OpenSSL

Linux服务与安全 / 2020-03-06

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本文系马哥Linux学习笔记整理而成

上一章节“Linux服务与安全基础知识”时，我们提到了加密会话，也就是SSL（security socket layer）会话
简单来说，SSL会话主要分三步；我就不再画图了（画了很久，不堪入目）

  • 1.客户端向服务端请求并验证此证书
  • 2.双方协商生成“会话密钥”
  • 3.双方采用“会话密钥”进行加密通信

SSL handshake protocol 顾名思义，这是一个握手协议；握手过程是怎么样的呢？这里面分为几个阶段
####+ 第一阶段：client say hello to server

  • 向服务器发送自己支持的协议版本，比如TLS1.2，支持的加密算法，比如AES、RSA
  • 客户端生成一个随机数，稍后用于生成“会话密钥”

####+ 第二阶段：server say hello to client

  • 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS1.2；如果不一致则会话就此中断；然后确认使用的加密方法；
  • server生成一个随机数，稍后用于生成“会话密钥”
  • server向client发送服务器证书

####+ 第三阶段：

  • client验证server证书；主要验证下面的内容
    • 验证发证机构、证书完整性、证书持有者、证书有效期、吊销列表......确认无误后取出其公钥
  • 然后发送以下信息给服务器：
  • 一个随机数：用于服务器上的公钥加密
  • 编码变更通知：表示随后的信息都将使用双方商定的加密方法和密钥发送
  • 客户端握手结束通知

####+ 第四阶段：

  • server收到client发来的第三个随机数后，计算生成本次会话所有用到的“会话密钥”
  • 向客户端发送如下信息
  • 编码变更通知；表示随后的信息都将使用双方商定的加密方法和密钥发送
  • 服务端握手结束通知

需求催生了对应产业，因此对应的服务和基础设施诞生，这就有了PKI！何为PKI？

PKI：public key infrastructure即公钥基础设施；由以下部分组成：

  • 签证机构：CA，好比疫情期间的检测核酸机构拥有最终检测权
  • 注册机构：RA，好比医院等地方收集你的样本，然后将试剂盒送去检测机构检测
  • 证书吊销列表：CRL 有点像阴性出院名单
  • 证书存取库

上面所讲的无论是SSL还是TSL都是协议，而具体落实是需要靠程序来实现；这里最典型的例子就是OpenSSL
OpenSSL主要由三部分组成

  • libcrypto 加密解密算法库
  • libssl 实现ssl功能
  • openssl 多用途命令行工具
    其中
  • libcrypto和libssl主要由开发者开发程序时调用接口等
  • openssl 多用途命令行工具，这才是我们最常用的功能

openssl拥有众多子命令，分为三类（openssl ?即openssl后面跟一个错误命令即可弹出使用帮助窗口）

  • 标准命令
  • 消息摘要命令
  • 加密命令（enc命令）

常用标准命令：enc,ca,req,genrsa
####那么如何使用openssl手动进行对称加密？
可使用工具：openssl enc,gpg，如下所示
[root@10-9-122-130~]#openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab.cliper -out fstab.haha
enter des-ede3-cbc encryption password:
Verifying - enter des-ede3-cbc encryption password:
[root@10-9-122-130~]#cat fstab.haha
U2FsdGVkX19vl4zwtZhiP1kPwPkWPVpizRkNx91BJ5Nk+meppo3a1Bw7Wz8q8Nz2
x5le4/qvpXhQ+gzRFfelTxXXCRiIs6crDg50ibyvZKUdoa5Ya2q94cBUZXn/Wxd8
wgr8pbE40tPOhdfYzsWAoGhQPcXdI4j8cpZsYkNfrKEYNuOkk/8Bwo9Jvyp3IFek
2ghm/n5tIFk+FoK/raWHyV1xe4v5OUc9nGhWcVbp76iZ6cY9dvKzJ9v9rdoX+v2V
CIc17nKz/GwER0JH7vUubG5ghr7UXoaunBHHJk2vryR8VWi65haDMwNRjZNmb9cO
tn8Mt2Bbo+wmFa9fg1U5HLvddW0FUt/cG7uX9GSzKC4j9eEqkEOw6hzA2gLXybQ4
UORvMbh/eRSef0Wy83EDqJCIa59P7+8f6rKYkN2l9gv9v2KC4gYEhH26HqttUkEb

要解密的话，反过来把-e换成-d，out和in互换即可

####如何单向加密？
可使用工具工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum等sha家族；如下所示
[root@10-9-122-130~]#openssl dgst -md5 fstab.cliper
MD5(fstab.cliper)= 4c59ef9a8723da194c79a8b81647659d
[root@10-9-122-130~]#md5sum fstab.cliper
4c59ef9a8723da194c79a8b81647659d fstab.cliper

####如何生成用户密码：passwd,openssl passwd
用法：openssl passwd -1 -salt SALT，如下所示：
[root@10-9-122-130~]#openssl passwd -1 -salt 345
Password:
$1$345$PwV2h6DCYQHkh.uP9Lw9H.

####如何生成随机数：spenssl rand

  • openssl rand -base NUM
    [root@10-9-122-130~]#openssl rand -base64 64
    cL1/g6A3zXEAW5iQmTkbnvZycce9V40c/akJtwfMfsh0ocJT3DPM67fl8AsEjFRR
    OpXBO9HxH0hBUnioQxtsvw==

  • openssl rand -hex NUM 同理，不再演示

####如何使用公钥加密：主要分三部分

  • 1.加密解密

  • 算法：RSA,ELGamal

  • 工具：openssl rsault,pgp

  • 2.数字签名

  • 算法：RSA,DSA,ELGamal

  • 3.密钥交换

  • 算法：DH

  • 4.生成密钥

  • 生成私钥 (umask 077;openssl genrsa -out /PATH/TO/PROVATE_KEY_FILE NUM_BITS)
    [root@10-9-122-130~]#(umask 077;openssl genrsa -out ./HAHA 2048)
    Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
    .....................................+++
    .......+++
    e is 65537 (0x10001)

  • 提取公钥 openssl rsa -in /PATH/FROM/PROVATE_KEY_FILE -pubout
    [root@10-9-122-130~]#openssl rsa -in HAHA -pubout
    writing RSA key
    -----BEGIN PUBLIC KEY-----
    MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA3bCgV8B+0mpsm2tbDxiW
    rAy14L2AolSi9hi1E45eGKd9uuSbggbZe8QHuoy/lSeBSyps+PdG7+jCeAL0Jut5
    h+qjg0FQonvXs70urcuN2XKl21dEb37tQVVqL34543BvEwwFmpMv30xoeZhJ2Mkt
    yk1ec3jfJMVnguNV8+9uhWNSr1nK6mj4/5kajCAZOscPinFyDmQLazwcIm32ArMH
    p2xti4vbkb+0mcu94F54u1erKb7hHn4E6inuZiqHQfvnVLBjmTrX1K9rrRvfJXe/
    9yYd+wydmHyysFMoS4pUOy0HAPPc2VFRWi5cI9VvBDy0yqKiYhDmOpyKEgPwc/MQ
    BwIDAQAB
    -----END PUBLIC KEY-----

上面的握手协议提到很多次随机数，那么在Linux上是如何生成随机数的？

Linux系统上的随机数生成器：主要分两种，硬件和软件

  • 硬件：/dev/random 仅从熵池返回随机数；随机数用完，则阻塞后来的进程

熵池的概念就不用深究了，我们只需要知道熵池是内核在内存空间存储了大量随机数；其中的随机数的来源，比如说
硬盘IO中断时间间隔；就是读写数据的时间间隔，你预测给我看一下？几乎是不可能的，因此安全系数非常高
键盘IO中断时间间隔，两次击键的时间间隔；同上

  • 软硬件：/dev/urandom 从熵池返回随机数；随机数用完，则利用软件生成伪随机数，并非阻塞后来的程序

用软件生成的随机数，再怎么随机都是有一定规则可循，因此并非很安全

再回过头来说说CA，它分两类

  • 公共信任CA：比如全球各大认证机构；可理解成你的护照，全球可签证使用！
  • 私有CA，可理解成你的身份证，只在中国有效！
  • 其实私有CA用的最多的例子，就是银行。比如说U盾等；不可能拿建行的U盾来解你工行的盾吧？那还得了！

###下面说说如何构建私有CA
####构建私有CA：openssl命令配置文件位置：/etc/pki/tls/openssl.cnf

  • 在确定配置为CA的服务器上生成一个自签证书，并为CA提供所需要的目录及文件即可
    ####步骤
    #####1.生成私钥，默认存储位置在/etc/pki/CA/private/cakey.pem，如下所示
    [root@10-9-122-130~]#(umask 077;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
    Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
    ................................................................................................++
    ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................++
    e is 65537 (0x10001)
    #####2.生成自签证书，如下所示
    [root@10-9-122-130~]#openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3655
    You are about to be asked to enter information that will be incorporated
    into your certificate request.
    What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
    There are quite a few fields but you can leave some blank
    For some fields there will be a default value,
    If you enter '.', the field will be left blank.

    Country Name (2 letter code) [XX]:CN
    State or Province Name (full name) []:GuangDong
    Locality Name (eg, city) [Default City]:GuangZhou
    Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:TestCompany
    Organizational Unit Name (eg, section) []:Ops
    Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:Test
    Email Address []:cert@test.com

简单说说里面用到的几个选项

  • -new 生成新证书部署请求
  • -509 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
  • -out 生成的请求文件路径；如果自签操作将直接生成签署过的证书
  • -days 证书有效时长，单位是天

#####3.为CA提供所需的目录及文件，一般来说都是自动创建好的；如果没有则需要自行创建以下目录及文件

  • 三个文件夹 /etc/pki/CA/certs，crl,newcerts
  • 三个文件 /etc/pki/CA/serial，index，txt
  • 然后给它写上第一个标记，执行命令 echo 01 > /etc/pki/CA/serial

#####4.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：以httpd为例

  • 1）用到的证书的主机生成私钥

  • mkdir /etc/httpd/ssl

  • cd /etc/httpd/ssl

  • (umask 077;openssl genrsa -out httpd.key 2048)

  • 2）生成证书签署请求

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

  • 3）将请求通过可靠方式发送给CA主机，如果是内网机器，可使用scp命令即ssh copy

  • 4）在CA主机上签署证书

  • openssl ca -in /PATH/FROM/CSR_FILE -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365

查看证书中的信息

  • openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject

  • 5）从CA通过可靠方式发送给请求主机，同上；

#####吊销证书：
步骤：

  • 1）客户端获取要吊销的证书的serial（在使用证书的主机执行）

  • openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject

  • 2）CA主机吊销证书

先根据客户端提交的serial和subject信息，对比本机数据库index.txt中存储是否一致

  • 吊销可执行以下命令
  • openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem

其中的SERIAL要换成证书真正的序列号

  • 3）生成吊销证书的吊销编号（仅在第一次吊销证书时执行）
  • 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/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text

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