1 概述

为解决两台主机之间的数据传输的通信安全，我们必须遵循以下三个安全目标

保密性：数据是被加密的，就算被第三方截获也无法查看原始数据
完整性：数据到达目标时是完整的，没有被破坏的
可用性：信息是可用的

针对以上三个安全目标对应的攻击类型有：

威胁保密性的攻击：窃听、通信量分析
威胁完整性的攻击：更改、伪装、重放
威胁可用性的攻击：拒绝服务（Dos）

针对以上攻击类型的解决方案有：
技术：加密和解密以及服务（用于抵御攻击的服务，也即是为了上述安全目标而特地涉及的安全服务）

传统加密方法：替代加密算法，置换加密算法
现代加密方案：现代块加密方法
服务：认证机制、访问控制机制

2 加密、解密
密钥算法和协议：对称加密、非对称加密、单项加密、认证协议
Linux系统下的加解密工具：OpenSSL(ssl)，GPG(pgp)
OpenSSl由三部分组成：
libencrypt库
libssl库
openssl多用途命令行工具
2.1 加密算法和协议
2.1.1 对称加密
加密和解密使用的是同一个密钥；数据加密（保密性）
DES： Data Encryption Standard，该加密方式已经寿终正寝了
3DES：Triple DES ；
AES： Advanced Encryption Standard；（128bits，192bits，256bits，384bits）
Blowfish
Twofish
IDEA
RC6
CASTS
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；
2.1.2 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，只能使用与之配对的私钥解密，反之亦然；
用途：
数字签名（身份认证）：主要用户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：不常用，因为此种方式加密效率太低，比对称加密要慢3个数量级
基于非对称密钥的通信过程：模拟A给B发送数据
1、A首先对原始数据进行单向加密，比如常见的MD5算法，定长输出一个数据特征码
2、A利用自己的私钥对特征码进行加密，并附加在数据后面
3、A生成一个临时的对称密钥，对以上的整个数据进行加密
4、A利用B的公钥加密第3步的对称密钥，附加在数据后面并将以上所有数据发送给B
其实以上有一个最大的漏洞，就是A怎么确认拿到B的公钥就一定是B的，会不会有人冒充B呢，此时就引入了CA
算法：RSA、DSA、ELGamal
2.1.3 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：校验数据的完整性
算法：
md5：Message Digest 5,128bits
sha1：Secure Hash Algorithm 1, 160bits，除此之外sha还有sha224,sha256,sha384, sha512
2.1.4 密钥交换
IKE（Internet Key Exchange）
1、公钥加密，通过公钥来加密对称密钥，并发送给对方
2、DH（Deffie-Hellman）
下面对DH算法做个简单的说明：A、B分别为两个用户；p，g为他们协商生成的随机数
A：p，g
B：p，g
A：x
—>p^x%g ==>B
A: (p^y%g)^x
B：y
—>p^y%g ==>A
B: (p^x%g)^y
其它IKE算法：RSA，DH（迪菲-赫尔曼），ECDH（椭圆曲线DH），ECDHE（临时椭圆曲线DH）
2.2 PKI
公钥基础设施：Public Key Infrastructure，分为以下四个部分组成

签证机构：CA
注册机构：RA
证书吊销列表：CRL
证书存取库：

2.3 X.509
目前共有三个版本，v1, v2, v3：定义了证书的结构和认证的协议标准，以下定义了一个ca签署的证书需要包含了哪些字段属性：
版本号
序列号
签名算法ID
发行者的名称
有效期限
主题名称
主体公钥
发行者的唯一标识
主体的唯一标识
扩展
发行者的签名

2.4 SSL/TLS
SSL：Secure socker Layer
Netscape: 1994
v1.0,v2.0,v3.0, 因漏洞情况，在加上是商业的原因，几乎被废弃使用
TLS：Transport Layer Security
IETF：1999
v1.0,v1.1,v1.2,v1.3,几乎已经成为现在实际使用的事实标准
分层设计：
1、最底层：基础算法语言实现，aes，rsa，md5
2、向上一层：各种算法的实现
3、再向上一层：组合算法实现半成品
4、用各种组件拼装而成的各种成品密码学协议软件
协议的开源实现：OpenSSL
SSL会话主要的三个步骤
客户端向服务器端索要并验证证书；
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；
客户端生成的一个随机数，稍后用户生成“会话密钥”
支持的加密算法，比如AES，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：
验证服务器证书，确认无误后取出其公钥; (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用到的“会话密钥”
服务端握手结束通知

3 OpenSSL

3.1 组件：
1、libcrypto，libssl主要由开发者使用；2、openssl：多用途命令行工具；
Openssl：有多个子命令，分为三类：
标准命令
消息摘要命令（dgst子命令）
加密命令（enc子命令）
标准命令：enc，ca，req，genrsa,…

3.2 对称加密
工具：openssl enc,gpg
支持的算法：3des，aes，blowfish,towfish
enc命令：
加密：]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in ./fstab -out ./fstab.ciphertext
解密：]# openssl enc -d -des3 -a -salt -out ./fstab -in ./fstab.ciphertext

3.3 单向加密
工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum,…
dgst命令：
~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE

3.4 生成用户密码
工具：passwd,openssl passwd
]# openssl passwd -1 -salt SALT

3.5 生成随机数
工具：openssl rand
]# openssl rand -hex NUM
]# openssl rand -base64 NUM

3.6 公钥加密
加密解密
算法：RSA，ELGamal
工具：openssl rsautl,gpg
数字签名
算法：RSA，DSA，ELGamal
工具：openssl rsautl,gpg
密钥交换
算法：DH
生成密钥对
生成私钥：]# (umask 077; openssl genrsa -out /tmp/myprivate.key 2048)
提出公钥：]# openssl rsa -in /tmp/myprivate.key -pubout

4 Linux系统上的随机数生成器
/dev/random：仅从熵池返回随机数，随机数用尽，阻塞；
/dev/urandom：从熵池返回随机数，随机数用尽，会利用软件生成伪随机数，非阻塞；
伪随机数不安全；
熵池中随机数的来源：
- 硬盘IO中断时间间隔；
- 键盘IO中断时间间隔；
  5 CA
  CA可分为两种：公共信任的CA，私有CA
  建立私有CA的工具：openssl、OpenCA
  配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf
  5.1 构建私有CA
  在确认配置为CA服务器上生成一个自签名证书，并为CA提供所需的目录及文件即可；
  1）生成私钥：
  ]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
  2）生成自签名证书：
  ]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3650
  -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（从私钥文件中提取公钥）
  -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：证书的有效时常，单位时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
  5.3 签署证书
  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http为例）
  1）用到证书的主机生成私钥
  ]# mkdir /etc/httpd/ssl && cd /etc/httpd/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/httpd/ssl/httpd.key -out /etc/httpd/ssl/httpd.csr -days 3650
  3）将签署请求通过可靠方式发送给CA主机
  4）在CA主机上签署证书
  ]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 3650
  查看证书中的信息
  ]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certshttpd.crt -noout -serial -subject
  5.4 吊销证书
  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/certshttpd.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/netcerts/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（第一次吊销证书时才执行）
  ]# echo 01 >/etc/pki/CA/crlnumber
  4）更新证书吊销列表
  ]# openssl ca -gencrl -out thisca.crl
  查看crl文件：
  ]# openssl crl -in /PATH/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text

通信安全

1 概述

2 加密、解密

2.1 加密算法和协议

2.1.1 对称加密

2.1.2 公钥加密

2.1.3 单向加密

2.1.4 密钥交换

2.2 PKI

2.3 X.509

2.4 SSL/TLS

3 OpenSSL

3.1 组件：

3.2 对称加密

3.3 单向加密

3.4 生成用户密码

3.5 生成随机数

3.6 公钥加密

4 Linux系统上的随机数生成器

5 CA

5.1 构建私有CA

5.3 签署证书

5.4 吊销证书