OpenSSL
加密是对消息进行编码的一种方法，这样可以保护消息的内容免遭他人窥视。一般有两种类型：
1. 密钥加密或对称加密
2. 公钥加密或非对称加密
密钥加密(secret-key encryption)使用相同的密钥进行加密和解密，而公钥加密(public-key encryption)使用不同的密钥进行加密和解密。每种方法各有利弊。密钥加密速度更快，而公钥加密更安全，因为它解决了安全共享密钥的问题，将它们结合在一起可以最大限度地利用每种类型的优势。

公钥加密

公钥加密使用两组密钥，称为密钥对。一个是公钥，可以与想要秘密通信的任何人自由共享。另一个是私钥，应该是一个秘密，永远不会共享。
公钥用于加密。如果某人想与交流敏感信息，可以将公钥发送给他们，他们可以使用公钥加密消息或文件，然后再将其发送给你。私钥用于解密。解密发件人加密的消息的唯一方法是使用私钥。因此，它们被称为“密钥对”，它们是相互关联的。

如何使用 OpenSSL 加密文件

OpenSSL 是一个了不起的工具，可以执行各种任务，例如加密文件。本文使用安装了 OpenSSL 的 Fedora 计算机。如果机器上没有，则可以使用软件包管理器进行安装：

  1. alice $ cat /etc/fedora-release
  2. Fedora release 33 (Thirty Three)
  3. alice $
  4. alice $ openssl version
  5. OpenSSL 1.1.1i FIPS  8 Dec 2020
  6. alice $

要探索文件加密和解密，假如有两个用户 Alice 和 Bob，他们想通过使用 OpenSSL 交换加密文件来相互通信。

步骤 1：生成密钥对

在加密文件之前，需要生成密钥对。还需要一个密码短语(passphrase)，每当使用 OpenSSL 时都必须使用该密码短语，因此务必记住它。
Alice 使用以下命令生成她的一组密钥对：

  1. alice $ openssl genrsa -aes128 -out alice_private.pem 1024

此命令使用 OpenSSL 的 genrsa 命令生成一个 1024 位的公钥/私钥对。这是可以的，因为 RSA 算法是不对称的。它还使用了 aes128 对称密钥算法来加密 Alice 生成的私钥。
输入命令后，OpenSSL 会提示 Alice 输入密码，每次使用密钥时，她都必须输入该密码：

  1. alice $ openssl genrsa -aes128 -out alice_private.pem 1024
  2. Generating RSA private key, 1024 bit long modulus (2 primes)
  3. ..........+++++
  4. ..................................+++++
  5. e is 65537 (0x010001)
  6. Enter pass phrase for alice_private.pem:
  7. Verifying - Enter pass phrase for alice_private.pem:
  8. alice $
  9. alice $
  10. alice $ ls -l alice_private.pem
  11. -rw-------. 1 alice alice 966 Mar 22 17:44 alice_private.pem
  12. alice $
  13. alice $ file alice_private.pem
  14. alice_private.pem: PEM RSA private key
  15. alice $

Bob 使用相同的步骤来创建他的密钥对：

  1. bob $ openssl genrsa -aes128 -out bob_private.pem 1024
  2. Generating RSA private key, 1024 bit long modulus (2 primes)
  3. ..................+++++
  4. ............................+++++
  5. e is 65537 (0x010001)
  6. Enter pass phrase for bob_private.pem:
  7. Verifying - Enter pass phrase for bob_private.pem:
  8. bob $
  9. bob $ ls -l bob_private.pem
  10. -rw-------. 1 bob bob 986 Mar 22 13:48 bob_private.pem
  11. bob $
  12. bob $ file bob_private.pem
  13. bob_private.pem: PEM RSA private key
  14. bob $

如果对密钥文件感到好奇，可以打开命令生成的 .pem 文件，但是会看到屏幕上的一堆文本：

  1. alice $ head alice_private.pem
  2. -----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
  3. Proc-Type: 4,ENCRYPTED
  4. DEK-Info: AES-128-CBC,E26FAC1F143A30632203F09C259200B9
  5. pdKj8Gm5eeAOF0RHzBx8l1tjmA1HSSvy0RF42bOeb7sEVZtJ6pMnrJ26ouwTQnkL
  6. JJjUVPPHoKZ7j4QpwzbPGrz/hVeMXVT/y33ZEEA+3nrobwisLKz+Q+C9TVJU3m7M
  7. /veiBO9xHMGV01YBNeic7MqXBkhIrNZW6pPRfrbjsBMBGSsL8nwJbb3wvHhzPkeM
  8. e+wtt9S5PWhcnGMj3T+2mtFfW6HWpd8Kdp60z7Nh5mhA9+5aDWREfJhJYzl1zfcv
  9. Bmxjf2wZ3sFJNty+sQVajYfk6UXMyJIuWgAjnqjw6c3vxQi0KE3NUNZYO93GQgEF
  10. pyAnN9uGUTBCDYeTwdw8TEzkyaL08FkzLfFbS2N9BDksA3rpI1cxpxRVFr9+jDBz
  11. alice $

要查看密钥的详细信息，可以使用以下 OpenSSL 命令打开 .pem 文件并显示内容。可能想知道在哪里可以找到另一个配对的密钥，因为这是单个文件。获取公钥的方法如下：

  1. alice $ openssl rsa -in alice_private.pem -noout -text
  2. Enter pass phrase for alice_private.pem:
  3. RSA Private-Key: (1024 bit, 2 primes)
  4. modulus:
  5.     00:bd:e8:61:72:f8:f6:c8:f2:cc:05:fa:07:aa:99:
  6.     47:a6:d8:06:cf:09:bf:d1:66:b7:f9:37:29:5d:dc:
  7.     c7:11:56:59:d7:83:b4:81:f6:cf:e2:5f:16:0d:47:
  8.     81:fe:62:9a:63:c5:20:df:ee:d3:95:73:dc:0a:3f:
  9.     65:d3:36:1d:c1:7d:8b:7d:0f:79:de:80:fc:d2:c0:
  10.     e4:27:fc:e9:66:2d:e2:7e:fc:e6:73:d1:c9:28:6b:
  11.     6a:8a:e8:96:9d:65:a0:8a:46:e0:b8:1f:b0:48:d4:
  12.     db:d4:a3:7f:0d:53:36:9a:7d:2e:e7:d8:f2:16:d3:
  13.     ff:1b:12:af:53:22:c0:41:51
  14. publicExponent: 65537 (0x10001)
  15. << 截断 >>
  16. exponent2:
  17.     6e:aa:8c:6e:37:d0:57:37:13:c0:08:7e:75:43:96:
  18.     33:01:99:25:24:75:9c:0b:45:3c:a2:39:44:69:84:
  19.     a4:64:48:f4:5c:bc:40:40:bf:84:b8:f8:0f:1d:7b:
  20.     96:7e:16:00:eb:49:da:6b:20:65:fc:a9:20:d9:98:
  21.     76:ca:59:e1
  22. coefficient:
  23.     68:9e:2e:fa:a3:a4:72:1d:2b:60:61:11:b1:8b:30:
  24.     6e:7e:2d:f9:79:79:f2:27:ab:a0:a0:b6:45:08:df:
  25.     12:f7:a4:3b:d9:df:c5:6e:c7:e8:81:29:07:cd:7e:
  26.     47:99:5d:33:8c:b7:fb:3b:a9:bb:52:c0:47:7a:1c:
  27.     e3:64:90:26
  28. alice $

步骤 2：提取公钥

注意，公钥是可以与他人自由共享的密钥，必须将私钥保密。因此，Alice 必须提取她的公钥，并将其保存到文件中：

  1. alice $ openssl rsa -in alice_private.pem -pubout > alice_public.pem
  2. Enter pass phrase for alice_private.pem:
  3. writing RSA key
  4. alice $
  5. alice $ ls -l *.pem
  6. -rw-------. 1 alice alice 966 Mar 22 17:44 alice_private.pem
  7. -rw-rw-r--. 1 alice alice 272 Mar 22 17:47 alice_public.pem
  8. alice $

可以使用与之前相同的方式查看公钥详细信息，但是这次，输入公钥 .pem 文件：

  1. alice $
  2. alice $ openssl rsa -in alice_public.pem -pubin -text -noout
  3. RSA Public-Key: (1024 bit)
  4. Modulus:
  5.     00:bd:e8:61:72:f8:f6:c8:f2:cc:05:fa:07:aa:99:
  6.     47:a6:d8:06:cf:09:bf:d1:66:b7:f9:37:29:5d:dc:
  7.     c7:11:56:59:d7:83:b4:81:f6:cf:e2:5f:16:0d:47:
  8.     81:fe:62:9a:63:c5:20:df:ee:d3:95:73:dc:0a:3f:
  9. $

Bob 可以按照相同的过程来提取他的公钥并将其保存到文件中：

  1. bob $ openssl rsa -in bob_private.pem -pubout > bob_public.pem
  2. Enter pass phrase for bob_private.pem:
  3. writing RSA key
  4. bob $
  5. bob $ ls -l *.pem
  6. -rw-------. 1 bob bob 986 Mar 22 13:48 bob_private.pem
  7. -rw-r--r--. 1 bob bob 272 Mar 22 13:51 bob_public.pem
  8. bob $

步骤 3：交换公钥

这些公钥在 Alice 和 Bob 彼此交换之前没有太大用处。有几种共享公钥的方法，例如使用 scp 命令将密钥复制到彼此的工作站。
将 Alice 的公钥发送到 Bob 的工作站：

  1. alice $ scp alice_public.pem bob@bob-machine-or-ip:/path/

将 Bob 的公钥发送到 Alice 的工作站：

  1. bob $ scp bob_public.pem alice@alice-machine-or-ip:/path/

现在，Alice 有了 Bob 的公钥，反之亦然：

  1. alice $ ls -l bob_public.pem
  2. -rw-r--r--. 1 alice alice 272 Mar 22 17:51 bob_public.pem
  3. alice $
  1. bob $ ls -l alice_public.pem
  2. -rw-r--r--. 1 bob bob 272 Mar 22 13:54 alice_public.pem
  3. bob $

步骤 4：使用公钥交换加密的消息

假设 Alice 需要与 Bob 秘密交流。她将秘密信息写入文件中，并将其保存到 top_secret.txt 中。由于这是一个普通文件，因此任何人都可以打开它并查看其内容，这里并没有太多保护：

  1. alice $
  2. alice $ echo "vim or emacs ?" > top_secret.txt
  3. alice $
  4. alice $ cat top_secret.txt
  5. vim or emacs ?
  6. alice $

要加密此秘密消息，Alice 需要使用 openssls -encrypt 命令。她需要为该工具提供三个输入：
1. 秘密消息文件的名称
2. Bob 的公钥（文件）
3. 加密后新文件的名称

  1. alice $ openssl rsautl -encrypt -inkey bob_public.pem -pubin -in top_secret.txt -out top_secret.enc
  2. alice $
  3. alice $ ls -l top_secret.*
  4. -rw-rw-r--. 1 alice alice 128 Mar 22 17:54 top_secret.enc
  5. -rw-rw-r--. 1 alice alice  15 Mar 22 17:53 top_secret.txt
  6. alice $
  7. alice $

加密后，原始文件仍然是可见的，而新创建的加密文件在屏幕上看起来像乱码。这样，可以确定秘密消息已被加密：

  1. alice $ cat top_secret.txt
  2. vim or emacs ?
  3. alice $
  4. alice $ cat top_secret.enc
  5. �s��uM)M&>��N��}dmCy92#1X�q󺕦��v���M��@��E�~��1�k~&PU�VhHL�@^P��(��zi�M�4p�e��g+R�1�Ԁ���s�������q_8�lr����C�I-��alice $
  6. alice $
  7. alice $
  8. alice $ hexdump -C ./top_secret.enc
  9. 00000000  9e 73 12 8f e3 75 4d 29  4d 26 3e bf 80 4e a0 c5  |.s...uM)M&>..N..|
  10. 00000010  7d 64 6d 43 79 39 32 23  31 58 ce 71 f3 ba 95 a6  |}dmCy92#1X.q....|
  11. 00000020  c0 c0 76 17 fb f7 bf 4d  ce fc 40 e6 f4 45 7f db  |..v....M..@..E..|
  12. 00000030  7e ae c0 31 f8 6b 10 06  7e 26 50 55 b5 05 56 68  |~..1.k..~&PU..Vh|
  13. 00000040  48 4c eb 40 5e 50 fe 19  ea 28 a8 b8 7a 13 69 d7  |HL.@^P...(..z.i.|
  14. 00000050  4d b0 34 70 d8 65 d5 07  95 67 2b 52 ea 31 aa d4  |M.4p.e...g+R.1..|
  15. 00000060  80 b3 a8 ec a1 73 ed a7  f9 17 c3 13 d4 fa c1 71  |.....s.........q|
  16. 00000070  5f 38 b9 6c 07 72 81 a6  fe af 43 a6 49 2d c4 ee  |_8.l.r....C.I-..|
  17. 00000080
  18. alice $
  19. alice $ file top_secret.enc
  20. top_secret.enc: data
  21. alice $

删除秘密消息的原始文件是安全的，这样确保任何痕迹都没有：

  1. alice $ rm -f top_secret.txt

现在，Alice 需要再次使用 scp 命令将此加密文件通过网络发送给 Bob 的工作站。注意，即使文件被截获，其内容也会是加密的，因此内容不会被泄露：

  1. alice $  scp top_secret.enc bob@bob-machine-or-ip:/path/

如果 Bob 使用常规方法尝试打开并查看加密的消息，他将无法看懂该消息：

  1. bob $ ls -l top_secret.enc
  2. -rw-r--r--. 1 bob bob 128 Mar 22 13:59 top_secret.enc
  3. bob $
  4. bob $ cat top_secret.enc
  5. �s��uM)M&>��N��}dmCy92#1X�q󺕦��v���M��@��E�~��1�k~&PU�VhHL�@^P��(��zi�M�4p�e��g+R�1�Ԁ���s�������q_8�lr����C�I-��bob $
  6. bob $
  7. bob $ hexdump -C top_secret.enc
  8. 00000000  9e 73 12 8f e3 75 4d 29  4d 26 3e bf 80 4e a0 c5  |.s...uM)M&>..N..|
  9. 00000010  7d 64 6d 43 79 39 32 23  31 58 ce 71 f3 ba 95 a6  |}dmCy92#1X.q....|
  10. 00000020  c0 c0 76 17 fb f7 bf 4d  ce fc 40 e6 f4 45 7f db  |..v....M..@..E..|
  11. 00000030  7e ae c0 31 f8 6b 10 06  7e 26 50 55 b5 05 56 68  |~..1.k..~&PU..Vh|
  12. 00000040  48 4c eb 40 5e 50 fe 19  ea 28 a8 b8 7a 13 69 d7  |HL.@^P...(..z.i.|
  13. 00000050  4d b0 34 70 d8 65 d5 07  95 67 2b 52 ea 31 aa d4  |M.4p.e...g+R.1..|
  14. 00000060  80 b3 a8 ec a1 73 ed a7  f9 17 c3 13 d4 fa c1 71  |.....s.........q|
  15. 00000070  5f 38 b9 6c 07 72 81 a6  fe af 43 a6 49 2d c4 ee  |_8.l.r....C.I-..|
  16. 00000080
  17. bob $

步骤 5：使用私钥解密文件

Bob 需要使用 OpenSSL 来解密消息，但是这次使用的是 -decrypt 命令行参数。他需要向工具程序提供以下信息：
1. 加密的文件（从 Alice 那里得到）
2. Bob 的私钥（用于解密，因为文件是用 Bob 的公钥加密的）
3. 通过重定向保存解密输出的文件名

  1. bob $ openssl rsautl -decrypt -inkey bob_private.pem -in top_secret.enc > top_secret.txt
  2. Enter pass phrase for bob_private.pem:
  3. bob $

现在，Bob 可以阅读 Alice 发送给他的秘密消息：

  1. bob $ ls -l top_secret.txt
  2. -rw-r--r--. 1 bob bob 15 Mar 22 14:02 top_secret.txt
  3. bob $
  4. bob $ cat top_secret.txt
  5. vim or emacs ?
  6. bob $

Bob 需要回复 Alice，因此他将秘密回复写在一个文件中：

  1. bob $ echo "nano for life" > reply_secret.txt
  2. bob $
  3. bob $ cat reply_secret.txt
  4. nano for life
  5. bob $

步骤 6：使用其他密钥重复该过程

为了发送消息，Bob 采用和 Alice 相同的步骤，但是由于该消息是发送给 Alice 的，因此他需要使用 Alice 的公钥来加密文件：

  1. bob $ openssl rsautl -encrypt -inkey alice_public.pem -pubin -in reply_secret.txt -out reply_secret.enc
  2. bob $
  3. bob $ ls -l reply_secret.enc
  4. -rw-r--r--. 1 bob bob 128 Mar 22 14:03 reply_secret.enc
  5. bob $
  6. bob $ cat reply_secret.enc
  7. �F݇��.4"f�1��\��{o԰$�M��I{5�|�\�l͂�e��Y�V��{�|!$c^a
  8.                                                  �*Ԫ\vQ�Ϡ9����'��ٮsP��'��Z�1W�n��k���J�0�I;P8������&:bob $
  9. bob $
  10. bob $ hexdump -C ./reply_secret.enc
  11. 00000000  92 46 dd 87 04 bc a7 2e  34 22 01 66 1a 13 31 db  |.F......4".f..1.|
  12. 00000010  c4 5c b4 8e 7b 6f d4 b0  24 d2 4d 92 9b 49 7b 35  |.\..{o..$.M..I{5|
  13. 00000020  da 7c ee 5c bb 6c cd 82  f1 1b 92 65 f1 8d f2 59  |.|.\.l.....e...Y|
  14. 00000030  82 56 81 80 7b 89 07 7c  21 24 63 5e 61 0c ae 2a  |.V..{..|!$c^a..*|
  15. 00000040  d4 aa 5c 76 51 8d cf a0  39 04 c1 d7 dc f0 ad 99  |..\vQ...9.......|
  16. 00000050  27 ed 8e de d9 ae 02 73  50 e0 dd 27 13 ae 8e 5a  |'......sP..'...Z|
  17. 00000060  12 e4 9a 31 57 b3 03 6e  dd e1 16 7f 6b c0 b3 8b  |...1W..n....k...|
  18. 00000070  4a cf 30 b8 49 3b 50 38  e0 9f 84 f6 83 da 26 3a  |J.0.I;P8......&:|
  19. 00000080
  20. bob $
  21. bob $ # remove clear text secret message file
  22. bob $ rm -f reply_secret.txt

Bob 通过 scp 将加密的文件发送至 Alice 的工作站：

  1. $ scp reply_secret.enc alice@alice-machine-or-ip:/path/

如果 Alice 尝试使用常规工具去阅读加密的文本，她将无法理解加密的文本：

  1. alice $
  2. alice $ ls -l reply_secret.enc
  3. -rw-r--r--. 1 alice alice 128 Mar 22 18:01 reply_secret.enc
  4. alice $
  5. alice $ cat reply_secret.enc
  6. �F݇��.4"f�1��\��{o԰$�M��I{5�|�\�l͂�e��Y�V��{�|!$c^a
  7.                                                  �*Ԫ\vQ�Ϡ9����'��ٮsP��'��Z�1W�n��k���J�0�I;P8������&:alice $
  8. alice $
  9. alice $
  10. alice $ hexdump -C ./reply_secret.enc
  11. 00000000  92 46 dd 87 04 bc a7 2e  34 22 01 66 1a 13 31 db  |.F......4".f..1.|
  12. 00000010  c4 5c b4 8e 7b 6f d4 b0  24 d2 4d 92 9b 49 7b 35  |.\..{o..$.M..I{5|
  13. 00000020  da 7c ee 5c bb 6c cd 82  f1 1b 92 65 f1 8d f2 59  |.|.\.l.....e...Y|
  14. 00000030  82 56 81 80 7b 89 07 7c  21 24 63 5e 61 0c ae 2a  |.V..{..|!$c^a..*|
  15. 00000040  d4 aa 5c 76 51 8d cf a0  39 04 c1 d7 dc f0 ad 99  |..\vQ...9.......|
  16. 00000050  27 ed 8e de d9 ae 02 73  50 e0 dd 27 13 ae 8e 5a  |'......sP..'...Z|
  17. 00000060  12 e4 9a 31 57 b3 03 6e  dd e1 16 7f 6b c0 b3 8b  |...1W..n....k...|
  18. 00000070  4a cf 30 b8 49 3b 50 38  e0 9f 84 f6 83 da 26 3a  |J.0.I;P8......&:|
  19. 00000080
  20. alice $

所以，她使用 OpenSSL 解密消息，只不过这次她提供了自己的私钥并将输出保存到文件中：

  1. alice $ openssl rsautl -decrypt -inkey alice_private.pem -in reply_secret.enc > reply_secret.txt
  2. Enter pass phrase for alice_private.pem:
  3. alice $
  4. alice $ ls -l reply_secret.txt
  5. -rw-rw-r--. 1 alice alice 14 Mar 22 18:02 reply_secret.txt
  6. alice $
  7. alice $ cat reply_secret.txt
  8. nano for life
  9. alice $