ssl协议openssl及创建私有CA

Posted 2021-02-11 long-cnblogs

　　在互联网发展早期，NetSpace公司发明了第一个浏览器及Web服务器。而http协议传输数据是明文的，为了基于加密的机制实现http，NetSpace公司在TCP层和应用层之间引入了半个层，这半层就是SSL。SSL不是一个软件，可以将它理解为一个库。当应用层的某种协议如果传输数据之前调用了SSL的功能，那么这个协议就实现了加密的功能。例如：http协议本身是不加密的，数据在应用层封装完之后本来应该交给传输层，但由于NetSpace在TCP层和应用层之间加入了SSL层，而SSL本身就是实现数据通信的，因此http摇身一变成为了https。同理，smtp就变成了smtps，ftp就成了ftps。

　　因此，众多应用层的明文协议通过调用SSL的功能来实现数据的安全传输了。而SSL只是一个库，这就意味着若需要使用SSL的功能只需要在系统上提供SSL的库文件即可。如此一来，就能将http封装成https，意味着可以支持https的协议了，但http本身是不会经由ssl封装的，所以http和https是两种不同的协议，但它们在应用层实现的功能是相同的，只是底层的协议栈等其它方面不同。

　　但SSL本身只是某一家公司研发的协议，不具有普适性，所以国际标准化组织开发了更为开放的TLS。

一、TLS/SSL HandShake

　　1、SSL与TLS

　　SSL：Secure Socket Layer，安全的套接字层；SSL v2、SSL v3目前还在使用，但v1不再使用。

　　TLS：Transport Layer Security，传输层安全；TLS v1相当于SSL v3，它们的实现原理和机制差不多。

 

　　思考一个问题，在两台主机之间，SSL会话是怎么建立的？

　　　　SSL会话建立过程：

　　以http协议为例，http是基于TCP的，因此，双方在建立http会话之前要先进行三次握手。一旦有了https，在TCP三次握手之后，此时还不能直接通信；首先，客户端向服务器端发起会话请求（客户端通过浏览器输入地址开始通信）；其次，服务器端此时不会直接与客户端传输http数据包，而是跟客户端协商建立SSL会话（包括协商使用协议版本，SSL v2、SSL v3、TLS v1...），Server将自己的证书发送给客户端，客户端验证证书是否可信、证书的完整性；第三步，客户端生成一个会话密钥（客户端通过随机数生成的随机的对称密钥（使用非对称加密速度太慢）），并通过从证书的获取的公钥加密对称密钥；第四步，客户端将加密的对称密钥发送给服务器端。接下来，Server就可以通过接收的密钥加密数据发送至客户端实现数据通信了。

　　在这个过程当中，不仅需要协商加密协议，还需要协商对称加密的算法。

　　2、加密算法回顾及补充

　　对称加密：

　　　　DES（Data Encription Standard，数据加密标准，56bit长度，比较早的成熟算法）：美国国家安全局在征集算法时，由IBM公司所提供的完全公开的算法。随着计算机的发展，DES因为不安全已经很少被使用了。

　　　　3DES：将数据DES 3次，较常用，但其安全性不被信任。

　　　　AES：（Advanced Encription Standrand，高级加密标准）128bit

　　　　　　AES变种：AES192，AES256，AES512（密钥越长，安全性越高，速度越慢）

　　　　Blowfish

 

　　　　实现对称加密的工具：openssl、gpg

 

　　单向加密：

　　　　MD4

　　　　MD5（128bit对称输出长度）

　　　　SHA1（169bit对称输出长度）

　　　　　　SHA变种：SHA192、SHA256、SHA384（SHAX，X为输出长度）　　　　

　　　　CRC-32：（循环冗余校验码）不是一种加密算法，而是一种校验码机制。应用非常广泛，但不提供安全性。可能会出现输入不一样但输出一样的情况。

　　

　　公钥加密（两种核心：加密/签名）：

　　　　应用实例：

　　　　　　身份认证（数字签名）　　　　

　　　　　　数据加密

　　　　　　密钥交换

　　　　RSA（既是算法，也是公司名称（三位创始人的名称），分为公开和非公开的加强算法）：可用于实现加密、签名。

　　　　DSA（美国国家安全局的，公开的）：只能实现签名。

　　　　ELGamal：（商业算法，有偿使用）

 

二、PKI

　　

　　PKI，Public Key Infrastructure，公钥基础设施，定义了CA、CA彼此之间的信任关系及CA的证书吊销列表等。PKI的核心是CA。

　　CA，Certificate Authority

　　　　不同标准下的证书格式不相同（如：身份证也有1代，2代的概念），目前比较流性的证书格式是x509，也存在pkcs12等格式。

　　x509包含的内容：

　　　　公钥及其有效期限

　　　　证书的合法拥有者

　　　　证书该如何被使用

　　　　CA的信息（哪个机构、公司的服务器地址等等）

　　　　CA签名的校验码

　　PKI的实现：（TLS/SSL与OPGPG实现证书的管理机制不同或者CA的信任关系的传递机制略有不同）

　　　　1.TLS/SSL：使用的正是x509格式的证书

　　　　2.OPGPG：证书格式与TLS/SSL差不多

三、OpenSSL

　　OpenSSL是一个软件，它是SSL的开源实现，几乎实现了市面上主流的加密算法，工作性能好。

　　1、OpenSSL的组成：

 

　　(1).libcrypto（库文件）：通用加密库（提供了各种加密函数）

　　(2).libssl：TLS/SSL的实现（能够实现认证、数据安全传输及数据完整性的工具），基于会话的、实现了身份认证、数据机密性、会话完整性的TLS/SSL库。

　　(3).openssl：多用途的命令行工具（能够实现单向加密、对称加密、非对称加密、生成一对密钥、还可以简单的模拟证书颁发机构）

　　　　实现私有证书颁发机构（很多加解密功能依赖于证书机构）

　　　　子命令

　　　　openssl version　　#查看openssl版本

　　　　openssl speed [加解密算法名称]　　#测试openssl对各种加密算法的速度

　　　　enc子命令：

　　　　　　

　　　　openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64] [-A] [-k
       　　password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-S salt] [-salt] [-nosalt] [-z] [-md] [-p] [-P] [-bufsize
       　　number] [-nopad] [-debug] [-none] [-engine id]        #openssl enc命令的语法

　　　　　　加密：

　　　　　　　　例：openssl enc -des3 -salt -a -in inittab -out inittab.des3

　　　　　　解密：

　　　　　　　　例：openssl enc -des3 -salt -d -a -in inittab.des3 -out inittab　　

　　　　使用openssl计算一个文件的特征码（提取数据指纹）：

　　　　　　

　　　　md5sum 文件名　　#计算文件的md5校验码

 

　　　　sha1sum 文件名    #计算文件SHA1的校验码

　　　　使用openssl计算文件特征码：（dgst子命令）

 

 

　　　　openssl dgst [-md5|-md4|-md2|-sha1|-sha|-mdc2|-ripemd160|-dss1] [-c] [-d] [-hex] [-binary] [-out
       　　　　filename] [-sign filename] [-keyform arg] [-passin arg] [-verify filename] [-prverify filename]
       　　　　[-signature filename] [-hmac key] [file...]

 

　　　　　　　　例：

　　　　　　　　　　openssl dgst -md5 文件名　　#使用openssl计算文件的MD5的校验码

　　　　　　　　　　openssl dgst -sha1 文件名　　#使用openssl计算文件的SHA1校验码

　　　　生成与用户密码格式相同的字符串：

 

　　　　openssl passwd -1 [-salt 字符串]

 

　　　　生成伪随机数：

　　　　openssl rand -salt [随机数字指定加密后字符串的长度]

　　2、OpenSSL实现私有CA

　　　　(1).生成一对密钥（若需给别人发证，自己得先有证）

　　　　　　通过RSA生成私钥：　　　

　　　　openssl genrsa [-out filename] [-passout arg] [-des] [-des3] [-idea] [-f4] [-3] [-rand file(s)] [-engine
       　　　　id] [numbits]

 

　　　　　　　　生成私钥：openssl genrsa -out /PATH/TO/SOMEFILE NUMBERS（密钥长度）

　　　　　　　　提取公钥：openssl rsa -in /PATH/TO/SOMEFILE -pubout

　　　　　　　　将密钥保存在文件中示例：openssl rsa -in /PATH/TO/SOMEFILE -putout > server.key

　　　　　　　　生成并修改文件示例：(umask 077;openssl genrsa -out server1024.key 1024)　　#()中的命令会在子shell中运行，运行完子shell销毁

 

　　　　(2).生成自签署证书

　　　　openssl req [-inform PEM|DER] [-outform PEM|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout
       　　　　arg] [-text] [-pubkey] [-noout] [-verify] [-modulus] [-new] [-rand file(s)] [-newkey rsa:bits] [-newkey
       　　　　alg:file] [-nodes] [-key filename] [-keyform PEM|DER] [-keyout filename] [-keygen_engine id] [-[digest]]
       　　　　[-config filename] [-subj arg] [-multivalue-rdn] [-x509] [-days n] [-set_serial n] [-asn1-kludge]
       　　　　[-no-asn1-kludge] [-newhdr] [-extensions section] [-reqexts section] [-utf8] [-nameopt] [-reqopt]
       　　　　[-subject] [-subj arg] [-batch] [-verbose] [-engine id]

　　　　例：openssl req -new -key server1024.key -out server1024.crt -days 365

 

　　3、在RedHat系统上，若想真正使用CA，还需要进行额外的配置

　　　　(1) 修改配置文件：

　　　　vim /etc/pki/tls/openssl.cnf

　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　注：上图中的文件都需要建立

 

　　　　(2) 为CA准备私钥和证书：（自签证书）

　　　　　　

　　　　(3) 准备目录：

　　

　　　　至此，自签证书准备完成，可作为CA服务器使用了，其它人就可以申请了。比如再启动一个主机，在另外一个主机上生成一段密钥再生成一个证书颁发申请，发送给CA服务器。CA服务器一签即可生成证书。

　　4、测试CA服务器为某一应用签署证书

　　假设建立一个Web服务器，让Web服务器的配置文件在/etc/httpd目录下，在此目录下创建ssl目录用于准备证书和密钥。（具体放在什么位置，可按自己需要修改，一般而言放在配置文件目录下即可）

　　任何一个应用若想得到证书，必须要有公钥，因为需要从私钥中提取公钥，（刚刚创建的公钥和私钥是CA的公钥私钥，这与Web服务器无关，两者不能混淆。每一种应用都需要有自己的证书（如Web服务器，邮件服务器需各自有自己的证书）），不同的服务尽可能使用不同的证书。要有证书得有公钥，要有公钥得有私钥，因此：

　　　　生成私钥：

　　　　因为需要到CA服务器申请证书，故需要一个证书颁发请求（包括个人信息、个人地址等信息），因此：

　　　　生成申请：

　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　注：(1) 生成请求的命令不用-x509选项，-x509用于生成自签证书；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2) 规范来说文件应以.csr（证书签署请求）结尾，见名知意；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3) 私有证书机构名需与CA保持一致

　　　　发送请求：（不在同一台服务器时需要发送，此处位于同一台服务器上直接签署即可）

　　　　签署证书：

　　　　　　openssl ca（进入CA模式） -in [请求的文件路径] -out [生成的证书文件的路径] [-days 指定证书有效时间]

　　　　　　签署完成！

　　　　查看CA记录信息：

　　　　生成测试用的证书：（不建议使用）

　　　　　　RedHat为我们提供了另外一个工具，用于快速生成一个测试使用的zhengsh（不可用于生产环境）（/etc/pki/tls/certs目录下）使用make命令：

　　　　

　　　　　　因为最后生成的文件（如：httpd.pem）中包含了私钥，故只可在测试中使用。

 

　　测试：