通信安全-加解密体系
2021-09-15 18:35:32 0 举报AI智能生成
描述了网络通信安全体系，CA认证体系，基于openssl的加解密实现、CA证书签署等
作者其他创作
大纲/内容
安全性概述
三个目标
保密性
完整性
可用性
攻击方式
威胁保密性的攻击方式：窃听、通信量分析
威胁完整性的攻击方式：更改、伪装、重放
威胁可用性的攻击方式：拒绝服务
解决方案
加解密：解决保密性和完整性
服务：认证机制、访问控制机制，解决可用性问题
加密算法
对称加密
特性：
1、加密、解密使用同一个密钥
2、将原始数据分割成为固定大小的块，逐个进行加密
1、加密、解密使用同一个密钥
2、将原始数据分割成为固定大小的块，逐个进行加密
缺陷：
1、密钥过多；
2、密钥分发困难
1、密钥过多；
2、密钥分发困难
算法：
DES： Data Encryption Standard，该加密方式已经寿终正寝了
3DES：Triple DES ；
AES： Advanced Encryption Standard；（128bits，192bits，256bits，384bits）
Blowfish
Twofish
IDEA
RC6
CASTS
DES： Data Encryption Standard，该加密方式已经寿终正寝了
3DES：Triple DES ；
AES： Advanced Encryption Standard；（128bits，192bits，256bits，384bits）
Blowfish
Twofish
IDEA
RC6
CASTS
非对称加密
基本概念：密钥分为公钥与私钥，
公钥：从私钥中提取产生，可公开给所有人，pubkey
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
公钥：从私钥中提取产生，可公开给所有人，pubkey
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
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（身份认证）：主要用户让接收方确认发送方的身份
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：不常用，因为此种方式加密效率太低，比对称加密要慢3个数量级
算法：RSA、DSA、ELGamal
基于非对称密钥的通信过程：模拟A给B发送数据
1、A首先对原始数据进行单向加密，比如常见的MD5算法，定长输出一个数据特征码
2、A利用自己的私钥对特征码进行加密，并附加在数据后面
3、A生成一个临时的对称密钥，对以上的整个数据进行加密
4、A利用B的公钥加密第3步的对称密钥，附加在数据后面并将以上所有数据发送给B
1、A首先对原始数据进行单向加密，比如常见的MD5算法，定长输出一个数据特征码
2、A利用自己的私钥对特征码进行加密，并附加在数据后面
3、A生成一个临时的对称密钥，对以上的整个数据进行加密
4、A利用B的公钥加密第3步的对称密钥，附加在数据后面并将以上所有数据发送给B
其实以上有一个最大的漏洞，就是A怎么确认拿到B的公钥就一定是B的，会不会有人冒充B呢，此时就引入了CA
单向加密
即提出数据指纹，只能加密，不能解密
特性：定长输出、雪崩效应
功能：校验数据的完整性
算法：
md5：Message Digest 5,128bits
sha1：Secure Hash Algorithm 1, 160bits，除此之外sha还有sha224,sha256,sha384, sha512
md5：Message Digest 5,128bits
sha1：Secure Hash Algorithm 1, 160bits，除此之外sha还有sha224,sha256,sha384, sha512
密钥交换IKE（Internet Key Exchange）
1、公钥加密，通过公钥来加密对称密钥，并发送给对方
2、DH（Deffie-Hellman）
下面对DH算法做个简单的说明：A、B分别为两个用户；p，g为他们协商生成的随机数
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
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
其它IKE算法：RSA，DH（迪菲-赫尔曼），ECDH（椭圆曲线DH），ECDHE（临时椭圆曲线DH）
PKI公钥基础设施
签证机构CA
注册机构RA
证书吊销列表CRL
证书存取库
X509
概述：定义了证书的结构和认证的协议标准
字段属性结构
版本号
序列号
签名算法ID
发行者名称
有效期限
主体名称
主体公钥
发行者的唯一标识
主体的唯一标识
扩展
发行者的签名
TLS/SSL
TLS
TLS：Transport Layer Security，由IETF组织在1999年发布，先后发布有v1.0,v1.1,v1.2,v1.3,几乎已经成为现在实际使用的事实标准
分层设计
1、最底层：基础算法语言实现，aes，rsa，md5
2、向上一层：各种算法的实现
3、再向上一层：组合算法实现半成品
4、用各种组件拼装而成的各种成品密码学协议软件
SSL
SSL：Secure socker Layer，由Netscape网景公司在1994发布，先后发布v1.0,v2.0,v3.0, 因漏洞情况，在加上是商业的原因，几乎被废弃使用
SSL会话主要的三个步骤
客户端向服务器端索要并验证证书；
双方协商生成“会话密钥”
双方采用“会话密钥”进行加密通信
SSL Handshake Protocol的四个阶段
第一阶段：ClientHello：
支持的协议版本，比如TLS 1.2；
客户端生成的一个随机数，稍后用户生成“会话密钥”
支持的加密算法，比如AES，RSA
支持的压缩算法
支持的协议版本，比如TLS 1.2；
客户端生成的一个随机数，稍后用户生成“会话密钥”
支持的加密算法，比如AES，RSA
支持的压缩算法
第二阶段：ServerHello
确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.2;
服务器端生成一个随机数，稍后用于生成“会话密钥”
确认使用的加密方法
服务器证书；
确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.2;
服务器端生成一个随机数，稍后用于生成“会话密钥”
确认使用的加密方法
服务器证书；
第三阶段：
验证服务器证书，确认无误后取出其公钥; (证机构, 证书完整性, 证书持有者,证书有效期, 吊销列表）
发送以下信息给服务器端：
一个随机数
编码变更通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
客户端握手结束通知
验证服务器证书，确认无误后取出其公钥; (证机构, 证书完整性, 证书持有者,证书有效期, 吊销列表）
发送以下信息给服务器端：
一个随机数
编码变更通知，表示随后的信息都将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：
收到客户端发来的第三个随机数pre-master-key后，计算生成本次会话所用到的“会话密钥”
服务端握手结束通知
收到客户端发来的第三个随机数pre-master-key后，计算生成本次会话所用到的“会话密钥”
服务端握手结束通知
OpenSSL
组件
libcrypto/libssl：主要由开发者使用
openssl：多用途命令行工具
命令分类
标准命令，enc，ca，req，genrsa,...
消息摘要命令（dgst子命令）
加密命令（enc子命令）
通过openssl命令对几种加密算法的实现
对称加密
工具：openssl enc,gpg
支持的算法：3des，aes，blowfish,towfish
enc命令：
加密：]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in ./fstab -out ./fstab.ciphertext
解密：]# openssl enc -d -des3 -a -salt -out ./fstab -in ./fstab.ciphertext
加密：]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in ./fstab -out ./fstab.ciphertext
解密：]# openssl enc -d -des3 -a -salt -out ./fstab -in ./fstab.ciphertext
单向加密
工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum,...
dgst命令：
~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE
~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE
生成用户密码
工具：passwd,openssl passwd
]# openssl passwd -1 -salt SALT
生成随机数
工具：openssl rand
]# openssl rand -hex NUM 16进制编码方式
]# openssl rand -base64 NUM base64编码方式
]# openssl rand -base64 NUM base64编码方式
公钥加密
加密解密
算法：RSA，ELGamal
工具：openssl rsautl,gpg
工具：openssl rsautl,gpg
数字签名
算法：RSA，DSA，ELGamal
工具：openssl rsautl,gpg
工具：openssl rsautl,gpg
密钥交换
算法：DH
生成密钥对
生成私钥：]# (umask 077; openssl genrsa -out /tmp/myprivate.key 2048)
提出公钥：]# openssl rsa -in /tmp/myprivate.key -pubout
提出公钥：]# openssl rsa -in /tmp/myprivate.key -pubout
Linux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
伪随机数不安全
熵池中随机数的来源
硬盘IO中断时间间隔
键盘IO中断时间间隔
CA
分类
公共CA
私有CA
构建工具
openssl
构建私有CA
说明：在确认配置为CA服务器上生成一个自签名证书，并为CA提供所需的目录及文件即可
1）生成私钥：
]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
2）生成自签名证书：
]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3650
]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3650
- -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（从私钥文件中提取公钥）
- -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：证书的有效时常，单位时day；
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
]# mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts}
]# touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}
]# echo 01 >/etc/pki/CA/serial
签署证书
说明：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：（以http为例）
1）用到证书的主机生成私钥
]# mkdir /etc/httpd/ssl && cd /etc/httpd/ssl
]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)
]# mkdir /etc/httpd/ssl && cd /etc/httpd/ssl
]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/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 3650
]# openssl req -new -key /etc/httpd/ssl/httpd.key -out /etc/httpd/ssl/httpd.csr -days 3650
3）将签署请求通过可靠方式发送给CA主机
4）在CA主机上签署证书
]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 3650
]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 3650
查看证书中的信息
]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certshttpd.crt -noout -serial -subject
]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certshttpd.crt -noout -serial -subject
吊销证书
1）客户端获取要吊销的证书的serial（在使用证书的主机执行）
2）CA主机吊销证书
先根据客户提交的serial和subject信息，对比其与本机数据库index.txt中存储的是否一致
吊销：
]# openssl ca -revoke /etc/pki/CA/netcerts/SERIAL.pem
其中的SERIAL要换成证书真正的序列号
先根据客户提交的serial和subject信息，对比其与本机数据库index.txt中存储的是否一致
吊销：
]# openssl ca -revoke /etc/pki/CA/netcerts/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（第一次吊销证书时才执行）
]# echo 01 >/etc/pki/CA/crlnumber
]# echo 01 >/etc/pki/CA/crlnumber
4）更新证书吊销列表
]# openssl ca -gencrl -out thisca.crl
]# openssl ca -gencrl -out thisca.crl
查看crl文件：
]# openssl crl -in /PATH/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text
]# openssl crl -in /PATH/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text
OpenCA
linux系统下openssl配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf
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