第六章 加密与解密

Posted 2020-09-12

6.1 什么是加密和解密？

  加密技术是最常用的安全保密手段，利用技术手段把重要的数据变为乱码（加密）传送，到达目的地后再用相同或不同的手段还原（解密）。

6.2 加密技术二元素：算法和密钥

  算法是将普通的信息或者可以理解的信息与一串数字（密钥）结合，产生不可理解的官方的步骤；

  密钥是用来对数据进行编码和解密的一种算法。

  在安全保密中，可通过适当的密钥加密技术和管理机制来保证网络的信息通信安全，使得未授权的用户即使获得了已加密的信息，但因不知解密方法，仍然无法了解信息内容。

6.3 为什么要加密？

  随着人类社会逐渐步入信息时代，信息安全也越来越受到关注。对计算机而言，信息表现为各种各样的数据，是否采用了适当的方法对数据进行加密，已成为保障数据安全的首要方法。为了保密，一般在网络上传输的重要数据文件都可以对其进行加密，但数据加密也不一定是为了在网络间传输文件，而是为了保证机密文件即使失窃后也不泄漏其中的重要信息。

  随着网络技术的发展，大量的数据需要在网络上传输。在网络上传输的数据存在着不安全的因素而变得危险，而且这种危险是TCP/IP协议所固有的。一些基于TCP/IP的服务（ftp,http,smtp,telnet）都是明文传输的，其机密性无法得到保证。

  数据加密在网络上的作用就是防止重要信息在网络上被拦截和窃取，一个简单的例子就是计算机口令的传输。

  计算机口令极为重要，许多安全防护体系是基于口令的，口令的泄露关系到安全体系的全面崩溃。通过网络进行登录时，所键入的口令以明文的形式被传输到服务器，而网络上的窃听是一件极为容易的事情，所以很有可能被黑客嗅探并窃得用户的口令，如果用户是root用户或administrator用户，那后果是极为严重的。

  解决这个问题的方法就是加密，加密后的口令即使被黑客获得也是不可读的，除非加密密钥或加密方式十分脆弱，很容易被黑客破解。whatever，加密的作用是使黑客不会轻易获得口令。

6.4 加密类型

  加密类型有以下几种：

    对称加密：加密解密使用同一个密钥

      DES：Data Encrption Standard，56bit

      3DES：使用3条56位的密钥对数据进行三次加密

      AES：Advanced Encrption Standard，128bit（默认）

        AES192：192bit

        AES256：256bit

        AES512：512bit

      Blowfish：一个64位分组及可变密钥长度的对称密钥分组密码算法，可用来加密64bit长度的字符串

    公钥加密：也叫非对称加密。有一对密钥，公钥（P）和私钥（S）。

      公钥隐含于私钥中，可以提取出来并公布出去。

      公钥加密算法很少用来加密数据，因为加密速度太慢，比对称加密慢1000倍。常用于做身份验证

      公钥加密能保证机密性和身份验证：

        机密性：发送方用对方的公钥加密

        身份验证：发送方用自己的私钥加密（数字签名）

      公钥加密能实现加密和签名功能：

        RSA：即能实现加密，也能实现签名

        DSA：只能实现签名

        ELGamal：商业加密算法

    单向加密：也叫散列加密，提取数据特征码，能加密不能解密，常用于做数据完整性校验

      MD4，MD5，SHA1，SHA192，SHA256，SHA384，SHA512，CRC-32（循环冗余检验码）

      单向加密的特性：

        a) 雪崩效应（输入的微小改变，将会引起结果的巨大改变）

        b) 定长输出（无论原始数据是多大，结果的长度是相同的）

          MD5：Message Digest，128位定长输出

          SHA1：Secure Hash Algorithm，160位定长输出

        c) 不可逆（无法根据特征码还原成原始数据）

6.5 密钥交换

  协商生成密码的过程叫做密钥交换（Internet Key Exchange，IKE）

  使用的是DH协议（Diffie-Hellman）：

    A --> B

      p,g（大素数，生成数），在网络中传输的，公开的

    A：自己取一个随机数x

    B：自己取一个随机数y

    A：g^x%p --> B

    B：g^y%p --> A

    A：(g^y%p)^x=g^yx%p

    B：(g^x%p)^y=g^xy%p

  这最后得出的g^xy%p就是最终的密钥

6.6 PKI

  PKI：Public Key Infrastructure

  PKI的核心就是CA及其信任关系

6.6.1 CA

  CA（Certificate Authority）是数字证书认证中心的简称，是指发放、管理、废除数据证书的机构。

  CA的作用是检查证书持有者身份的合法性，并签发证书（在证书上签字），以防证书被伪造或篡改，以及对证书和密钥进行管理

6.6.2 数字证书

  数字证书实际上是存在于计算机上的一个记录，是由CA签发的一个声明，证明证书主体（"证书申请者"拥有了证书后即成为"证书主体"）与证书中所包含的公钥的惟一对应关系

  数字证书包含的内容：

    申请者的名称及相关信息

    申请者的地址信息

    申请者的公钥

    签发证书的CA的名称

    签发证书的CA的数字签名(用发证机关的私钥加密的特征码)

    证书有效期

  x509证书的内容：

    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

    CA签名的校验码

  CRL：证书吊销列表。CRL中记录的是已经发出去的、没有过期的但已经被撤销的证书

6.6.3 PKI的实现架构

  TLS/SSL：使用x509证书

  OpenGPG

 SSL：Secure Socket Layer，安全的套接字层。只是一个库，可以将http、smtp、ftp等应用层协议封装成https、smtps、ftps等

  TLS：Transport Layer Security，TLSv1版本相当于SSLv3

  SSL会话过程：

    a) TCP三次握手

    b) 客户端向服务器发起会话请求

    c) 服务器与客户端协商建立SSL会话（协商加密协议：SSLv2、SSLv3、TLS；协商加密算法）

    d) 服务器将自己的证书发给客户端

    e) 客户端验证证书是否是自己所信任的根证书颁发机构所发，证书是否完整

    f) 客户端随机生成一个会话密钥（对称密钥），用服务器的公钥进行加密，传递给服务器端

    g) 服务器端用客户端生成的对称密钥对数据进行加密，传输给客户端

6.6.4 证书申请及签署步骤

  a) 生成申请请求

  b) RA核验

  c) CA签署

  d) 获取证书

6.6.5 吊销证书

  a) 客户端获取要吊销的证书的serial

openssl x509 -in /path/from/cert_file -noout -serial -subject

  b) CA端先客户端提交的serial与subject信息，对比检验是否与index.txt文件中的信息一致

    吊销证书：

openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem

  c) 生成吊销证书的编号（第一次吊销一个证书时）

echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber

  d) 更新证书吊销列表

openssl ca -gencrl -out thisca.crl

6.7 openssl

  对称加密的实现工具有openssl和gpg两种

  openssl：OpenSSL是ssl的开源实现，是一个软件，由三部分组成：

    libcrypto：加密库

    libssl：TLS/SSL协议的实现。基于会话的实现了身份认证、数据机密性和会话完整性的TLS/SSL库

    openssl：多用途命令行工具。能够实现单向加密、对称加密、非对称加密、生成一对密钥、私有证书颁发机构等功能

  openssl：

    语法：openssl command [ command_opts ] [ command_args ]

    command：

      enc：加密/解密

        -e：加密

        -d：解密

      dgst：提取文件特征码

      passwd -1：生成密码串

      rand -base64：生成伪随机数

      req：证书注册提交管理

        -new：生成新证书签署请求

        -x509：专用于CA生成自签证书

        -key：生成请求时用到的私钥文件

        -days n：证书的有效期限

        -out /path/to/somecertfile：证书的保存路径

      x509：管理证书

        -in /path/from/cert_file -noout -text|-subject|-serial    #查看证书中的信息

      crl：管理吊销证书列表

        -in /path/from/crl_file.crl -noout -text    #查看crl文件

      ca：管理CA

  openssl实现私有CA：

    CA的配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf

    a) CA生成一对密钥

cd /etc/pki/CA 
(umask 077;openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048)    #生成密钥，括号必须要
openssl rsa -in private/cakey.pem -pubout    #提取公钥

    b) CA生成自签署证书

openssl req -new -x509 -key private/cakey.pem -out cacert.pem -days 365    #生成自签署证书
openssl x509 -text -in cacert.pem    #读出cacert.pem证书的内容
mkdir certs newcerts crl
touch index.txt && echo 01 > serial

    c) 客户端（例如httpd服务器）生成密钥

cd /etc/httpd && mkdir ssl && cd ssl
(umask 077;openssl genrsa -out httpd.key 2048)

    d) 客户端生成证书签署请求

openssl req -new -key httpd.key -days 365 -out httpd.csr

    e) 客户端把证书签署请求文件发送给CA

scp httpd.csr [email protected]端IP:/root

    f) CA签署客户端提交上来的证书

openssl ca -in /root/httpd.csr -out httpd.crt -days 365

    g) CA把签署好的证书httpd.crt发给客户端

scp httpd.crt [email protected]客户端IP:/etc/httpd/ssl/

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