安全和加密——openssl及自建CA

一、对称加密算法

对称加密：加密和解密使用共用一个秘钥

特点

• 加密、解密使用同一个秘钥，效率高；
• 将原始数据分割成固定大小的块，逐个进行加密

缺点

• 密钥过多，密钥需要分发
• 数据来源无法确认

1. 使用gpg实现对称加密

对称加密文件
gpg -c file
生成 file.gpg
在另一台主机上解密
gpg-o file -d file.gpg

2. 使用gpg工具实现公钥加密

在B主机上用公钥加密，在A主机上解密

• 在A主机上生成公钥密钥对
  gpg --gen-key // 生成公钥密钥对 需要 鼠标键盘输入产生熵值，xshell连接只能用键盘输入多个任意按键，直到密钥对产生
  随机数生成是从键盘和鼠标中获取
• /dev/random：仅从熵池返回随机数；随机数用尽，会阻塞

• /dev/urandom：从熵池返回随机数；随机数用尽，会利用软件产出伪随机数，非阻塞
  

• 在A主机上查看公钥
  gpg --list-keys
• 在A主机上导出公钥到 A.pubkey
  gpg -a --export -o A.pubkey
• 从A主机上复制公钥文件到B主机上
  scp A.pubkey IP-B：
• 在需要加密数据的B主机上生成公钥密钥对
  pgp --list-keys // 查看是否已有公钥密钥对 gpg --gen-key
• 在B主机上导入公钥
  gpg --import A.pubkey gpg --list-keys
• 用从A主机导入的公钥，加密B主机的文件file，生成file.gpg
  pgp -e -r test1 file // -r 是创建公钥密钥对时指定输入的 用户标识，使用指定的公钥 file file.gpg
• 复制加密文件到A主机
  scp file.gpg IP-A:
• 在A主机解密文件
  gpg -d file.gpg // gpg -o file -d file.gpg
• 删除公钥密钥对
  gpg --delete-keys keyName gpg --delete-secret-keys keyName

二、非对称加密算法

公钥加密：密钥是成对出现

• 公钥：公开给所有人；public key
• 私钥：自己留存，必须保证其私密性；secret key

特点：用公钥加密数据，只能使用与之配对的私钥解密；反之亦然

功能

• 数字签名：主要在于让接收方确认发送方身份
• 对称密钥交换：发送方用对方的公钥加密一个对称密钥后发送给对方
• 数据加密：适合加密较小的数据

缺点

• 密钥长，加密、解密效率低下

1. 非对称加密实现

接收者

生成公钥密钥对 P 与 S
公开加密公钥P，保密解密密钥S

发送者

使用接收者的公钥 加密消息 M
将P(M)发送给接收者

接收者使用密钥S 解密  P(M)

2. 实现数字签名

发送者

生成公钥、密钥对 P 与 S
公开公钥P，保密密钥S
使用密钥S来加密消息 M
发送 S(M)给接收者

接受者

使用发送者的公钥来解密S(M)

三、openssl的用法

OpenSSL 开源项目，有三个组件：

1.openssl：多用途的命令行工具，安装包 openssl
2.libcrypto：加密算法库，安装包 openssl-libs
3.libssl：加密模块应用库，实现了SSL及TLS，安装包 nss
openssl可以实现密钥证书管理，对称加密和非对称加密

1. 对称加密

对称加密需要使用标准命令enc；gpg也可以实现

openssl enc
    -in <file> ：指定要加密的文件存放的路径
    -out <file> ：指定加密后的文件存放的路径
    -salt ：自动观察入一个随机数作为文件内容加密，加密盐
    -e：加密，可以指定加密算法，不指定即使用默认加密算法
    -d：解密，可以指定解密算法，不指定即使用默认算法，但是要与加密用的算法一致
    -a / -base64： 使用base64位编码格式
    -k             passphrase is the next argument \指定密码口令
    -kfile         passphrase is the first line of the file argument \密码口令是指定文件中的第一行
    -md          the next argument is the md to use to create a key from a passphrase. See openssl dgst -h for list.
    -S             salt in hex is the next argument
    -K/-iv        key/iv in hex is the next argument
    -[pP]         print the iv/key (then exit if -P)
    -bufsize <n>   buffer size
    -nopad         disable standard block padding
    -engine e      use engine e, possibly a hardware device.

具体解释内容可以查看帮助 man enc
加密
openssl enc -e -des3 -a -salt -in testfile -out testfile.cipher
解密
openssl enc -d -des3 -a -salt -in testfile.cipher -out testfile

2. 单向加密

单向加密需要使用标准命令 dgst；还有其他工具md5sum，sha1sum，sha224sum，sha256sum...

       openssl dgst [-md5|-md4|-md2|-sha1|-sha|-mdc2|-ripemd160|-dss1] [-c] [-d] [-hex] [-binary]  [-out filename] [-sign filename] [-keyform arg] [-passin arg] [-verify filename] [-prverify  filename] [-signature filename] [-hmac key] [file...]

        常用选项：[-md5|-md4|-md2|-sha1|-sha|-mdc2|-ripemd160|-dss1] ;指定一种加密算法
        示例：
                    openssl dgst -md5 testfile
                    md5sum  /Path/FIleName

详细解释查看帮助 man dgst

3. 生成密码

生成密码需要用passwd命令；

用法
    openssl passwd [-crypt] [-1] [-apr1] [-salt string] [-in file] [-stdin] [-noverify] [-quiet] [-table] {password}
    -1：数字1，表示使用MD5 加密算法
    -salt string：加密的盐，最多8位
    -stdion：对标准输入的内容进行加密
    openssl passwd -1  -salt SALT（最多8位）

帮助查看：man sslpasswd

4. 生成随机数

需要用到命令 rand

    openssl rand  -base64|-hex NUM
    NUM：表示出现字节数；
    -hex：为16位编码方式，每个字符为16进制，相当于4位二进制，出现字符数为 NUM*2
    -base64 ：为64位编码方式

man帮助查看： man sslrand

5. 公钥加密

使用命令rsautl；

     openssl rsautl [-in file] [-out file] [-inkey file] [-pubin] [-certin] [-sign] [-verify] [-encrypt] [-decrypt] [-pkcs] [-ssl] [-raw] [-hexdump] [-asn1parse]

具体解释查看帮助：man rsautl

6. 生成密钥对

使用命令genrsa

    openssl genrsa [-out filename] [-passout arg] [-aes128] [-aes192] [-aes256]  [-camellia128] [-camellia192] [-camellia256] [-des] [-des3] [-idea] [-f4] [-3]  [-rand file(s)] [-engine id] [numbits]
numbits ：指定生成私钥的大小，默认2048，如下2048
openssl genrsa -out test.key -des 2048 //密钥文件的权限需要控制，只给用户自己读写，umask值设置为 077

解密使用命令rsa
    openssl rsa [-inform PEM|NET|DER] [-outform PEM|NET|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg] [-sgckey] [-aes128] [-aes192] [-aes256]  [-camellia128] [-camellia192] [-camellia256] [-des] [-des3] [-idea] [-text]
        [-noout] [-modulus] [-check] [-pubin] [-pubout] [-RSAPublicKey_in]  [-RSAPublicKey_out] [-engine id]

openssl rsa -in  test.key -out test2.key  //将加密的key解密

详细解释查看：man genrsa 、man rsa

四、创建私有CA

证书申请及签署步骤

• 生成申请请求
• RA核验
• CA签署
• 获取证书

使用openssl工具创建CA证书和申请证书时，需要检查openssl的配置文件 /etc/pki/tls/openssl.conf

    dir     = /etc/pki/CA      CA所有数据都放在这个目录下的
    certs       = $dir/certs        存放颁发出去的证书文件的目录
    crl_dir     = $dir/crl       证书吊销列表
    database    = $dir/index.txt      数据库，颁发了哪些证书等。。。信息，自己创建，自动更新
    unique_subject = no    填写的信息的唯一性，no不要求，两次填写一样也颁发证书        
    # Set to 'no' to allow creation of      
    # several ctificates with same subject.
    new_certs_dir   = $dir/newcerts     新证书存放的目录

    certificate = $dir/cacert.pem   # The CA certificate
    serial      = $dir/serial      下一个证书的编号，自己创建文件，自动更新
    crlnumber   = $dir/crlnumber  证书吊销列表编号

    crl     = $dir/crl.pem      证书吊销列表文件
    private_key = $dir/private/cakey.pem  CA的私钥文件
    RANDFILE    = $dir/private/.rand    随机数字文件
 一些默认的有效期 算法
     policy  =       策略匹配
    match  必须匹配       optional 不是必须的
三种策略： 匹配  支持  可选
    匹配，指要求申请填写的信息跟CA设置信息必须一致；
    支持，指必须填写这项申请信息；
    可选，指可有可无

① 根据配置文件创建所需要的文件

    touch    /etc/pki/CA/index.txt  生成证书索引数据库文件
    echo  01 > /etc/pki/CA/serial  //指定第一个颁发证书的序列号

② CA自签证书

1 . 生成密钥

     cd /etc/pki/CA
    (umask 066;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 2048)

2 . 生成自签名证书

openssl req -new -x509 -key    /etc/pki/CA/private/cakey.pem -days 7300 -out /etc/pki/CA/cacert.pem
        -new：生成新证书签署请求
        -509：专用于CA生成自签证书
        -key：生成请求时用到的私钥文件
        -days  NUM：证书的有效期限
        -out  /Path/FileName ：证书保存路径

③ 颁发证书

1 . 在需要使用证书的主机生成证书请求

• 给web服务器生成私钥

    (umask 066;openssl genrsa -out /etc/pki/tls/private/test.key 2048)

• 生成证书申请文件

    openssl req  -new -key  /etc/pki/tls/private/test.key  -days 365 -out  /etc/pki/tls/test.csr

2 . 将证书请求传输给CA

3 . CA签署证书，并将证书办法给请求者

    openssl ca -in /tmp/test.csr -out /etc/pki/CA/certs/test.crt -days 365
    //注意：默认国家、省、公司名称三项必须和CA一致

4 . 查看证书中的信息

    openssl x509 -in /Path/Cert_FileName  -noout -text|issuer|subject|serial|dates
    openssl ca -status SERIAL  查看指定编号的证书状态

④ 吊销证书

1 . 在客户端获取要吊销的证书的serial

    openssl x509 -in /Path/Cert_FileName -noout  -serial  -subject

2 . 在CA上，根据客户提交的serial与subject信息，对比检验是否与index.txt 文件中的信息一致，吊销证书：

    openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem

3 . 指定第一个吊销证书的编号

    echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber

注意：第一次更新证书吊销列表前，才需要执行

4 . 更新证书吊销列表

    openssl ca -gencrl -out /etc/pki/CA/crl.pem
    
//查看crl文件
    openssl crl -in /etc/pki/CA/crl.pem  -noout -text