Linux自学笔记——OpenSSL命令行工具

Posted 2020-10-10

 

 

      OpenSSL是一个安全套接字层密码库，囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及ssl协议，并提供程序供测或其他目的使用。

      传输层协议：TCP, UDP, SCTP

           port：进程地址，进程向内核注册使用某端口（独占）

      同一主机上的进程间通信：IPC , message queue，shm，semerphor

      不同主机上的进程间通信：socket

           cip：port <-- --> sip:port

                 cip:55673 <-- --> sip:80

                 监听模式：LISTEN（ip：port）

      SSL：Secure Socket Layer

           http --> ssl --> https

      安全的目标：

           保密性：confidentiality

           完整性：integrity

           可用性：availability

      攻击类型：

           威胁保密性的攻击：窃听、通信量分析；

           威胁完整性的攻击：更改、伪装、重放、否认

           威胁可用性的攻击：拒绝服务（DoS）

      解决方案：

           技术（加密和解密）、服务（用于抵御攻击的服务，也即是为了上述安全目标而特地设计的安全服务）

          

           加密和解密：

                 传统加密方法：替代加密方法、置换加密方法

                 现代加密方法：现代块加密方法

           服务：

                 认证机制

                 访问控制机制

           密钥算法和协议

                 对称加密

                 公钥加密

                 单向加密

                 认证协议

Linux系统：OpenSSL（ssl），GPG（pgp）

      OpenSSL由三部分组成：

           libencrypto库

           libssl库

           openssl多用途命令行工具

      加密算法和协议：

           对称加密：加密和解密使用同一个密钥；

                 DES：Data EncryptionStandard；

                 3DES：triple DES

                 AES：Advanced EncryptionStandard；（128bits，192bits，256bits，384bits）

                 Blowfish

                 Twofish

                 IDEA

                 RC6

                 CAST5

                

                 特性：

1.     加密、解密使用同一个密钥

2.     将原始数据分割称为固定大小的块，组个进行加密；

 

缺陷：

1.     密钥过多；

2.     密钥分发困难；

公钥加密：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：主要在于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

                 算法：RSA,DSA,ELGamal

                      DSS：Digital SignatureStandard

                      DSA：Digital SignatureAlgorithm

           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：保证数据完整性；

                 算法：

                      md5：message digest 5,  128bits

                      sha1：secure hashalgorithm 1， 160bits

                            sha224，sha256，sha384，sha512

           密钥交换：IKE（InternetKey Exchange）

                 公钥加密

                 DH（deffie-Hellman）

                      A: p，g

                      B: p，g

                     

                      A：x --> p^x%g==>B

                            A:(p^y%g)^x=p^yx%g

                      B: y

                            --> p^y%g ==>A

                            B: (p^x%g)^y=p^xy%g

      PKI：Public Key Infrastructure

           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：

           x.509v3：定义了证书的结构以及认证协议标准

                 版本号

                 序列号

                 签名算法ID

                 发行者名称

                 有效期限

                 主体公钥

                 发行者的唯一标识

                 扩展

                 发行者的签名

      SSL：Secure sockets Layer

           Netscape: 1994

           V1.0, V2.0, V3.0

      TLS：Transport Layer security

           IETF：1999

           V1.0, V1.1, V1.2, V1.3

          

           分层设计：

1.     最底层：基础算法原语的实现，aes，rsa，md5

2.     向上一层：各种算法的实现；

3.     再向上一层；组合算法实现的半成品；

4.     用各种组件拼装而成的各种成品密码学协议软件；

SSL/TLS

      SSL：安全套接字层（ssl 1.0，ssl2.0，ssl3.0）

      TLS：传输层安全（tls 1.0，tls1.1，tls 1.2，tls 1.3）

 

SSL会话的主要三步：

      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：ssl握手协议

           第一阶段：ClientHello

                 支持协议的版本，比如tls 1.2；

                 客户端生成一个随机数，稍后用户生成“会话密钥”

                 支持的加密算法，比如AES、3DES、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，在确认无误后取出其公钥；（发证机构、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用双方商定的加密方法和密钥发送；

                      服务端握手结束通知；

Openssl（2）

组件：

      libcrypto，libssl主要由开发者使用；

      openssl：多用途命令行工具；

openssl：

      从多子命令，分为三类：

           标准命令

           消息摘要命令（dgst子命令）

           加密命令（enc子命令）

      标准命令：enc，ca，req，genrsa，…

      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

          

           一般可以验证文件的完整性。

      生成用户密码：

           工具：passwd，openssl  passwd

                 openssl passwd -1 –salt  SALT

                

           Note：salt不同，相同的密码，输出也不同。

      生成随机数：

           工具：openssl rand

           ~]# openssl  rand -hex  NUM

           ~]# openssl  rand -base  NUM

          

      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

           密钥交换：

                 算法：DH

           生成密钥：

                 生成私钥：#（umask077 ；openssl genrsa –out /path/to/private_key_fileNUM_BITS）

                

                 提出公钥：#openssl rsa –in /path/from/private_key_file  -pubout

                

Linux系统上的随机数生成器：

      /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；

                 磁盘IO中断时间间隔

                 键盘IO中断时间间隔

CA：

      公共信任的CA，私有CA；

      建立私有CA：

           openssl

           OpenCA

      openssl命令：

           配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf

          

构建私有CA示例：准备两台主机，一台作CA主机192.168.19.128，一台作用户主机192.168.19.134（证书请求主机）

构建私有CA：在确定配置为CA的服务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：

~]# (umask077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)

2)    生成自签证书；

~]# opensslreq -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem-days 3655

    -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；

    -key：生成请求时用到的私钥文件路径；

    -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：证书的有效时长，单位为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

      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

3)    将请求通过可靠方式发给CA主机；

~]#scp /etc/httpd/ssl/httpd.csr  [email protected]:/tmp/

可在CA主机上查看请求主机发送的证书请求；

4)    在CA主机上签署证书；

~]# opensslca  -in /tmp/httpd.csr  -out  /etc/pki/CA/certs/httpd.crt  -days 365

查看 证书信息：

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

   

5)    CA所在的主机将签署完的证书，发送回请求主机；

~]#scp  /etc/pki/CA/certs/httpd.crt  [email protected]:/etc/httpd/ssl/

      吊销证书：

      步骤：

1)    客户端获取要吊销证书的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/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（第一次吊销证书时执行）

echo 01 >/etc/pki/CA/crlnumber

4)    更新吊销证书列表

#openssl ca–gencrl  -out  thisca.crl

查看crl文件：

    #openssl crl –in  /path/from/crl_file.crl  -noout –text