詳解SSL/TLS

SSL/TLS分析

 本文分爲六個部分，詳見思惟導圖。

1、SSL/TLS做用

 在瞭解做用前，先介紹什麼是SSL/TLS？SSL（Secure Sockets Layer）即安全套接字層，保障internet數據傳輸的安全性。TLS(Transport Layer Security)即安全傳輸層協議，保障應用程序之間通訊的安全性。

 要了解SSL/TLS的做用要從網絡通訊風險着手，因此總結出了三大風險及其對應的解決方案。

 參考連接：(http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html)

2、歷史

    

3、必須掌握的一些密碼學的概念

  下面是密碼學中的概念介紹。

4、SSL/TLS基本運做過程

5、握手階段的詳細過程

  客戶端服務端安全加密通訊有四次握手的過程，握手過程出如今上面運做流程的前兩個階段。握手過程是這樣的。

 第一次握手也稱爲ClientHello，即客戶端像服務端問好。這可不是簡單的問好，此次問好包含了大量的信息。信息以下：

       

 第二次握手也稱爲serhello，即服務端向客戶端問好。一樣，這也不是簡單的問好，也包含的大量的信息。信息以下：

    

 第三次握手爲客戶端迴應。信息以下：

 第四次握手爲服務端最後的迴應，信息以下：

6、OpenSSL

 OpenSSL是SSL的開源實現方案。我將介紹以下的內容。

 6.1 簡介

  OpenSSL是一個開放源代碼的軟件庫包，應用程序可使用這個包來進行安全通訊，避免竊聽，同時確認另外一端鏈接者的身份。

 6.2 組件

  OpenSSL由如下三部分組成。libcryto這是一個具備通用功能的加密庫；libssl是實現SSL機制的安全通訊加密庫，實現TLS/SSL功能。經過libssl能夠實現遠程執行程序命令，傳輸文件等等。XSHELL，SecureCRTP，putty工具就是調用了這個庫實現遠程控制主機的功能；openssl是個多功能命令行工具、他能夠實現加密解密、甚至還能夠 當CA來用、可讓你建立證書、吊銷證書。

 6.3 加密算法和協議

  在這一小節，我瞭解如下四部分的信息。

 6.3.1 單向加密

  單向加密算法的介紹以及特性如圖所示。MD5加密算法即爲有名的數字摘要算法。簡單理解MD5算法簡單的來講就是把任意長度的字串變換成固定長度（一般是128位）的16進制串。

  MD5的功能有：（1）一致性驗證（2）數字簽名（3）密碼存儲

  （1）一致性驗證，簡單理解就是檢驗是否一致，好比說，你從網上下載一個文件，網站會給出這個文件的MD5值，經過這個MD5值來比對下載前源文件與下載後的文件是否一致。

  （2）數字簽名，簡單理解就是經過MD5算法實現的簽名，做用是驗證身份。

   參考連接：http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

  （3）密碼存儲，很好理解，就是將密碼經過MD5算法加密存儲。

  SHA1加密算法會產生一個160位的消息摘要，因爲SHA1算法的雪崩效應（改變一位消息數據會使輸出值大幅度變更）與不可逆性，可用於驗證數據完整性與消息驗證。因爲對安全加密的要求性更高，後來又出現了更爲複雜的SHA224,256,384,512算法，其主要區別就是加密位數和安全性更高。

 6.3.2 對稱加密

  我將介紹對稱加密下面三個部分。主要介紹下實現對稱加密的命令 openssl enc。

  openssl enc命令的使用能夠參考這裏：http://man.linuxde.net/openssl。

  在linux系統環境下你也可使用man openssl查看openssl用法，其次你能夠經過openssl enc help查看命令選項以及參數。    

  對稱加密命令openssl的實踐應用(CentOS7.3實驗環境)

  說明：示例爲加密/etc/fstable文件以及解密對應的文件

  第一步：對/etc/fstab文件進行加密

    說明：將/etc/fstab文件加密爲fstab.ciphertxt文件

  第二步：對fstab.ciphertxt文件解密

    說明：將fstab.ciphertxt文件解密爲當前目錄的fstab文件

 第三步：測試加密文件

    說明：用cat命令查看fstab.ciphertxt加密文件，出現亂碼；而查看解密的fstab文件則顯示正確信息，由此證實加密以及解密成功。

 6.3.3 公鑰加密

  公鑰加密特性及用途如圖所示：

 有關RSA算法的介紹請戳這裏：

    http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/06/rsa_algorithm_part_one.html

 下面重點介紹RSA密鑰的生成方法

  openssl genrsa的用法能夠參考：http://man.linuxde.net/openssl

  在linux環境下你也可使用man openssl,其次你能夠經過openssl genrsa help查看命令選項以及參數。

  私鑰公鑰生成的一次實踐

    第一步：在linux環境CA中心生成私鑰    

    (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey_new.pem 4096)

    第二步：提取公鑰

 6.3.4 公鑰基礎設施(pki)

  PKI（Public Key Infrastructure）翻譯過來就是公鑰基礎設施，簡單理解就是利用公鑰技術對應用加密解密的基礎設施。它是一個提供安全服務的基礎設施，是CA的配置服務設置，同時也是電子商務的關鍵和基礎技術。

  RA（Registration Authority）翻譯過來就是註冊受權中心。RA是證書註冊審批系統，該系統具備證書的申請、審批、下載、OCSP、LDAP等一系列功能，爲整個機構體系提供安全認證服務。

 CRL(Certificate Revocation List )證書吊銷列表。當你的證書過時了，就被吊銷。這是一個由 CA 維護併發布的列出已被吊銷的證書的文檔。爲確保其完整性，CRL 是用 CA 的私鑰簽署的。

 證書存取庫，即存取證書的一個庫。

 X.509v3，定義了證書的結構以及認證協議標準。包括但不只限於如下內容：

    版本號

    序列號

    簽名算法ID

    發行者名稱

    有效期限

    主體名稱

    主體公鑰

    發行者的唯一標識

    主體的唯一標識

    擴展

    發行者的簽名

6.4 OpenSSL命令

 接下來詳細介紹openssl命令，重點放在命令的實踐上。

 6.4.1 類型

 openssl命令按照我本身的理解分爲了三種命令類型：標準命令，消息摘要命令以及加密命令。

 標準命令有：enc, ca, req, genrsa等等。命令的介紹你能夠在linux系統中經過man openssl檢索關鍵字獲取。 

     enc負責密碼編碼與加密

    ca負責證書認證管理。

    req負責證書請求文件的管理。

    genrsa負責生成RSA的私鑰。

 下面咱們來看openssl命令的用法。

 6.4.2 用法

 openssl命令的應用之一是生成用戶密碼。應用工具或者你能夠稱爲命令有：

    passwd, openssl passwd

    paswwd是普通的加密方式，但實際上也足夠安全了。

    openssl passwd採用哈希算法進行加密。

 生成隨機數採用的工具是openssl rand，你能夠經過man sslrand採用命令的用法。

  兩個例子

    openssl  rand  -hex  NUM 

     -hex表示每一個字符爲十六進制，至關於4位二進制，NUM表示隨機數的字節數，出現的字符數爲NUM的兩倍。

    

    openssl  rand  -base  NUM

    -base表示每一個字符爲64爲64機制的字符，NUM表示隨機數的字節數，出現的字符數一樣爲爲NUM的兩倍。

    linux系統上有隨機數的生成器設備

        /dev/random設備：僅從熵池返回隨機數；隨機數用盡，阻塞；

        /dev/urandom設備：從熵池返回隨機數；隨機數用盡，會利用軟件生成僞隨機數，非阻塞，產生的僞隨機數不安全。

     那熵池的隨機數的來源從何而來，主要從這兩方面而來：        

        硬盤IO中斷時間間隔；

        鍵盤IO中斷時間間隔；

 6.4.2.4 CA介紹

    

  CA內容介紹分爲以上四個部分。

  CA(Certificate Authority)即數字證書認證機構，CA的類型有公有CA和私有CA。公有CA即公有數字證書認證機構，特色是權威安全。私有CA即私有的數字證書認證機構，私人擁有的，通常來講，安全性就有待考量了。下面咱們來創建一個私有CA來玩玩。

 CA的配置文件是/etc/pki/tls/openssl.cnf，你能夠編輯配置文件對私有CA配置作出相應地修改。

 建立私有CA的思路是這樣的：在CA主機上生成一個私鑰以及一個自簽證書，併爲CA提供所須要的目錄及文件。

 接下來介紹創建私有CA的步驟 

    1.建立所須要的文件以及目錄        

         touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt} 生成證書索引數據庫文件

        echo 01 > /etc/pki/CA/serial 指定第一個頒發證書的序列號

        mkdir  -pv  /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts} 

         建立證書，證書吊銷，新證書目錄

    2.生成一個基於RSA算法的私鑰

        cd /etc/pki/CA/

        (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)

    3. 生成自簽名的證書         

        openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out             /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3655

    參數說明

        req：負責證書請求文件的管理        

        -new: 生成新證書籤署請求

        -x509: 專用於CA生成自簽證書

        -key: 生成請求時用到的私鑰文件

        -days n：證書的有效期限

        -out /PATH/TO/SOMECERTFILE: 證書的保存路徑

 建立CA的實踐(詳細請參照上面步驟)

    touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}

    echo 01 > /etc/pki/CA/serial

    mkdir  -pv  /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts}    

    cd /etc/pki/CA/

     (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)

    成功建立RSA私鑰

    

    openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out            /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3655

    分別輸入你的國家，省份，城市，公司，部分，服務器地域名以及郵箱地址。這樣一個私有的CA就建立成功了。私有CA證書路徑爲/etc/pki/CA/cacert.pem，若是其餘服務器想認證這個證書只要取得這個證書文件便可。

 接下來在上面實驗的基礎上再介紹一個簽署證書的示例

 簽署證書的思路如上圖所示，咱們只須要按照步驟來實踐便可。

    注：（本示例主要以httpd服務爲例，由於模擬創建一個基於https的站點要用到）

    (1)主機A生成私鑰        

     mkdir  /etc/httpd/ssl  #建立存儲私鑰的目錄

     cd  /etc/pki/CA     #注意：只有再CA目錄中才能生成私鑰

    (umask  077; openssl  genrsa -out  /etc/httpd/ssl/httpd.key  2048)

    

    (2) A主機生成證書籤署請求

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

    填上相應的信息，注意國家，省份，城市，公司，部門信息應該保持一致，才能合理地簽署請求。

    (3) 將請求發送給CA主機B

      mkdir /CA_csr        #建立存儲CA簽署請求的目錄

      scp /etc/httpd/ssl/httpd.csr   CA主機IP：/CA_csr

    (4) 在CA主機B上籤署證書

      openssl ca  -in  /CA_csr/httpd.csr  -out  /etc/pki/CA/certs/httpd.crt  -days  365

    統統選擇y，表示選擇贊成簽署證書。

    (5)將簽署的證書發送給須要受權的主機   

      scp /etc/pki/CA/certs/httpd.crt 目標主機ip:/etc/httpd/ssl/

    成功將簽署的證書傳送給主機A。                

    (6)查看證書中的信息(CA主機B中)

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

 吊銷證書步驟

    A 在客戶端獲取要吊銷的證書的serial               

        opensslx509 -in /PATH/FROM/CERT_FILE-noout -serial -subject    

    B 在CA上，根據客戶提交的serial與subject信息，對比檢驗是否與index.txt文件中的信息一致，吊銷證書：

        opensslca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem    

    C 指定第一個吊銷證書的編號

        注意：第一次更新證書吊銷列表前，才須要執行

        echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber   

    D 更新證書吊銷列表

        opensslca -gencrl-out /etc/pki/CA/crl/crl.pem

        查看crl文件：

        opensslcrl-in /etc/pki/CA/crl/crl.pem-noout-text