SSH 原理和公匙私匙

Posted 2020-08-22 小河沟大河沟

先主要介绍了Telnet、SSH 的通信原理，分析了其通信时的工作流程。

Telnet

无论Telnet协议连接的是什么类型终端，都会转换为NVT（Net Virtual Terminal）格式进行通信。网络虚拟终端NVT是Telnet异构跨平台的基础。

Telnet 的工作进程是这样的

1. 本地与远程主机建立连接，该过程实际上是建立一个TCP 连接，用户必须知道远程主机的 IP 地址或域名

2. 将本地终端上输入的用户名和口令及以后输入的任何命令或字符以NVT格式传送到远程主机。该过程实际上是从本地主机向远程主机发送一个IP 数据报

3. 将远程主机输出的 NVT格式的数据转化为本地所接受的格式送回本地终端，包括输入命令回显和命令执行结果

4. 最后，本地终端对远程主机撤消TCP 连接

这里，telnet协议的客户机和服务器端的数据交互都是以明文的方式来进行的。通过抓包工具很容易获取到这些数据，对网络设备进行攻击。

常见的Telnet攻击手段

1. 密码窃取：通过抓包等方式窃取到用户帐号和密码

2. 中间人攻击：“中间人”冒充真正的服务器接收到客户端传给服务器的数据，然后再冒充你把数据传给真正的服务器

3. 伪服务器：攻击者冒充服务器与客户端进行交互，骗取客户端的帐号信息

SSH，Secure Shell

一、什么是SSH？

简单说，SSH是一种网络协议，用于计算机之间的加密登录。

如果一个用户从本地计算机，使用SSH协议登录另一台远程计算机，我们就可以认为，这种登录是安全的，即使被中途截获，密码也不会泄露。

最早的时候，互联网通信都是明文通信，一旦被截获，内容就暴露无疑。1995年，芬兰学者Tatu Ylonen设计了SSH协议，将登录信息全部加密，成为互联网安全的一个基本解决方案，迅速在全世界获得推广，目前已经成为Linux系统的标准配置。

需要指出的是，SSH只是一种协议，存在多种实现，既有商业实现，也有开源实现。本文针对的实现是OpenSSH，它是自由软件，应用非常广泛。

把所有传输的数据进行加密，这样"中间人"这种攻击方式就不可能实现了，而且也能够防止 DNS 和IP 欺骗，这就是SSH。

二、中间人攻击

SSH之所以能够保证安全，原因在于它采用了公钥加密。

整个过程是这样的：（1）远程主机收到用户的登录请求，把自己的公钥发给用户。（2）用户使用这个公钥，将登录密码加密后，发送回来。（3）远程主机用自己的私钥，解密登录密码，如果密码正确，就同意用户登录。

这个过程本身是安全的，但是实施的时候存在一个风险：如果有人截获了登录请求，然后冒充远程主机，将伪造的公钥发给用户，那么用户很难辨别真伪。因为不像https协议，SSH协议的公钥是没有证书中心（CA）公证的，也就是说，都是自己签发的。

可以设想，如果攻击者插在用户与远程主机之间（比如在公共的wifi区域），用伪造的公钥，获取用户的登录密码。再用这个密码登录远程主机，那么SSH的安全机制就荡然无存了。这种风险就是著名的"中间人攻击"（Man-in-the-middle attack）。

它有自己的公匙登录和口令登录来应对。

SSH登录过程：

1. 版本号协商。服务器打开22端口，等待客户端连接，连接后，服务器与客户端协商协议版本。

2. 密钥和算法协商阶段。服务端和客户端分别发送算法协商报文给对方，报文中包含支持的各种协议的算法列表。根据协商服务器端和客户端选定使用的算法。服务端和客户端利用DH交换算法、主机密钥对等参数，生成会话密钥和会话ID。

3. 认证阶段。客户端使用密钥和算法协商阶段生成的会话密钥加密账号、认证方法、口令，将结果发送给服务器。服务端使用获得的会话密钥解密报文，得到账号和口令，进行认证。SSH提供两种认证方式（2.0版本还支持password-publickey和any认证）:

• 密码认证。客户端将用户名和密码加密后发送给服务器，服务器解密后进行比对认证。

• 数字签名认证。设备上利用RSA或者DSA公共秘钥算法实现数字签名，生成public和key，然后将public上传到服务器。登录认证时，服务器端向客户端发送随机字符串，用户用自己的私钥加密后，再发回来。服务器用储存的公钥进行解密认证。

 

   

熟悉Linux的朋友经常使 用到一 个SSH Secure Shell Cilent的工具，本文也是基于此工具加密原理的学习，在SSH的加密原理中，使用到了RSA非对称加密算法，本文也一并做了学习和了解。

    非对称加密算法

    在日常的工作生产中， 我们经常需要进行数据的通讯，开发人员经常需要对数据进行加解密操作，以保证数据的安全。数据的加密算法非为对称加密和非对称加密两种，常用的DES、三 重DES、AES等都属于对称加密，即通过一个密钥可以进行数据的加解密，密钥一旦泄漏，传输的数据则不安全。

    非对称加密算法的核心源于数学问题，它存在公钥和私钥的概念，要完成加解密操作，需要两个密钥同时参与。我们常说的“公钥加密，私钥加密”或“私钥加密， 公钥解密”都属于非对称加密的范畴，后文中讲到的RSA算法也一种典型的非对称加密算法。公钥加密的数据必须使用私钥才可以解密，同样，私钥加密的数据也 只能通过公钥进行解密。

    相比对称加密，非对称加密的安全性得到了提升，但是也存在明显的缺点，非对称加解密的效率要远远小于对称加解密。所以非对称加密往往被用在一些安全性要求比较高的应用或领域中。

    典型的RSA非对称加密

    RSA加密算法是一种典型的非对称加密算法，它基于大数的因式分解数学难题，它也是应用最广泛的非对称加密算法，于1978年由美国麻省理工学院（MIT）的三位学着：Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 共同提出。 

    它的原理较为简单，我们假设有消息发送方A和消息接收方B，通过下面的几个步骤，我们就可以完成消息的加密传递：

1. 消息发送方A在本地构建密钥对，公钥和私钥；

2. 消息发送方A将产生的公钥发送给消息接收方B；

3. B向A发送数据时，通过公钥进行加密，A接收到数据后通过私钥进行解密，完成一次通信；

4. 反之，A向B发送数据时，通过私钥对数据进行加密，B接收到数据后通过公钥进行解密。

    由于公钥是消息发送方A暴露给消息接收方B的，所以这种方式也存在一定的安全隐患，如果公钥在数据传输过程中泄漏，则A通过私钥加密的数据就可能被解密。

    如果要建立更安全的加密消息传递模型，需要消息发送方和消息接收方各构建一套密钥对，并分别将各自的公钥暴露给对方，在进行消息传递时，A通过B的公钥对数据加密，B接收到消息通过B的私钥进行解密，反之，B通过A的公钥进行加密，A接收到消息后通过A的私钥进行解密。

    当然，这种方式可能存在数据传递被模拟的隐患，我们可以通过数字签名等技术进行安全性的进一步提升。由于存在多次的非对称加解密，这种方式带来的效率问题也更加严重。   

    SSH加密原理

    在SSH安全协议的原理中， 是一种非对称加密与对称加密算法的结合，先看下图：

    这里进行一下说明：

1. 首先服务端会通过非对称加密，产生一个公钥和私钥；

2. 在客户端发起请求时，服务端将公钥暴露给客户端，这个公钥可以被任意暴露；

3. 客户端在获取公钥后，会先产生一个由256位随机数字组成的会话密钥，这里称为口令；

4. 客户端通过公钥将这个口令加密，发送给服务器端；

5. 服务器端通过私钥进行解密，获取到通讯口令；

6. 之后，客户端和服务端的信息传递，都通过这个口令进行对称的加密。

    个人感觉，这样的设计在一定程度上提高了加解密的效率，不过，与客户端服务端各构建一套密钥对的加解密方式相比，在安全性上可能有所下降。在上面所述的通过口令进行加密的过程中，数据也是可以被窃听的，不过由于密钥是256个随机数字，有10的256次方中组合方式，所以破解难度也很大。相对还是比较安全的。服务端和客户端都提前知道了密钥，SSH的这种方式，服务端是通过解密获取到了密钥。

    DH密钥交换算法

    SSH的原理，是基于RSA非对称加密，RSA是基于大数的因式分解数学难题，下面要提到的DH密钥交换算法则是基于有限域上的离散对数难题。

    DH算法是一种密钥协商算法，只用于密钥的分配，不用于消息的加解密。它提供了一种安全的交换密钥的方式，通过交换的密钥进行数据的加解密。就像SSH原理中，口令的交换，不过DH算法更安全。

    我们举个例子来进行说明，假设有A、B两方，A作为发送者，B作为接收者。通过下面的几个步骤就可以构建出一个只属于双方的密钥口令，如下：

1. 首先A、B双方，在通信前构建专属于自己的密钥对，假设分别是公钥A，私钥A，公钥B，私钥B；

2. A将自己的公钥A暴露给B，B通过私钥B和公钥A经过一定的运算产生出本地的密钥B；

3. 同样，B将自己的公钥B暴露给A，A通过私钥A和公钥B经过一定的运算产生出本地的密钥A；

4. 最后，这个算法有意思的一点就是，密钥A和密钥B是一致的，这样A、B双方就拥有了一个属于双方的“秘密”口令；

    DH算法的产生是，对称加密向非对称加密的过度，为后续非对称加密的产生和发展奠定了基础。