解密基础、OpenSSL通信及搭建私有CA （Blog 11）

常见的算法是ssl/tls协议得以实现的基础保证；
ssl: secure socket layer,安全的套接字层网景公司维护，1994年发布 3.0出现漏洞但仍在使用
tls: transport layer secure，传输层安全 IETF: 国际电子工程师协会，1999年发布兼容ssl，tls v1.2是通用标准

ssl和tls协议的实现：OpenSSL，用户空间的软件程序；其组件提供了”加解密”算法库；
OpenSSL组成：
libcrypto: 加密和解密算法库
libssl: 通信安全实现
openssl：用户空间命令行程序

程序员仅需要调用libcrypto, libssl就能实现常见的加密解密算法实现；
而作为一个资深的运维工程师，哦不，一个资深的运维工程师至少也能通过工具实现各种加密解密算法；

早期能使用互联网通信就已经很了不起了，并没有考虑加密；所以流行的服务程序不会自带加解密功能；
如何实现通信：
局域网：MAC
互联网：IP
如何实现主机上进程间通信？
同主机：share memory, semphor, signal, message queue， unix sock
跨主机：socket, rpc

使用的网络通信模型：ISO/OSI，四层
应用层：编码数据为特定可传输在网络上的格式；数据流式化的过程
传输层：封装传输层首部；协议：tcp, udp
互联网层：封装网络层首部：协议：ip, ipv6
数据链路层：封装帧首部及尾部；

在此模型中并没有对数据进行加密，如果修改会“牵一发而动全身”构建在其上的所有应用都必需修改；
网景公司为http提供一个模块ssl；在应用层和传输层之间添加半层；遵循此协议(ssl,tls)，通信过程中即可完成对数据加密；

SSL如何通信：

SSL Handshark
1、客户端生成随机数，发送自己支持的对称加密、单向加密算法、随机数及OpenSSL version；
2、服务端生成随机数，发送自己确认的对称加密、单向加密算法；并发送自己的证书；有必要时，需要索要客户端的证书；
3、客户端生成随机数，验证证书；发送编码变更通知(确认此次通信使用协商的算法)、随机数；客户端握手结束；
4、服务端接收客户端发来的第二个随机数，生成临时密钥；发送编码变更通知；服务端握手结束；
5、建立SSL连接

SSL通信
6、服务端对明文数据提取指纹，用自己的私钥加密指纹：签名；
7、服务端用生成的临时会话密钥加密整个数据；用对方的公钥加密会话密钥；
8、客户端用自己的私钥解密出会话密钥；用会话密钥解密出数据和加密后的特征码
9、客户端用对方的公钥解密出指纹；用协商的签名算法加密数据与解密的比较；

数字签名

密钥交换

证书格式：
version
serail
发行者名
发行者唯一标识
主体名
主体公钥
主体唯一标识
签名算法ID
证书有效期
扩展
发行者签名：对以上数据的数字签名，发行者用自己的私钥加密数据指纹；

证书验证：
1、用发行者公钥解密数字签名；来源合法
2、用相同签名算法ID 加密数据与解密出的特征码比较；相同则，完整性；
3、有效期
4、主体名与被访问主机名或人名相同；
5、证书没有在吊销列表中；

公钥基础设施：PKI(Public Key Infrastructure)
CA: 发行者
RA：注册机构
CRL：证书吊销列表 /etc/pki/CA/crl
CB：证书存取库：/etc/pki/certs

公钥作用：
KE: Key Exchange
encrypto
Signature Algorithm

如果要基于SSL通信就必须在可信的CA那里去获取一个证书，是不理想的；在私有网络中可以使用SSL协议实现工具openssl，完成创建私有CA

私有CA创建步骤：

CA搭建

协议最基础依赖是基本算法，所以对基本算法应该有基本的了解

对称加密
加密解密使用同一密钥
加密算法：
des: Data Encryption Standard，IBM公司安全实验室研发，成为事实上的标准；在2003年被美国100万的服务破解；
des3：3轮des加密，3个数量级(10^3倍)的des
aes：NIST，密钥长度（128bits, 192bits, 256bits），对于临时密钥没有必要使用
blowfish，twofish，idea，rc6，cast5

加密：openssl enc -e 加密算法 -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext [-k PASS]
解密：openssl enc -d 加密算法 -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext [-k PASS]
加密算法列表获取：openssl ? –> Cipher commands 下的所有；引用时需要在其前加 –
例如：
使用123加密，复制至/tmp目录下的fstab文件：
[root@localhost tmp]# openssl enc -e -aes-256-ecb -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext -k 123
[root@localhost tmp]# ll
总用量 8
-rw-r–r– 1 root root 541 11月 27 17:37 fstab
-rw-r–r– 1 root root 760 11月 27 17:37 fstab.ciphertext
[root@localhost tmp]# cat fstab.ciphertext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使用123解密：
[root@localhost tmp]# openssl enc -d -aes-256-ecb -a -salt -in fstab.ciphertext -out fstab.plaintext -k 1234 <—注意密码不是同一密码
bad decrypt
140461914601376:error:06065064:digital envelope routines:EVP_DecryptFinal_ex:bad decrypt:evp_enc.c:604:
[root@localhost tmp]# openssl enc -d -aes-256-ecb -a -salt -in fstab.ciphertext -out fstab.plaintext -k 123 <–使用同一密码时
[root@localhost tmp]# ll
总用量 12
-rw-r–r– 1 root root 541 11月 27 17:37 fstab
-rw-r–r– 1 root root 760 11月 27 17:37 fstab.ciphertext
-rw-r–r– 1 root root 541 11月 27 17:38 fstab.plaintext
[root@localhost tmp]# cat fstab.plaintext

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Fri Nov 10 05:24:27 2017
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under ‘/dev/disk’
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
/dev/mapper/centos-root / xfs defaults 0 0
UUID=5b4e0db2-8c87-4422-9ac5-37142e5cc600 /boot xfs defaults 0 0
/dev/mapper/centos-home /home xfs defaults 0 0
/dev/mapper/centos-swap swap swap defaults 0 0

非对称加密：
加密解密使用一对儿密钥
私钥：private key，自己留存；
公钥：public key，公开；
算法：
DSA(Algorithm): 也被称为DSS(Digital Signature Standard)：只能签名
RSA: 既能签名，又能加解密；

功能：
数字签名：用私钥加密数据的指纹；
密钥交换：用对方的公钥加密对称密码；
数据加密：效率不高；

生成私钥：(umask 077; openssl genrsa -out private.key NUM_BITS)
从私钥中提取公钥：openssl rsa -in private.key -pubout
(): bash中特殊含义：在括号中运行的命令在当前shell的子shell进程中运行。若在子shell中定义的特性仅在子shell的生命周期中有效；
NUM_BITS：密钥长度：2^n；

例如：
[root@localhost tmp]# openssl genrsa 768
Generating RSA private key, 768 bit long modulus
…………..++++++++
…..++++++++
e is 65537 (0x10001)
—–BEGIN RSA PRIVATE KEY—–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—–END RSA PRIVATE KEY—–
[root@localhost tmp]# openssl genrsa 768 > private_key_file <– 重定向保存密钥
Generating RSA private key, 768 bit long modulus
…………………..++++++++
…………………………………………………………..++++++++
e is 65537 (0x10001)
[root@localhost tmp]# openssl genrsa -out private_key2_file 768 <–指定输出路径保存密钥
Generating RSA private key, 768 bit long modulus
…++++++++
…..++++++++
e is 65537 (0x10001)
[root@localhost tmp]# ll private_key*
-rw-r–r– 1 root root 688 11月 27 17:56 private_key2_file
-rw-r–r– 1 root root 692 11月 27 17:56 private_key_file

注意：其权限是其它用户可读，而private key是不公开的。所以因该将其权限修改为其它用户不可读；当然有一种更为简便的方法，如下：
[root@localhost tmp]# (umask 077; openssl genrsa -out private_key3_file 768)
Generating RSA private key, 768 bit long modulus
……..++++++++
………………….++++++++
e is 65537 (0x10001)
[root@localhost tmp]# ll private_key3_file
-rw——- 1 root root 692 11月 27 17:59 private_key3_file
[root@localhost tmp]# cat !$
cat private_key3_file
—–BEGIN RSA PRIVATE KEY—–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—–END RSA PRIVATE KEY—–

对私钥提取公钥：
[root@localhost tmp]# openssl rsa -in private_key3_file -pubout
writing RSA key
—–BEGIN PUBLIC KEY—–
MHwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADawAwaAJhALDOWj5q2VuqlNyfOadojFHtAnVUR/iE
5En89zzi/fL91ey52IAeukGxwYWjb6rob+rJLvxO6xWdJEs2OpPKjgvlBCNPg4lR
3BQ4ze47GdnUsyDuIflsQ1y3bLk6hPg8awIDAQAB
—–END PUBLIC KEY—–

单向加密
提取数据的特征码；类似于指纹；能把人的指纹提取出来，可以把指纹还原成人吗？不行！
工具：openssl dgst, md5sum, sha#sum #=(1:160 224bits 384bits 512bits)
特性：
定长输出：输出长度相同，与数据大小无关；
雪崩效应：初始条件的微小改变，引起结果巨大变化；
功能：
完整性验证：因为这个世界上没有两片相同的树叶；

加密格式：工具文件
openssl dgst -md5 file
md5sum file
sha1sum file
…

例如：
[root@localhost tmp]# openssl dgst -md5 fstab
MD5(fstab)= 9d99b0444a3e8c6236b5660b598a67a9
[root@localhost tmp]# md5sum fstab
9d99b0444a3e8c6236b5660b598a67a9 fstab
[root@localhost tmp]# sha1sum fstab
4b96a9f1b0431d93dab3a9d8e57e58153f1424d8 fstab
[root@localhost tmp]# openssl dgst -sha1 fstab
SHA1(fstab)= 4b96a9f1b0431d93dab3a9d8e57e58153f1424d8

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