SSL及使用openssl实现CA

Posted 2020-09-14

彼岸船夫

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TLS如何实现各种功能？数据如何加密在网络上传输？

 

网景（Netscape）公司在应用层和传输层加入了半层，把这个半层称之为SSL，SSL不是软件，可以理解是一个库，当http交给tcp层之前先通过ssl进行封装，所以http就成为https，ftp变为ftps等。SSL有三个版本V1、V2、V3，目前只有V2、V3在用。

由于SSL是私有的，所以国际化组织开发出TLS（安全传输协议）用于在两个通信之间提供保密性和数据完整性。TLSv1=SSLv3

SSL协议结构

SSL协议本身可以分为两层：底层为SSL记录协议（SSL record protocol）；上层为SSL握手协议（SSL handshake protocol）、SSL密码变化协议（SSL change cipher spec protocol）和SSL警告协议（SSL alert protocol）。

SSL握手协议：是SSL协议非常重要的组成部分，用来协商通信过程中使用的加密套件（对称加密算法、密钥交换算法和MAC算法等）、在服务器和客户端之间安全地交换密钥，实现服务器和客户端的身份验证。客户端和服务器通过握手协议建立一个会话。会话包含一组参数，主要有会话ID、对方的证书、加密套件（包括密钥交换算法、数据加密算法和MAC算法）及主密钥。

SSL密码变化协议：客户端和服务器端通过密码变化协议通知对端，随后的报文都将使用新协商的加密套件和密钥进行保护和传输。

SSL警告协议：用来允许一方向另一方报告告警信息。消息中包含告警的严重级别和描述。

SSL记录协议：主要负责对上层的数据进行分块、计算并添加MAC、加密，最后把记录块传输给对方。

消息传输过程中使用基于密钥的MAC（Message Authentication Code，消息验证码）来检验消息的完整性。MAC是将密钥和任意长度的数据转换为固定长度数据的一种算法。利用MAC算法验证消息完整性的过程如图所示。发送者在密钥的参与下，利用MAC算法计算出消息的MAC值，并将其加在消息之后发送给接收者。接收者利用同样的密钥和MAC算法计算出消息的MAC值，并与接收到的MAC值比较。如果二者相同，则报文没有改变；否则，报文在传输过程中被修改，接收者将丢弃该报文。

SSL会话建立

两台主机之间SSL会话是如何建立的？以http为例，https使用443端口

在没有使用SSL的时候建立三次握手后即可通信，当使用SSL时，三次握手后，

①客户端请求，服务端收到请求后与客户端协商建立SSL（如：协议版本、加密算法等）

②服务器把证书发给客户端

③客户端获取证书之后要验证证书（颁发机构信任）

④客户端生成一个会话密钥（对称加密密钥）并发给服务器端

⑤服务端就可加密数据发送

SSL/TLS协议的运行原理浅析

SSL程序软件--openssl

加密解密算法实现工具（程序）有openssl和gpg

OPENSSL：SSL的开源实现，实现了大部分算法，该软件有三部分组成
libcrypto：通用加密库，其他软件链接到库文件即可实现功能
libssl：TLS/SSL的实现，实现了数据传输的三种特性的库
openssl：命令行工具，可实现私有证书颁发机构以及加解密等功能。

openssl配置文件：/etc/pki/tls/openssl.conf 主要在实现CA时使用

查看openssl的子命令：[root@host]#openssl  ?

openssl speed [算法名] #测试算法加密速度

openssl enc #先使用whatis查看，再使用man+whatis信息查找帮助

 

使用enc子命令进行加密

openssl enc –e -des3 -salt -a -in inittab -out inittab.deb3

-e/d:e是表示加密，d是表示解密
-des3:指定加密算法
-salt:为了和openssl0.9.5以后的版本兼，容默认设置。这是经过加密后放在密码最前面的一段字符串，用途也是为了让破解更难。
-a :当进行加解密时，他只对数据进行运算，有时需要进行base64转换，设置此选项后加密结果进行base64编码，解密前先进行base64编码。
-in :输入文件，缺省为标准输入
-out :输出文件，缺省为标准输出

使用 –d选项进行解密
openssl enc –d -des3 -d -salt -in inittab.des3 -out inittab

 

使用单向加密获得指纹

[root@host]#md5sum inittab 或者openssl dgst –md5 inittab

[root@host]#sha1sum inittab

如何给用户生成密码？openssl passwd -1 -salt 不使用salt选项会使用随机salt ,-1表示md5

openssl的rsa实现：rsa子命令是RSA key processing tool，而rsautil才是加解密工具 ，但是公钥一般不用于加密

 

生成随机数

rand子命令：openssl rand -base64 长度 ，生成指定长度的随机数

随机数的来源：收集磁盘IO的中断时间间隔或者敲击键盘的时间间隔作为随机数，生成的随机数会保存在一段内存空间（熵池），当使用随机数过量的时候，熵池没有随机数可用了可以通过大量磁盘IO让其重新生成

/dev/random 仅从熵池中取数据，没有数据之后会阻塞

/dev/urandom 熵池没有数据后软件生成随机数

 

使用openssl构建私有CA

步骤一：生成一对密钥,生成RSA，使用子命令genrsa，生成私钥，从私钥提取公钥

[root@host]#openssl genrsa #默认生成512位

[root@host]#openssl genrsa 2048 #指定生成多少位

[root@host]#openssl genrsa 2048 > server.key #保存结果

修改server.key权限为600，私钥十分重要应只允许属主访问

或者在子shell中直接生成指定权限的密钥文件，注意秘钥长度参数不能写在前

[root@host]#(umask 077;openssl genrsa -out server.key 2048)

[root@host]#openssl rsa -in server1024key -pubout #从私钥中提取公钥

-in 指定输入key位置文件，-pubout输出

 

步骤二：生成自签署证书；使用req子命令。

[root@host]#openssl req -new -x509 -key server1024.key -out server.crt -day 365

Country Name (2 letter code) [XX]:CN                       #国家名称

State or Province Name (full name) []:Huizhou        #省份名称

Locality Name (eg, city) [Default City]:zhongkai      #城市名称

Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:pk           #公司名称

Organizational Unit Name (eg, section) []:IT             #组织单位

Common Name (eg, your name or your server\'s hostname) []:openhost        #主机名称

Email Address []:[e-mail]                      #邮件地址

-new :新的申请

-x509:生成自签证书，专用于CA

-key server1024.key:指定密钥（私钥）文件

-out server.crt：输出保存的位置和文件名

-day 365:指定证书有效期

文本格式输出证书信息：openssl x509 -text -in serverkey.crt

 

此时，生成了密钥和自签证书之后仍不能使用，要根据/etc/pki/tls/openssl.cnf配置文件的配置路径把证书放置在对应位置

【CA_default】

dir = /etc/pki/CA            # CA的工作路径，最好使用绝对路径

certs = $dir/certs           # 客户端证书保存位置

crl_dir = $dir/crl              # 证书吊销列表保存位置

database = $dir/index.txt            # 数据库，给哪些人发了证（索引信息）

new_certs_dir = $dir/newcerts   # 新生成证书保存位置

certificate = $dir/cacert.pem     # CA自己的证书（要按照名称生成）

serial = $dir/serial                        # 起始序列号，发出的证书编号

crlnumber = $dir/crlnumber      # 证书撤销列表编号

crl = $dir/crl.pem                        # 证书撤销列表的文件是什么

private_key = $dir/private/cakey.pem          # CA自己的私钥

RANDFILE = $dir/private/.rand                       # 随机数文件，会自动生成

default_days = 365                       # 证书有效期限

default_crl_days= 30                   # 证书吊销后保留多长时间

【req_distinguished_name】   #设置默认值，生成自签证书的时候不用交互输入。

 

创建配置文件中存在的相关目录文件，/etc/pki/CA

mkdir certs newcerts crl

touch index.txt

touch serial

echo 01>serial(给予起始号)

自此，CA可以正常接受其他客户端申请

每一种服务都需要自己的证书，要有证书就需要公钥，要获得公钥就需要私钥。

 

以httpd为例：

1、 新建/etc/httpd/ssl/目录，用于存放生成的文件

2、 生成httpd应用的私钥

注意这个私钥和CA无关，是需要签署的服务（另一台主机）生成的。

[root@host]#（umask 077;openssl genrsa -out httdd.key 1024）

3、 生成httpd的申请（填申请表）

[root@host]#openssl req -new -key httpd.key -out httpd.csr

填写完信息后最好会询问是否需要把请求加密存放，否就输入空密码

4、 把请求（申请表）发送给CA

[root@host]#openssl ca -in httpd.csr -out httpd.crt -day 365

5、 当前目录就会有新签好的证书

6、 可以发现serial文件序号自增1

 

吊销证书

（一）客户端
  1、获取证书serial
  # openssl x509 -in /path/to/certificate_file.crt -noout -serial -subject

（二） CA
  2、根据节点提交的serial和subject信息来验正与index.txt文件中的信息是否一致；

  3、吊销证书
   # openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem

  4、生成吊销证书的编号(如果是第一次吊销，生成此文件)
   # echo 00 > /etc/pki/CA/crlnumber

  5、更新证书吊销列表
  # cd /etc/pki/CA/crl/
  # openssl ca -gencrl -out thisca.crl

  如果需要，查看crl文件的内容：
  # openssl crl -in /path/to/crlfile.crl -noout -text