Security基础：OpenSSL及证书服务邮件TLS/SSL加密通信

Posted 2020-10-23 百川汇海

一、OpenSSL及证书服务

目标：

本案例要求熟悉OpenSSL工具的基本使用，完成以下任务操作：

1.     使用OpenSSL加密/解密文件
2.     搭建企业自有的CA服务器，为颁发数字证书提供基础环境

方案：

使用两台RHEL7虚拟机，其中svr7作为CA数字证书服务器，而pc207作为测试用客户机。

步骤：

步骤一：使用OpenSSL加密/解密文件

1）加密文件

创建一个明文的文本文件f1.txt，使用openssl进行加密，选用des3加密算法，输出的加密文件为f1.txt.enc 。

    [root@svr7 ~]# rpm -qi openssl > f1.txt                 //建立明文的测试文件
    [root@svr7 ~]# head -2 f1.txt
    Name        : openssl                      Relocations: (not relocatable)
    Version     : 1.0.0                             Vendor: Red Hat, Inc.
    [root@svr7 ~]# openssl enc -des3 -e -in f1.txt -out f1.txt.enc
    enter des-ede3-cbc encryption password:                  //设置一个密码
    Verifying - enter des-ede3-cbc encryption password:      //再次输入设置的密码
    [root@svr7 ~]# file f1.txt*
    f1.txt:     UTF-8 Unicode English text
    f1.txt.enc: data                                      //加密后变成非ASCII格式

2）解密文件

查看未解密的f1.txt.enc文件时显示乱码，必须解密后才能查看。

    [root@svr7 ~]# head -2 f1.txt.enc
    Salted__▒▒▒▒C̏▒x▒6Q▒
    .O▒l▒g▒)▒▒▒{▒▒G▒▒t▒▒!▒▒▒Cc0▒▒▒c쬂▒V▒Dp▒▒9▒▒▒[▒▒▒X▒f▒ڍ▒j@▒▒▒▒▒▒▒=@▒.ɮP▒1e▒▒▒"M`▒W▒=▒▒▒-a,▒▒j7▒M▒▒b▒+▒▒   麋0▒▒▒k▒▒z▒Zʢ
    [root@svr7 ~]# openssl enc -des3 -d -in f1.txt.enc -out f1-new.txt
    enter des-ede3-cbc decryption password:                  //输入解密口令
    [root@svr7 ~]# head -2 f1-new.txt                      //查看解密后的文本
    Name        : openssl                      Relocations: (not relocatable)
    Version     : 1.0.0                             Vendor: Red Hat, Inc.

步骤二：搭建企业自有的CA服务器，为颁发数字证书提供基础

1）配置CA签署环境

修改OpenSSL的主配置文件位于/etc/pki/tls/openssl.cnf，为证书创建过程提供一些默认的设置：

    [root@svr7 ~]# vim /etc/pki/tls/openssl.cnf
    .. ..
    [ CA_default ]
    dir             = /etc/pki/CA                  //CA相关文件的默认目录
    certs           = $dir/certs                  //为用户颁发证书的存放位置
    crl_dir         = $dir/crl                  //证书废止列表（CRL）文件的存放位置
    database        = $dir/index.txt              //证书数据的索引文件，需手动建立
    certificate     = $dir/my-ca.crt              //CA服务器根证书文件
    serial          = $dir/serial                  //序号记录文件，需手动建立
    .. ..
    private_key     = $dir/private/my-ca.key      //CA服务器私钥文件
    [ req_distinguished_name ]              //证书请求的识别信息
    countryName                     = Country Name (2 letter code)
    countryName_default             = CN                          //国家名缩写
    stateOrProvinceName             = State or Province Name (full name)
    stateOrProvinceName_default     = Beijing                      //所在省份
    localityName                    = Locality Name (eg, city)
    localityName_default    = Beijing                              //所在城市
    0.organizationName              = Organization Name (eg, company)
    0.organizationName_default      = Tedu Technology Ltd      //所在单位/组织

默认CA配置目录位于/etc/pki/CA/，需要建立初始化序列文件、索引文件：

    [root@svr7 ~]# cd /etc/pki/CA
    [root@svr7 CA]# touch index.txt                      //建立数据索引文件
    [root@svr7 CA]# echo 01 > serial                      //建立序号文件

2）为CA服务器创建私钥

此私钥在后续签发证书时都会用到，建议设置一个私钥口令进行保护。

    [root@svr7 ~]# cd /etc/pki/CA/private
    [root@svr7 private]# openssl genrsa -des3 2048 > my-ca.key
    Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
    ...............................+++
    ............+++
    e is 65537 (0x10001)
    Enter pass phrase:                                  //设置一个私钥口令
    Verifying - Enter pass phrase:                      //再次输入设置的私钥口令
    [root@svr7 private]# chmod  600  my-ca.key
    [root@svr7 private]# ls  -l  my-ca.key
    -rw-------. 1 root root 1751 8月   6 14:12 my-ca.key

3）为CA服务器创建根证书

此根证书将提供给所有客户企业及个人，用来验证证书持有者的合法身份。证书请求识别信息会根据第1）步设置的自动读取，但通用名称、邮箱地址需要手动指定。

    [root@svr7 private]# openssl req \\
    > -new -x509 -key my-ca.key -days 365 > ../my-ca.crt
    Enter pass phrase for my-ca.key:                      //验证私钥口令
    You are about to be asked to enter information that will be incorporated
    into your certificate request.
    What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
    There are quite a few fields but you can leave some blank
    For some fields there will be a default value,
    If you enter \'.\', the field will be left blank.
    -----
    Country Name (2 letter code) [CN]:
    State or Province Name (full name) [Beijing]:
    Locality Name (eg, city) [Beijing]:
    Organization Name (eg, company) [Tedu Technology Ltd]:
    Organizational Unit Name (eg, section) []:
    Common Name (eg, your name or your server\'s hostname) []:Tedu CA Server
    Email Address []:[e-mail]

4）发布根证书文件

本例中通过自带的httpd服务提供Web方式的下载。

    [root@svr7 private]# mkdir /var/www/html/certs/
    [root@svr7 private]# cp  ../my-ca.crt  /var/www/html/certs/TARENA-CA.CRT
    [root@svr7 private]# service httpd start
    正在启动 httpd：httpd: Could not reliably determine the server\'s fully qualified domain name, using svr7.tedu.cn for ServerName
                                                               [确定]

确认在客户机能够下载到根证书。

    [root@pc207 ~]# wget http://192.168.4.7/certs/TARENA-CA.CRT
    .. ..
    2017-08-17 23:36:51 (49.5 MB/s) - 已保存 “TARENA-CA.CRT” [1436/1436])

完成这些步骤以后，就已经具有了签发证书的环境。当收到企业或个人提交的证书签发请求（CSR）文件以后，就可以执行验证和签发了（后续讲解内容）。

二、邮件TLS/SSL加密通信

目标：

本案例要求为基于Postfix+Dovecot的邮件服务器提供加密通信支持，主要完成以下任务操作：

1.     为SMTP服务（postfix）添加TLS/SSL加密通信支持
2.     基于dovecot配置POP3s+IMAPS加密通信支持
3.     客户端收发信测试，确保加密的邮件通信可用

方案：

使用两台RHEL7虚拟机，其中svr7作为CA服务器，而mail作为测试用的Postfix+Dovecot邮件服务器。另外可准备一台pc120作为收发邮件的Windows测试机，安装邮件客户端软件或Outlook 2010。

步骤：

步骤一：准备一个简单的Postfix+Dovecot邮件服务器，支持SMTP认证

1） 快速安装邮件相关软件、添加邮箱账号

确认已安装postfix、dovecot、cyrus-sasl软件包,启动saslauthd服务:

    [root@www ~]# yum -y install postfix dovecot cyrus-sasl
    .. ..
    [root@www ~]# vim /etc/sasl2/smtpd.conf
    pwcheck_method: saslauthd
    mech_list: plain login
    [root@www ~]# service saslauthd start ; chkconfig saslauthd on
    正在启动 saslauthd：                           [确定]

添加两个邮箱账号mickey、minnie。

    [root@www ~]# useradd mickey
    [root@www ~]# echo 123456 | passwd --stdin mickeyy
    更改用户 mickeyy 的密码 。
    passwd： 所有的身份验证令牌已经成功更新。
    [root@www ~]# useradd minnie
    [root@www ~]# echo 123456 | passwd --stdin minnie
    更改用户 minnie 的密码 。
    passwd： 所有的身份验证令牌已经成功更新。

2） 配置并启动postfix服务

    [root@mail ~]# cd /etc/postfix/
    [root@mail postfix]# cp main.cf main.cf.origin
    [root@mail postfix]# vim main.cf
    .. ..
    myhostname = mail.tedu.cn
    mydomain = tedu.cn
    myorigin = $mydomain
    inet_interfaces = all
    mydestination = $myhostname, localhost.$mydomain, localhost, $mydomain
    mynetworks = 127.0.0.0/8
    home_mailbox = Maildir/                                  //设置邮箱路径
    smtpd_sasl_auth_enable = yes
    smtpd_sasl_security_options = noanonymous
    smtpd_recipient_restrictions =
      permit_mynetworks,
      permit_sasl_authenticated,
      reject_unauth_destination
    [root@mail postfix]# systemctl restart  postfix
    [root@mail postfix]# netstat -anpt | grep master
    tcp        0      0 0.0.0.0:25       0.0.0.0:*       LISTEN      32120/master

3） 配置并启动dovecot服务

    [root@mail dovecot]# vim /etc/dovecot/conf.d/10-mail.conf
    mail_location = maildir:~/Maildir                       //设置邮箱路径
    .. ..
     [root@mail dovecot]# vim /etc/dovecot/conf.d/10-ssl.conf
    .. ..
    ssl = no                                              //先禁用SSL
    #ssl_cert = </etc/pki/dovecot/certs/dovecot.pem          //注释掉此处两行内容
    #ssl_key = </etc/pki/dovecot/private/dovecot.pem
    [root@mail postfix]# systemctl restart  dovecot
    正在启动 Dovecot Imap：                        [确定]
    [root@mail postfix]# netstat -anpt | grep dovecot
    tcp        0      0 0.0.0.0:110       0.0.0.0:*       LISTEN      32243/dovecot
    tcp        0      0 0.0.0.0:143       0.0.0.0:*       LISTEN      32243/dovecot

4） 简单测试一下，确认未作TLS/SSL加密时邮件收发可用

由root给mickey用户发送一封邮件，确认mickey的邮箱能收到该邮件。

    [root@mail ~]# echo "Hello Mickey" | mail -s "Test Mail XXXX" [e-mail]
    [root@mail ~]# cat /home/mickey/Maildir/new/137690..        //找最新的一封邮件
    Return-Path: <[e-mail]>
    X-Original-To: [e-mail]
    Delivered-To: [e-mail]
    Received: by mail.tedu.cn (Postfix, from userid 0)
            id 28846836EA; Mon, 19 Aug 2017 17:36:58 +0800 (CST)
    Date: Mon, 19 Aug 2017 17:36:58 +0800
    To: [e-mail]
    Subject: Test Mail XXXX
    User-Agent: Heirloom mailx 12.4 7/29/08
    MIME-Version: 1.0
    Content-Type: text/plain; charset=us-ascii
    Content-Transfer-Encoding: 7bit
    Message-Id: <[e-mail]>
    From: [e-mail] (root)
    Hello Mickey

步骤二：创建CSR证书签发申请，提交给CA服务器签署，下载签署后的证书

1） 在mail服务器上，创建服务私钥

由于此例中的私钥主要用于加密的邮件通信，为了方便服务控制，不要设置私钥口令（在postfix中也不好配置） 。

    [root@mail ~]# cd /etc/pki/tls/private/
    [root@mail private]# openssl  genrsa  2048 > mail.key          //不设置私钥口令
    Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
    ............................................................+++
    ................+++
    e is 65537 (0x10001)
    [root@mail private]# chmod 600 mail.key

2）在mail服务器上，创建CSR证书签发请求

基于前一步创建的服务私钥来建立CSR请求，根据提示设置的国家、省、市、组织信息要与CA根证书的设置保持一致。

    [root@mail private]# openssl req -new -key mail.key > ~/mail.csr
    You are about to be asked to enter information that will be incorporated
    into your certificate request.
    What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
    There are quite a few fields but you can leave some blank
    For some fields there will be a default value,
    If you enter \'.\', the field will be left blank.
    -----
    Country Name (2 letter code) [XX]:CN
    State or Province Name (full name) []:Beijing
    Locality Name (eg, city) [Default City]:Beijing
    Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:Tedu Technology Ltd
    Organizational Unit Name (eg, section) []:
    Common Name (eg, your name or your server\'s hostname) []:mail.tedu.cn
    Email Address []:[e-mail]
    Please enter the following \'extra\' attributes
    to be sent with your certificate request
    A challenge password []:
    An optional company name []:

3）在CA服务器svr7上，签署并发布证书

首先获得mail服务器（比如SCP方式）提交的CSR证书签发请求文件,然后正式签署并通过httpd服务提供下载。

    [root@svr7 ~]# scp 192.168.4.120:/root/mail.csr ./
    root@192.168.4.120\'s password:
    mail.csr                                 100% 1062     1.0KB/s   00:00
    [root@svr7 ~]# cd /etc/pki/CA/certs/
    [root@svr7 certs]# openssl ca -in ~/mail.csr > mail.crt      //签署证书
    Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf
    Enter pass phrase for /etc/pki/CA/private/my-ca.key:          //验证私钥口令
    Check that the request matches the signature
    Signature ok
    Certificate Details:
            .. ..
    Certificate is to be certified until Aug 19 08:31:12 2014 GMT (365 days)
    Sign the certificate? [y/n]:y
    1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
    Write out database with 1 new entries
    Data Base Updated
    [root@svr7 certs]# cp mail.crt /var/www/html/certs/      //复制到Web下载目录

4）在mail服务器上，下载签发好的证书文件，确认私钥、证书的存放路径

    [root@mail ~]# cd /etc/pki/tls/certs/
    [root@mail certs]# wget http://192.168.4.7/certs/mail.crt
    .. ..
    2017-05-17 16:35:27 (300 MB/s) - 已保存 “mail.crt” [4633/4633])
    [root@mail certs]# ls -lh /etc/pki/tls/certs/mail.crt
    -rw-r--r--. 1 root root 4.6K 8月  19 16:32 /etc/pki/tls/certs/mail.crt
    [root@mail certs]# ls -lh /etc/pki/tls/private/mail.key
    -rw-------. 1 root root 1.7K 8月  19 16:22 /etc/pki/tls/private/mail.key

步骤三：分别为postfix、dovecot添加TLS/SSL加密通信支持

大多数情况下，加密的和非加密的服务会同时提供，允许邮箱用户自行选择 。当然，如果确实有需要，可以只提供加密的收发信服务，禁用非TLS/SSL加密的收发信服务。

1） 修改postfix服务配置，启用SSL加密通信

    [root@svr7 ~]# vim
    .. ..
    smtpd_use_tls = yes
    #smtpd_tls_auth_only = yes              //若启用此项，则非TLS的SMTP通信将被阻止
    smtpd_tls_key_file = /etc/pki/tls/private/mail.key
    smtpd_tls_cert_file = /etc/pki/tls/certs/mail.crt
    #smtpd_tls_loglevel = 1                  //排错阶段可启用此配置
    [root@mail ~]# service postfix reload
    重新载入postfix：                                          [确定]

2）修改dovecot服务配置，启用SSL加密通信

    [root@mail ~]# vim /etc/dovecot/conf.d/10-ssl.conf
    .. ..
    ssl = yes
    #ssl_cert = </etc/pki/dovecot/certs/dovecot.pem
    #ssl_key = </etc/pki/dovecot/private/dovecot.pem
    ssl_cert = </etc/pki/tls/certs/mailsvr.crt
    ssl_key = </etc/pki/tls/private/mailsvr.key
    [root@mail ~]# netstat -anpt | grep dovecot
    tcp        0      0 0.0.0.0:110       0.0.0.0:*       LISTEN      32243/dovecot
    tcp        0      0 0.0.0.0:143       0.0.0.0:*       LISTEN      32243/dovecot
    tcp        0      0 0.0.0.0:993       0.0.0.0:*       LISTEN      32243/dovecot
    tcp        0      0 0.0.0.0:995       0.0.0.0:*       LISTEN      32243/dovecot

注意：若要禁用非加密的POP3、IMAP通信，可以参考以下配置（可选）。

    [root@mail ~]# vim /etc/dovecot/conf.d/10-master.conf
    inet_listener imap {  
      port = 0                                    //停用非加密的imap服务
    }  
    inet_listener pop3 {  
      port = 0                                    //停用非加密的pop3服务
    }

步骤四：在邮件客户端（比如Outlook Express）验证加密的邮件通信

1）为测试用户mickey配置邮件收发账号

设置好电子邮件地址、用户账号密码、收发信服务器等属性。接收邮件选POP3或IMAP，勾选安全连接（SSL） ，如下图所示。

               

2）加密的收发信测试

新建一封测试邮件，发送给[e-mail]、抄送给自己，确认能够成功发送并接收邮件。首次发送邮件时会出现安全提示，如下图所示，选“是”继续即可。

              

成功发出邮件以后，即可收取到抄送给自己的邮件，如下图所示。