通信安全框架
2021-09-19 14:53:01 0 举报AI智能生成
了解网络通信安全体系，CA认证体系，基于openssl的加解密实现、CA证书签署等通信安全-加解密体系
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
缺陷：
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
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
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
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
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
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
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；
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
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
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
单向加密
工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum,...
dgst命令：
~]# 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
公钥加密
加密解密
算法：RSA，ELGamal
工具：openssl rsautl,gpg
数字签名
算法：RSA，DSA，ELGamal
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
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)
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
-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
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)
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
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
查看证书中的信息
]# 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
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
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
OpenCA
linux系统下openssl配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf
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