加密解密技术基础，PKI以及创建私有CA

Posted 2022-06-08

加密解密技术基础，PKI以及创建私有CA

• 加密算法和协议：
  1.对称加密:加密和解密使用同一个密钥

  DES：Data Encryption Standard; 
    3DES：Triple DES;
    AES：Advanced Encryption Standard;  (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；

  2.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，只能使用与之配对儿的私钥解密；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 Signature Standard
          DSA：Digital Signature Algorithm

  3.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：完整性；
     算法：
           md5：Message Digest 5, 128bits
           sha1：Secure Hash Algorithm 1, 160bits
         sha224, sha256, sha384, sha512

  4.密钥交换： IKE（Internet Key Exchange）

  公钥加密
      DH（Deffie-Hellman）
             例如：   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

  5.一次加密通信过程：
  
  A: (1):128bit的特征码单向加密成数字摘要
  (2):将数字摘要和原文前面加上A的私钥
  (3):将A的私钥和特征码用对称加密
  (4)对称加密前面加上B的公钥
  B:(1):B用自己的私钥解密获得对称空间
  (2):用对称密钥解密加密内容
  (3):用A的公钥单向加密生成特征码
  (4):用此特征码和原来的比较是否一样

• PKI以及SSL会话
  1. 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
     X.509: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;主体名称;主体公钥;发行者的惟一标识;主体的惟一标识;扩展;发行者的签名
     2.SSL会话主要三步：
     客户端向服务器端索要并验正证书；
     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：
     第一阶段：ClientHello：
     支持的协议版本，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：
     验正服务器证书，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；
• 创建私有CA
  1.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:
                   (umask 077;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
                      ():作用域子shell进程
              (2) 生成自签证书；
                    openssl req -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时；
                     -key：生成请求时用到的私有文件路径；
                     -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，单位是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

  2.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nginx为例）
          (1) 用到证书的主机生成私钥；
                  mkdir  /etc/nginx/ssl
                  cd  /etc/nginx/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/nginx/ssl/nginx.key -out /etc/nginx/ssl/nginx.csr -days 365
          (3) 将请求通过可靠方式发送给CA主机；
                    scp /etc/nginx/ssl/nginx.csr root@172.20.10.12:/tmp/
          (4) 在CA主机上签署证书；
                    openssl ca -in /tmp/nginx.csr  -out /etc/pki/CA/certs/nginx.crt -days 365
          (5)查看证书中的信息：
                   openssl  x509  -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt  -noout  -serial  -subject
                      [root@localhost /]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/nginx.crt -noout -        
                      serial -subject
                       serial=01
                       subject=/C=CN/ST=Shanghai/O=cern/OU=devops/CN=devops.com

  3.吊销证书：
  步骤：

  
  (1) 客户端获取要吊销的证书的serial（在使用证书的主机执行）：
                openssl  x509  -in /etc/pki/CA/certs/nginx.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) 更新证书吊销列表
             openssl  ca  -gencrl  -out  thisca.crl