加密与安全传输

一、加密算法

1、对称加密

概念：加密和解密使用同一个秘钥

算法：DES、3DES、AES、Blowfish、Twofish、IDEA、RC6、CAST5等

优点：效率高；将数据分割成固定大小的块，逐个进行加密

缺点：每一个通信就需要一个秘钥；秘钥传递不安全；无法确定数据来源

2、非对称加密

公钥与私钥：公钥是公开给所有人的；私钥是只有自己知道；通过私钥可以推算出公钥，但是通过私钥无法退出公钥；使用公钥加密必须使用私钥解密，或者使用私钥加密必须使用公钥解密；公私钥必须成对出现

算法：RSA、DSA、ELGamal

优缺点：可以实现数字签名来验证数据来源；可以安全的交换对称秘钥；可以实现时间加密，但是对应大的数据解密时效率太低，适合加密少量数据

3、单向散列（hash）

特性：

1）雪崩效应：数据不同，摘要一定大不同

2）单向：不可反推数据

3）摘要长度固定大小

算法：md5:128、sha1:160、sha224、sha256、sha384、sha512

功能：用来验证数据的完整性

4、秘钥交换算法（DH）

1）A和B协商生成公开的整数a,大素数p

2）A:生成隐私数据 :x(x<p),计算得出 a^x%p，发送给B；B:生成隐私数据 :y(y<p),计算得出 a^y%p，发送给A

3）A:计算得出 [(a^y%p)^x] %p = a^xy%p，生成为密钥；B:计算得出 [(a^x%p)^y] %p = a^xy%p，生成为密钥

5、在安全通信过程中：

爱丽丝：

1）原数据通过hash算法得出一个摘要；

2）用爱丽丝的私钥加密摘要；

3）将加密的摘要和原数据一块使用对称秘钥加密；

4）再用鲍勃的公钥将对称秘钥加密；

5）密文数据发送————>

鲍勃：

1）<————接受密文数据；

2）使用鲍勃的私钥解密对称秘钥；

3）使用对称秘钥解密原数据和加密后的摘要；

4）使用爱丽丝的公钥解密摘要；

5）计算原数据的hash摘要并和解密后的摘要进行比较，从而确定原始数据的完整性。

二、传输层安全协议TLS

TLS：Transport Layer Security及其前身安全套接层SSL是一种安全协议，目的是为互联网通信，提供安全及数据完整性保障。

特性：可以保证数据传输的机密性、完整性，可实现认证，重放保护（重放：由中间人捕获到加密的数据再次传输到目的服务器，有可能会影响账户的安全）等功能。

TLS协议分俩个阶段：握手阶段(协商阶段)：客户端和服务器端认证对方身份（依赖于PKI体系，利用数字证书进行身份认证），并协商通信中使用的安全参数、密码套件以及主密钥。后续通信使用的所有密钥都是通过MasterSecret生成。应用阶段：在握手阶段完成后进入，在应用阶段通信双方使用握手阶段协商好的密钥进行安全通信。

1. Handshake协议：包括协商安全参数和密码套件、服务器身份认证（客户端身份认证可选）、密钥交换
2. ChangeCipherSpec 协议：一条消息表明握手协议已经完成
3. Alert 协议：对握手协议中一些异常的错误提醒，分为fatal和warning两个级别，
4. atal类型错误会直接中断SSL链接，而warning级别的错误SSL链接仍可继续，只是会给出错误警告
5. Record 协议：包括对消息的分段、压缩、消息认证和完整性保护、加密等
6. HTTPS 协议：就是“HTTP 协议”和“SSL/TLS 协议”的组合。HTTP over SSL”或“HTTP over TLS”，对http协议的文本数据进行加密处理后，成为二进制形式传输

三、CA和证书

数字证书认证机构（Certificate Authority，缩写为CA），也称为电子商务认证中心、电子商务认证授权机构，是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。

PKI：公开密钥基础建设，包括签证机构（CA）、注册机构（RA）、证书吊销列表（CRL）以及证书存取库。

X.509：定义了证书的结构以及认证协议标准，包括版本号、序列号、签名算法、颁发者、有效期限、主体名称、主体公钥、CRL分发点、扩展信息、发行者签名等信息

ca证书颁发机构分根ca和子ca，根ca的证书为自签证书，然后再为子ca颁发证书；用户只要信任了根ca的证书则就是信任了子ca颁发的证书。

相关配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf

####################################################################
[ ca ]
default_ca      = CA_default            #默认CA，在一台服务器可以搭建多个CA
[ CA_default ]　　　　　　　　　　　　　　　 #默认CA的配置
dir             = /etc/pki/CA           #工作目录
certs           = $dir/certs            #存放证书
crl_dir         = $dir/crl              #存放证书吊销列表
database        = $dir/index.txt        #数据库索引文件，需要手动创建
new_certs_dir   = $dir/newcerts         #新证书的路径
certificate     = $dir/cacert.pem       #CA的证书文件
serial          = $dir/serial           #下一个要颁发的证书序列号，16进制
crlnumber       = $dir/crlnumber        #下一个要吊销的证书序列号
crl             = $dir/crl.pem          #证书吊销列表
private_key     = $dir/private/cakey.pem#CA的私钥文件
RANDFILE        = $dir/private/.rand    #生成私钥需要用到的随机数文件

default_days    = 365                   #默认颁发证书的有效期
default_crl_days= 30                    #30天发布一次证书吊销列表
default_md      = sha256                #
preserve        = no                    #
policy          = policy_match　　　　　　#策略匹配，定义客户端和服务端申请证书时的信息匹配策略

[ policy_match ]
countryName             = match　　　　　 #必须匹配
stateOrProvinceName     = match
organizationName        = match
organizationalUnitName  = optional   　　#不要求必须匹配
commonName              = supplied  　　 #必须提供
emailAddress            = optional

示例：搭建一个私有CA

服务端搭建：

1、生成CA的私钥

# (umask 066; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)

2、生成自签证书

# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3650
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]:test
Organizational Unit Name (eg, section) []:it
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:ca.test.com 
Email Address []:

• -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

3、创建必要的文件

# touch /etc/pki/CA/index.txt
# echo 01 >/etc/pki/CA/serial

# openssl x509 -in /etc/pki/CA/cacert.pem -noout -text [-subject | -issuer | -dates]  查看证书信息

客户端生成注册申请请求：

1、生成私钥

# (umask 077; openssl genrsa -out app.key 1024)

2、生成签署请求

# openssl req -new -key app.key -out app.csr
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]:test
Organizational Unit Name (eg, section) []:it
Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:app.test.com
Email Address []:
A challenge password []:
An optional company name []:

3、将签署请求发送给CA

# scp app.csr 192.168.0.7:/etc/pki/CA/

服务器端签署：

1、签署颁发

# openssl ca -in /etc/pki/CA/app.csr -out /etc/pki/CA/certs/app.crt -days 100

2、将签署后的证书发回客户端

# scp /etc/pki/CA/certs/app.crt 192.168.0.6:/root

CA吊销证书的管理

生成吊销列表
[root@centos7 CA]# echo 01 >/etc/pki/CA/crlnumber
[root@centos7 CA]# openssl ca -gencrl -out crl.pem

查看吊销列表
[root@centos7 CA]# openssl crl -in crl.pem -noout -text

查看证书状态
[root@centos7 CA]# cat index.txt
V（正常证书）       180826054533Z           01      unknown /C=CN/ST=BJ/O=test/OU=it/CN=www.test.com
[root@centos7 CA]# openssl ca -status 01
Using configuration from /etc/pki/tls/openssl.cnf
01=Valid (V)（正常证书）

吊销证书
[root@centos7 CA]# openssl ca -revoke newcerts/01.pem 
[root@centos7 CA]# cat index.txt
R  （已被吊销）     180826054533Z   180518060712Z   01      unknown /C=CN/ST=BJ/O=test/OU=it/CN=www.test.com

四、管理工具

md5sum、sha1sum、sha224sum、sha256sum 、sha384sum 、sha512sum：计算散列值

• --check：检查md5值是否正确

gpg：GunPG

• -c file：加密文件
• -o file -d file.gpg：解密文件
• --gen-key：生成非对称秘钥
• --list-keys：查看已有公钥
• -e -r keyname file：使用指定公钥加密文件
• --import filename.pubkey：导入公钥
• -a --export -o filename.pubkey：导出公钥
• --delete-secret-keys keyname：删除私钥
• --delete-keys keyname：删除公钥

# rngd -r /dev/urandom  #提供随机数来生成秘钥

openssl：多用途的工具集

组件：

openssl: 多用途的命令行工具，包openssl

libcrypto: 加密算法库，包openssl-libs

libssl：加密模块应用库，实现了ssl及tls，包nss

子命令：

enc

# openssl enc -e -des3 -a -salt -in testfile -out testfile.cipher  使用-des3加密算法对称加密testfile文件
# openssl enc -d -des3 -a -salt -in testfile.cipher -out testfile  解密

• -e 加密
• -d 解密
• -des3 | -des | -des 加密算法
• -a 表示使用base64编码
• 编码：base64 === a-z A-Z 0-9 / + 64个字符
• -salt 加盐

dgst  -md5 | -hex  单向加密

passwd -1 -salt  生成MD5加密密码

rand -base64 | -hex # 生成随机数

genrsa：

# (umask 066; openssl genrsa -out test.key -des 2048)  生成私钥并且使用des加密

rsa：

# openssl rsa -in test.key -out test2.key  将加密的私钥解密
# openssl rsa -in test2.key -pubout -out test2.key.pub  从私钥中提取对应的公钥

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