Linux的加密和认证

Posted 2020-11-03

一、加密的重要性

数据日益成为我们个人生活、经济发展和安全保障的核心。这就意味着，我们必须做到时刻保障数据的安全。这就如同在现实世界中紧锁家门、限制重要物品的进出，以及保护我们重要的企业财产一样，我们有赖于加密来保证数据不会遭受各种网络犯罪的侵入和盗取。任何有关于限制这种重要保护方式的建议，无论其初衷多么美好，最终结果都会导致我们的安全保障被弱化。
当我们存款、购物和通信时，数据安全显得越发重要。而这种安全的核心便是加密。随着我们的生活越来越多地依赖于互联网，人们更应该不断提高数据安全意识，并为此付诸行动，保护我们的数字化世界不再继续遭受各种网络犯罪的攻击和破坏。

二、加密技术

现在常见的加密技术主要有三种：对称加密，非对称加密，单向加密
对称加密
对称加密指的是加密和解密使用同一个密钥
特点：1、加密、解密使用同一个密钥，效率高。
2、将原始数据分割成固定大小的块，逐个进行加密。
缺点：1、密钥过多。
2、密钥分发。
3、数据来源无法确认。
常见的对称加密算法有：

DES：使用56位的密钥，2000年的时候被人破解了，所以现在基本不再使用

AES：高级加密标准，可以使用128，129，256三种长度密钥

其他的还有blowfish,Twofish和RC6,IDEA(商业算法)，CAST5等
非对称加密
公钥：公开给所有人
私钥：自己保留，必须保证其私密性
特点：1、用公钥加密数据，只能使用与之配对的私钥解密；反之亦然。
2、数字签名：主要在于让接收方确认发送方身份。
3、对称秘钥交换：发送方用对方的公钥加密一个对称密钥后发送给对方。
4、数据加密：适合加密较小的数据。
缺点：密钥长，加密解密效率低下。
常见的非对称加密算法有：

RSA：既可以用来加密解密，又可以用来实现用户认证

DSA：只能用来加密解密，所以使用范围没有RSA广
单向加密
单向加密： 只能加密、不能解密，即提取出数据的特征码，可以校验数据的完整性。
特点：1、定长输出，雪崩效应（微小变化产生巨大反应）只要被加密内容有一点点的不同，加密所得结果就会有很大的变化。
2、无论被加密的内容多长/短，加密的结果（就是提取特征码）是定长的。
常见的单向加密算法有：
md5：128bits定长输出

sha系列：安全的哈希算法

sha-1,sha224,sha384,sha512

三、实验操作

1.使用gpg工具实现对称加密

我们先准备一个文件然后使用gpg工具对其进行加密


输完密码后加密就算完成了，这时就会生成一个.gpg文件就是加密后的文件

我们把这个文件传到另一台机器上进行解密

这里的-o参数后跟的是将解密后的内容导出到一个指定文件（名字可以随便指定）


2.使用gpg工具实现非对称加密
先在A主机上生成公钥/私钥对

[[email protected] ~]# gpg --gen-key      
gpg (GnuPG) 2.0.22; Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

Please select what kind of key you want:
   (1) RSA and RSA (default)
   (2) DSA and Elgamal
   (3) DSA (sign only)
   (4) RSA (sign only)
Your selection? 1    #选择加密算法
RSA keys may be between 1024 and 4096 bits long.
What keysize do you want? (2048) 1024    #选择密钥长度
Requested keysize is 1024 bits
Please specify how long the key should be valid.
         0 = key does not expire
      <n>  = key expires in n days
      <n>w = key expires in n weeks
      <n>m = key expires in n months
      <n>y = key expires in n years
Key is valid for? (0) 0     #选择密钥过期时间 0代表永不过期
Key does not expire at all
Is this correct? (y/N) y

GnuPG needs to construct a user ID to identify your key.

Real name: rootkey    #给密钥命名
Email address:          #邮箱（可以为空）
Comment:                 #注释（可以为空）
You selected this USER-ID:
    "rootkey"

Change (N)ame, (C)omment, (E)mail or (O)kay/(Q)uit? O   #N重命名，C重写注释，E重写邮箱，O生成密钥，Q退出

将刚才生成的公钥导出来

将生成的公钥文件传给另一台需要加密的主机

然后我们再把公钥导入，在这里我们要注意下两天机器的时间，我刚开始没有注意到这点导致公钥导入失败如下：

把两台机器的时间同步之后，我们需要重新生成公钥，重新开始，时间同步后我们再次导入就没有问题了

我们再用导入的公钥对要传输的文件进行加密

我们可以看到文件已进行了加密，这个加密的文件自己也是无法解密的，只有用另一台机器的私钥才能解开，这样就确保了数据的安全性
我们把加密后的文件传给另一台机器

我们回到原来的机器用自己的私钥对文件进行解密

我们也可以把解密后内容导出来

删除公钥和私钥
我们要先删除私钥才能再删除公钥

删除公钥

加密工具还有openssl，也可以做到对称加密，非对称加密，我就在这里给大家演示下用openssl做单向加密
单向加密是不可逆的，做单向加密一般都是为了校验数据的完整性，我们先用md5算法对一个文件做一个加密，导出一个md5值

我们再对文件做一个小小的修改加个空格就行

可以看到，文件的md5值发生了很大的改变，这就是雪崩效应，这样就可以判断这个文件是否被别人篡改过。

四、CA认证

我们都知道，当客户端与服务器端建立会话之前，首先是客户端发送请求，然后进行TPC/IP的三次握手，接着客户端与服务器端建立ssl会话。
会话过程如下：
1.客户端计算数据特征值
2.使用私钥加密特征值
3.随机生成密码对称加密整个过程
4.使用服务器端公钥加密密码
5.服务器端使用私钥解密密码
6.服务器端解密整个数据
7.服务器端使用公钥验证身份
8.比较数据特征值

但是这些存在一个问题，谁来管理公钥，任何在互联网上传播的数据都不安全，更不用说传递公钥，如果它被篡改，那就无法验证身份，所以不可能由用户自己颁发公钥。
这个时候就需要一个具有公信力的中间机构来做这个工作，就是CA。国内的大部分互联网公司都在国际CA机构申请了CA证书，并且在用户进行访问的时候，对用户的信息加密，保障了用户的信息安全。理论上来说，任何组织或者个人都可以扮演CA的角色，只不过，难以得到客户端的信任，不能推而广之，最典型应用莫过于12306网站，这个网站就是自己给自己颁发的根证书。我们现在就自己搭建一个CA认证中心。
1、CA认证中心简述
CA：CertificateAuthority的缩写，通常翻译成认证权威或者认证中心，主要用途是为用户发放数字证书。
功能：证书发放、证书更新、证书撤销和证书验证。
作用：身份认证，数据的不可否认性。
端口：443
2.CA证书的制作
我们在这里用三台主机进行实验，其中两台是作为CA机构存在，所以创建所需要的文件的时候主机A和主机B都需要创建。如果不提前创建这两个文件，那么在生成证书的过程中会出现错误。我们将文件创建在配置文件中指定的路径下面。
生成证书索引数据库文件：touch /etc/pki/CA/index.txt
指定第一个颁发证书的序列号：echo 01 > /etc/pki/CA/serial
CA自签名证书（构造跟CA）
首先构造根CA证书。因为没有任何机构能够给跟CA颁发证书，所以只能根CA自己给自己颁发证书。
首先在A主机上生成私钥文件

生成自签名证书

3.颁发证书
颁发证书这里我们将分成两个环节介绍，分别是 子CA证书机构向根CA证书机构申请证书以及普通用户向子CA证书机构申请证书。
子CA证书机构向根CA申请证书，这个过程和前面根CA生成私钥的过程是一致的。
在子CA这里我们就没有设置私钥密码，密钥长度也设置了为1024

用私钥文件生成证书申请文件

将证书申请文件传递给根CA

根CA颁发证书
这时切换到根CA也就是A主机，生成证书

这时我们查看index.txt文件就会看到新增了一条记录

将CA生成的证书颁发给子CA
主机B是作为子CA机构存在的，所以证书文件，必须是cacert.pem，否则，子CA将不能够给其他用户颁发证书。

普通用户向子CA机构申请证书
过程和子CA申请差不多，首先也是生成私钥文件，不过因为是普通用户，所以生成的私钥文件应该与之前的cacert.pem 有所区别

利用私钥生成证书申请文件

将证书申请文件发送给子CA颁发机构

切换到子CA颁发机构颁发证书

将生成的证书传递给申请者

这样，正常的证书颁发流程就算是完成了。
我们验证下证书

-text 证书的内容
-issuer 证书颁发者的信息
-subject 证书主体的信息
-serial 证书的序列号信息
-dates 查看证书的时间