SSL及其开源实现OpenSSL+创建私有CA

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SSL：Secure sockets Layer 安全套接字层，是工作于传输层和网络之间，利用加密和解密技术，保障应用层各应用程序在网络传输过程中安全传输。主要版本有V1.0, V2.0, V3.0，目前常用版本是V2.0.

SSl会话主要三步：

  客户端向服务器端索要并验正证书；

  双方协商生成“会话密钥”；

  双方采用“会话密钥”进行加密通信；

其中前两步称为会话握手，主要可分为四个阶段：

  第一阶段：ClientHello：客户端向服务器端发送会话，内容如下：

    支持的协议版本，比如tls 1.2；

    客户端生成一个随机数，稍后用于生成“会话密钥”；

    支持的加密算法，比如AES、3DES、RSA；

    支持的压缩算法；

  第二阶段：ServerHello：服务端器向客户端回应会话，内容如下：

    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；

    发送服务器证书；

    索要客户端证书；（一般是不需要此过程的）

  第三阶段：客户端收到服务器证书的操作：

    验正服务器证书，在确认无误后取出其公钥；（验证过程不再详述，可参考上篇博客。）

    发送以下信息给服务器端：

     一个随机数；（用于服务器公钥加密）

     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：服务器端收到客户端发送信息的作操：

    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有到的“会话密钥”；

    向客户端发送如下信息：

     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；

     服务端握手结束通知；

以上便是SSl简单的工作原理，那么SSL只是一种协议，他是如何具体实现这种安全机制的呢？下面我们来说一下SSL的开源实现OpenSSL。

OpenSSL，即开源实现SSL功能的工具，由三部分组成：

  libencrypto加密解密库，仅用于加密解密；

  libssl库，用于安全传输；

  openssl多用途命令行工具；

其中libencrypto和libssl主要由开发者使用，这里我们重点介绍openssl多用途命令行工具。

openssl由众多的子命令，分为三类：

  标准命令；

  消息摘要命令；（由dgst子命令调用）

  加密命令；（由enc子命令调用）

  查看当前openssl版本的命令为：openssl version

  常用的标准命令有：enc（加密）、ca（建立私有CA）、req（申请证书）、genrsa（生成rsa算法密钥对）、rand（生成随机数）、dgst(单向加密)...

下面我们就来使用openssl工具手动加密：

对称加密：

  工具：openssl enc

  支持算法有：3des,aes,blowfish....

  enc命令：

    加密：~]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in file -out file

     -e:表示加密；

     -des3：表示加密算法为3des，也可以使用别的加密算法；

     -a：以base64编码格式显示，默认为二进制格式；

     -salt：表示“加盐”；

     -in：表示要加密的文件；

     -out：表示加密后的文件；

    例如：用3des加密算法给/etc/fstab文件加密，加密密码为mageedu：

   加密后可查看加密后的文件

    解密：~]# openssl enc -d -des3 -a -salt -in file -out file

     -d：表示是解密；

    例如：将上面加密码了的文件解密：

单向加密：

  工具：openssl dgst, md5sum, sha1sum, sha224sum, ...

  dgst命令：

   ~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE

     -md5：表示MD5算法；也可以使用其它算法；

   例如：对fstab文件用MD5算法做单向加密，取其特征码：

    也可以便用md5sum命令对其做单向加密，取其特征码：

    对比发现，特征码是一样的，只是显示方式不一样。

生成用户密码：

  工具：openssl passwd，passwd

   openssl passwd -1(MD5) -salt SALT

     -1：表示MD5算法；目前只支持MD5算法；

     SALT：表示随机数，可以手动自己加，也可以使用命令获取；

    例如：获取mageedu加密后的密码：

    发现随机数一点的变化，会造成密码很大的变化；

生成随机数：

  工具：openssl rand

   ~]# openssl rand [-hex|-base64] NUM

     -hex:表示以十六进制格式显示；

     -base64：表示以base64编码格式显示；

     NUM：表示随机数字节数；

    例如：生成一个10字节的随机数，以十六进制格式显示；

    相同命令发现，随机数随机生成的，每个都不一样。

公钥加密：

  生成私钥： ~]# (umask 077； openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEY_FILE NUM_BITS)

     由于私钥保密性比较重要，所以私钥只允许属主有读写权限，所以用umask 077，生成的私钥权限将自动

  生成为600的权限。

     genrsa子命令：表示生成rsa算法的密钥对；

     -out：表示私钥生成后保存的路径；

    NUM_BITS：表示生成私钥的位数；

    例如：生成一个1024位的私钥，保存为/tmp/mykey

     生成1024位私钥，且权限为600；

  提出公钥： ~]#openssl rsa -in /PATH/FROM/PRIVATE_KEY_FILE -out /PATH/TO/PRIVATE_KEY_FILE -pubout

    rsa：表示为rsa算法；

    -in：表示私钥位置；

    -out：表示提取公钥后存放位置；

    -pubout：表示提取公钥；

    例如：从上面的私钥中提取对应公钥，保存为/tmp/pubkey:

以上介绍了使用openssl工具各种算法手动加密的过程，接下来将介绍如何使用openssl工具来建立私有CA。

CA：有公共CA和私有CA，公共CA有专门机构来负责管理，这里我们只介绍小范围内的私有CA。

  建立私有CA有两种工具：openssl和OpenCA，openssl在小范围内使用，OpenCA一般在企业内使用，此处我们

只介绍小范围内的私有CA的创建，使用openssl工具：

在创建私有CA前我们先CA的配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf内包含CA的一些常用路径：

   CA工作目录：/etc/pki/CA

  颁发证书存放目录：/etc/pki/CA/certs

  吊销证书存放目录：/etc/pki/CA/crl

  新颁发证书存放目录：/etc/pki/CA/newcerts

  颁发证书索引存放文件：/etc/pki/CA/index.txt

  颁发证书序列号存放文件：/etc/pki/CA/serial

  吊销证书序列号存放文件：/etc/pki/CA/crlnumber

  CA自己私钥存放文件：/etc/pki/CA/private/cakey.pem

  CA自签证书存放文件：/etc/pki/CA/cacert.pem

那么构建私有CA就是在确定配置为CA的服务器上生成一个自签证书，并为CA提供所需要的目录及文件即可；

  工具：openssl req

  步骤：

    （1）生成私钥；

      ~]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)

      注意：私钥存放位置必须为/etc/pki/CA/private/且名称必须是cakey.pem这是在配置文件中规定的。

    （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 3655       

       -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；

       -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：证书的有效时长，单位是day；

        自签时会填写相应私有CA的一些信息；

    （3）为CA提供所需的目录及文件；

       ~]# mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts}

        创建certs,crl,newcerts这三个目录文件，已存在的话无需创建；

       ~]# touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}

        创建证书序列号和证书索引文件serial,index.txt；

       ~]# echo 01 > /etc/pki/CA/serial

        第一次创建证书时，需将证书序列号输入到serial文件中；

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httpd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 -days365

      申请时填写的信息要能和CA自签证书中信息要能对应；

    （3）将请求通过可靠方式发送给CA主机；

      ~]#scp httpd.csr root@ipadd:/PATH/FILE

      由于此处实验是在同一网内，可用这种方式，实际可用多种方式，只要确保请求信息能安全到CA主机

      在CA主机中查看确定是否收到：

    （4）在CA主机上签署证书；

      ~]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365

    （5）将签署好的证书发给申请主机：

      ~]#scp /etc/pki/CA/certs/httpd.crt root@ipadd：/PATH

      此处同样使用scp命令，不再多说。

      可在申请证书的主机上查看是否收到签署的证书：

至此，申请签署证书已经完成，可以使用签署的证书。注意：申请完成后，需要在申请主机和CA主机上把申请信息删除，保证安全。此处不再演示。

如果自己私钥丢失，需要向CA申请吊销证书：

  步骤：

    （1）客户端获取要吊销的证书的serial（在使用证书的主机执行）；

      获取吊销证书方法：

        ~]# openssl x509 -in /PATH(证书路径) -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/newcerts/SERIAL.pem

    （3）生成吊销证书的吊销编号（第一次吊销证书时执行）

      # echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber

    （4）更新证书吊销列表：

      # openssl ca -gencrl -out thisca.crl

      也可以查看crl文件：# openssl crl -in /PATH/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text

至此，吊销证书已完成，不过在实验情况下，一般不会用到吊销证书，大家只需了解就行。

那么现在SSl和OpenSSL以及建立私有CA都已经跟大家介绍完成，可能其中有些不合理的地方，希望大家相互学习相互指教，谢谢！

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