标签：gpg ca openssl libssl 加密和解密 对称加密
加密算法和协议： 一、加密和解密简介 二、OpenSSL和GPG 三、对称加密的密钥分发 四、非对称加密 五、SSL/TLS的实现 六、OpenSSL应用 七、构建私有CA 八、证书签署案例
一、加密和解密简介
对称加密：数据加密传输(保密性),DES,3DES,AES,
公钥加密:身份验证，密钥交换，数字签名(特征码加密) ,(不常用，比对称加密慢3个数量级)
:RSA,DSA
单向加密：保证数据的完整性,依赖于数字签名
:sha[1,224,256},MD5
密钥交换：DH,RSA,ECDH(椭圆曲线DH)，ECDHE(临时椭圆曲线DH)
数字签名：用自己的信息，加密要发送的数据的特征码
//一般数字签名，签的是要加密的数据的特征码
目的：验证发送者的身份
http需要依赖于SSL/TLS--->HTPPS
TCP/IP层：
应用层 ||资源子网
===========================================SSL:半层在应用层和传输层之间
传输层 ||通信子网
网络层
主机到网络层:{数据链路层+物理层}
===========================================
资源子网+通信子网
内核空间+用户空间
//早期的数据传输是不加密的，因此出现了SSL,提供调用实现加密，不加密也可以实现通信
//SSL能完成秘钥分发和加解密功能，SSL是一种规范和协议
//程序员开发的时候：调用该库
//该库功能：网络方面{秘钥分发},加解密
OSI七层：
通信子网的功能：由内核实现
资源子网：在用户空间是如何实现：
诸多协议，程序，服务端，客户端
应用程序：自己负责报文封装，应用层首部添加等
：应用程序的具体实现靠的是应用程序自身，应用程序的进程负责封装应用层的报文
:然后：到/传输层/网络层/主机到网络层//层层封装---->解封装-->交给应用层注册使用该端口的进程
HTTP调用SSL成为了HTTPS
http-->https(支付的时候用)-->全栈https
全栈https //避免恶意插入广告和恶意信息窃取
传输层协议：TCP,UDP,SCTP//流控传输协议，
port:进程地址,进程向内核注册使用某端口，(独占)
socket=ip:port是标识进程地址的
主机间的通信：其实就是主机上的进程间的通信
进程间通信的方式：
同一主机上的通信：基于IPC机制,message queue,shm,semerphor[旗语],..
同一主机上也可以使用socket进行通信
不同主机上的通信：socket=ip:port，C:ip+port和S:ip+port//成对出现进行通信
cip:port《----》sip:port
完成通信：
server端需要打开一个端口，监听该端口(ip:port)
1-1024：固定端口
1025-3999：半随机
4000-6500：随机
具体查看：#cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range，
通信安全的目标：
保密性:confidentiality
完整性:integrity
数据完整性
系统完整性
可用性:availability
攻击类型：
威胁保密性攻击：窃听，通信量分析
威胁完整性的攻击：更改、伪装、重放[备份多次发送]、否认
威胁到可用性攻击：拒绝服务DOS(deny of service),DDOS
解决方案：
技术(加密和解密)
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设计的安全服务)
加密和解密
传统加密方法:替代加密算法(替换某字母或者后退几个)、置换加密算法()
现代加密方法:块加密方法(切割成块，然后单独加密，各块之间进行异或运算等):数据窃取者必须拿到完整的数据和才可以
服务：
认证机制：
访问控制机制：
密钥算法和协议
对称加密
非对称加密( 公钥加密)
单向加密
认证协议
二、OpenSSL和GPG
Linux系统加密：OpenSSL(SSL),GPG(pgp)
OpenSSL:三部分组成
1.加密解密库 libencrypt,
2.libssl库 //安全通信，加密模块应用库，实现了tls和ssl
3.openssl 命令行工具，实现加密解密，以及实现ssl安全通信
//90%都是调用openssl来实现安全
OpenSSL出现了一个大的漏洞 //一个开源组织维护，只靠捐献进行生存-致敬
https://www.cnblogs.com/milantgh/p/3665901.html //openssl漏洞简介
加密算法和协议
对称加密：加密和解密使用同一个密钥，//但是加密和解密算法可能不同
DES:data encryption standard//数据加密标准
64bit明文加密为64bit密文，解密:64bit密文解密为64bit明文
8Byte为一个块 //已经被破解
3DES:Triple DES //3个数量级，一个数量级10倍
AES:Advanced Encryption Standard
支持变长密钥：128.192,256,384bit密钥
Blowflsh Twoflsh IDEA RC6 CAST5
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 //s被多个用户同时访问，需要同时保持n个密钥，但是又不能相同
2.密钥分发困难 //如何拿到密码，密钥交换基于算法实现
非对称加密：//稍后介绍
gpg用法：//这里不做介绍，请自行理解
三、对称加密的密钥分发
1.分发的方式
1、A选择一个密钥后以物理的方式传递给B
2、第三方选择密钥后物理地传给A和B
3、如果A和B先前或最近使用过一个密钥，则一方可以将 新密钥用旧密钥加密后发送给另一方
4、如果A和B到第三方C有加密连接，则C可以在加密连接上发送密钥给A、B
分析：
1和2需要人工交付
3,一旦攻击者获得一个密钥，则后续所有的密钥都不再安全，可以进行重放攻击
4.需要密钥分发中心，广泛使用
2.分发方案
原理：密钥分发中心KDC和每个终端用户都共享一对唯一的主密钥(用物理的方式传递，如U盾)。
终端用户每次回话，都要向KDC申请唯一的会话密钥，会话密钥通过与KDC共享的主密钥的主密钥来完成传递
1、A以明文形式向KDC发送会话密钥请求包。包括通话双方A、B的身份以及该次传输的唯一标识N1，称为临时交互号(nonce)。
临时交互号可以选择时间戳、随机数或者计数器等。KDC可根据临时交互号设计防重放机制。
2、KDC返回的信息包括两部分。
第一部分是A想获取的信息，用A的主密钥KA加密，包括通话密钥Ks和KDC收到的请求包内容用以验证消息到达KDC前是否被修改或者重放过。
第二部分是B想获取的信息，用B的主密钥KB加密，包括通话密钥Ks和A的身份。A收到后这部分消息便原样发给B。
3、为保证A发给B的会话密钥信息未被重放攻击，A、B使用会话密钥进行最后的验证。
B使用新的会话密钥Ks加密临时交互号N2并发给A。A对N2进行一个函数变换后，用会话密钥发给B验证。
对于大型网络，可以建立KDC的层次体系来使得主密钥分发的开销最小化。
四、非对称加密
1.公钥加密：密钥分为公钥和私钥
公钥：从私钥中提取，公开给所有人:pubkey
私钥：通过工具创建，使用者自己留存，必须保存期私密性:private key
特点：用公钥加密的数据，只能使用与之配对儿的私钥解密；反之亦然
用途：数字签名:主要用于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:
数据发送的过程中[]：用对方的公钥加密，传输
身份认证的过程中[数字签名]：用自己的私钥加密，然后发给对方，对方用我们的公钥能够解密，完成身份认证
算法：RSA,DSA,ELGamal
DSS(DSA):digital signatur Standard/Algorthm
DSA:仅能备用来签名，不能加解密
RSA:既能签名，又能加解密
2.单项加密：
只能加密，不能解密 //提取数据指纹[特征码]信息
特征码：定长输出，雪崩效应；
功能：完整性，没有被修改过
算法：
md5:message digest version5 :128bit
sha1:secure hash algorithm 1 :160bits
sha224,sha256,sha384,sha512
密钥IKE:internet key exchange //密钥交换
公钥加密:
DH(deffle-hellman):
DH算法：密码本身不必在网络上传送，就能够协商生成
A:p,g
B:p,g //双方协商生成p,g等数组，明文交换，别人能够看到
A:x //这个数据是私自生成的，B不知道，其他人也不知道
1.-->p^x%g===>B
2.(p^y%g)^x==p^xy%g
B:y
1.-->p^y%g===>A
2.(p^x%g)^y===p^xy%g //和A2的结果是一样的，这个就是密钥
公钥加密有风险，因为密钥是在网络上传送的，所以更倾向于DH
3.公钥加密过程：
1.加密特征码：//保证数据完整性和身份验证
利用单项加密算法：提取特征码，定长输出 //然后使用自己的私钥，加密特征码
注意：不能保证数据的保密性，因为其他人也可以进行解密特征码
bob用同样的算法，解密特征码，一致则完整以及身份得到验证
注意：加密特征码的过程，就称为生成数字签名的过程
2.A生成一个一次性的对称密钥，加密整个数据，
B用A的pkey加密对称密钥，附加到数据后，发送给A
3.A先用自己的私钥解密数据，得到对称密钥，进行解密//密钥交换
用B的公钥解密签名，能解密则身份得到验证，
然后用单项加密算法，得到对称码，对比验证数据保密性
4.B想和A进行通信
B用单项加密算法得到特征码，用自己的私钥加密特征码
[特征码{B的私钥加密}#数据{对称密钥加密}#对称密钥{对方的公钥}]最后用A的公钥加密，一起发送给A
设计算法:对称加密[数据传输快速]，单项加密[完整性]，单向加密[身份验证]
身份认证：B用自己的私钥加密特征码，A用B的pkey能够解密，则认证成功
数字签名：B用自己的私钥加密特征码的过程，就叫做数字签名
数字签名就是为了完整身份认证
签名：在特征码上用私钥加密就叫签名
密钥交换：用对方的公钥加密自己生成的对称密钥，只有对方能够解密
//对称加密的效率高，速度快，公钥加密虽然安全，但是加密速度慢，效率不高
//之后使用对称密钥，加解密就可以了
1.计算特征码，B用私钥加密特征码，并将结果附加到数据后面，B生成对称密钥，加密整个数据
获取A公钥，使用对方的公钥加密对称密钥，附加到数据包后面，发送给A
[数据|s特征码] ==>对称密钥加密==>{[数据|s特征码|}{ps对称密钥]
2.A先用自己的私钥解密对称密钥：ps对称密钥
解密 [数据|特征码]
用对方的公钥解密 [s特征码]
用同样的算法计算特征码 [数据] //完整性
注意：对称加密的对象{数据|s特征码}，对称密钥是单独加密放到后面的
5.B和A通信的中间人攻击：
之前的bug:不能预防中间人攻击 //A---{b}-----c
中间人复制一份，然后实现A和c的通信
b把自己的公钥发送给A告诉A，自己就是c
B再把自己的公钥发送给c，告诉c自己就是A
方案：CA：可靠的公钥获取机构 //Certificate Authority,认证授权
证书：可以理解为公钥
B得到A的公钥后
1.验证证书的内容是否合法
2.是否是受信任的CA颁发的
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
CA
/ \
/ \
/ \
B ------------A
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
PKI:以CA为中心的密钥分发：public key infrastructure
公钥基础设施：
签证机构：CA
注册机构：RA
证书吊销列表：CRL //recovery回收
证书存取库：cdb
X.509 v3版 //定义证书的格式和标准，以及协议标准
版本号：证书版本
序列号：第几个证书
签名算法ID：用什么算法的签名
发行者名称：CA自己的名字
有效期限：
主体名称：
主体公钥：
发行者的唯一标识：CA的唯一标识
主体的唯一标识：
扩展信息
发行者的签名：CA的签名，单项加密，用自己的私钥加密
用CA验证他人的身份
用CA的公钥解密，CA的签名，
用同样的加密算法，加密证书，取得特征码，与解密的特征码[签名]对比
检查证书的有效期
验证证书的主体名称
检查证书是否被吊销
证书的内容：
有效期
CA的签名//CA私钥加密单项加密该数据后的特征码，A获取CA的公钥，然后解密就可以
CA会自己先给自己发证书，发给别人
//如何获取CA的证书:
CA的根证书，是OS自带的，MicroSoft是自带的，但是Linux是没有的，需要自带
CA还需要有证书吊销列表
HTTPS//相当于http调用ssl代为建立通道进行通信
SSL通话过程：
1.发送hello，对方回复 //协商单项加密，对称加密，公钥加密算法
2.向server请求证书
3.client验证证书，但是client不会发送自己的证书给server，因为有的client是没有的
//server也是不用担心什么人来访问的
//在网银的时候可能会用到：电子密码，U盾(个人证书)
4.客户端使用生成随机数:对称密钥，用对方的公钥加密后发给对方
server用这个密码加密client请求的页面，
5.client请求断开，server确认断开，然后断开
SSL:secure sockets layer //网警公司拥有版权，
Netspace:1994
google,据说有漏洞
v1,v2.0存在漏洞,v3:1996使用了很长时间
TLS:transport layer secure //仿照SSL，二者基本兼容，
IETF:1999发布
v1.0,v1.1,v1.2,v1.3:2014 //
由于SSLv3出现了很大漏洞，因此，建议使用TLS，但是并未所有的网站都支持TLS
分层设计：
1.最底层：基础算法原语的实现，aes,rsa,md5等
2.向上一层：各种算法的实现
3.再向上一层：组合算法实现的半成品
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
阶段：对称密钥用对方公钥加密阶段--->DH算法阶段--->CA阶段
DH阶段，不能防范中间人攻击
五、SSL/TLS的实现
SSL/TLS //知识一个协议
SSL:安全套接字层，v1,v2,v3现用
v3也发现有缺陷，但是是主流 //网警自己开发和维护
TLS:传输层安全，1.3,1.5 //将来很有可能为主流
实现：
OpenSSL:
libcrypto库:加密和解密的
libssl库:实现ssl功能的
openssl:命令行工具
SSL会话主要三步：
1.client向server索要并验证证书
2.双方协商生成“会话密钥”
3.双方采用"会话密钥"进行加密
SSL handshake protocol:
第一阶段：clientHello //第一步
client发送支持的协议版本：比如tsl 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，RSA；
支持的压缩算算法
第二阶段：server hello
确认使用的加密通信协议版本，比如tls1.2；//
服务器段生成一个随机数，稍后用于生成”会话密钥“
确认使用的加密方法
服务器证书；
//索要客户端证书
第三阶段：
验证server证书；(发证机构、证书完整性、证书持有者、证书有效期、吊销列表)
在确认无误后，取出其公钥
发送以下信息给服务器端
一个随机数：用于server上的数据加密
编码变更通知；
客户端握手结束通知；
第四阶段：
收到clinet发来的第二个随机数，会话的第三个随机数pre-master-key,计算生成本次会话所用到的“会话密钥” //避免随机数被猜测
向客户端发送如下信息：
编码变更通知；表示随后的信息，都将使用对方商定的加密方法和密钥发送
服务器握手接受通知
PKI：公钥基础设施
签证机构：CA
注册机构：RA
证书吊销列表：CRL
证书存取库：cdb
申请注册机构：威瑞信等
六、OpenSSL应用
组件：libcrypto，libssl主要由开发者使用
openssl：多用途命令行工具
openssl 三类子命令
1.标准命令
ca
rand //生成随机数
rsa
x509
genrsa:生成rsa算法的密钥对
gendsa:生成dsa密钥对
req：请求签名
2.消息摘要:dgst
3.ciper command:加密命令:enc
对称加密：
工具:openssl enc,gpg
支持的算法：3des,aes,blowfisk,towfish
what is enc //man enc 就可以获取帮助信息
openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64]
-cipername:加密算法的名称
-a base64编码格式，不加-a使用的是二进制编码
openssl enc -des3 -e -a -salt -in fstab -out fstab.enc
openssl enc -des3 -d -a -salt -in fstab.enc -out fstab
-a 不可少
-des3 再解密的时候也不能少，否则可能会乱码
单项加密：
openssl dgst,gpg命令也可以md5sum,sha1sum,sha224sum
openssl dgst -md5 fstab
md5sum fstab
生成密码工具
passwd，
whatis passwd
man sslpasswd
openssl passwd [-crypt] [-1] [-salt string] [-stdin] {password}
-1:md5
openssl passwd -1 -salt 12345678 -stdin
生成随机数：
openssl rand
whatis rand
man rand
openssl rand -base64 64 //生成64位，base64编码格式的随机数
-hex //16进制，只有0-f
openssl passwd -1 -salt $(openssl rand -hex 4)
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，ELG，ELGamal
工具：openssl rsautl，gpg
密钥交换
算法：DH
公钥加密实现：
1.openssl genrsa 1024 > /tmp/a.out //生成私钥
openssl genrsa -out /tmp/a.out 1024
(umask 077;openssl genrsa -out /tmp/mkey.pri 1024)
//放在括号中命令，要在子shell中运行，不会影响其他shell的运行，影响其他shell的umask
2.提取公钥
openssl rsa -in /tmp/mykey.pri -pubout
openssl rsa -in my.pk -pubout > my.pub //-out也可保存
Linux系统上随机数生成器：
/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:内核维护的存储了大量的随机数，刚开始是空的
来源：
硬盘IO中断的时间间隔；
键盘IO中断的时间间隔；两次击键的间隔
方法：一旦用尽，敲键盘或者复制文件到硬盘(硬盘IO)
CA:
1.公共信任的CA，私有CA
2.建立私有CA
建立私有CA
openssl：私有CA
OpenCA：公有CA
openssl配置文件
cat /etc/pki/tls/opessl.cnf
CA/certs：已经颁发的CA证书 $# Where the issued certs are kept
CA/crl:证书吊销列表
CA/newcerts：默认新证书位置
CA/index.txt :数据库索引文件
CA/serial：当前序列号，已经发到第几个了
CA/cacert.pem ：CA的自签证书
CA/crlnumber :当前证书吊销序列号
CA/crl.pem :当前CRL
CA/private/cakey.pem :CA的私钥
七、构建私有CA
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
1.生成私钥CA/private/cakey.pem
(umask 077;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
注：cakey.pem要求默认放在CA/private中
2.生成自签证书：CA/certs/
注：如果不是自签，就不需要加x509
country name:CN
province name:Henan
locality:Henan
Default Company:MingTian
Unit Name:Ops
Common Name:ca.mingtian.com
openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3655
-new生成新的证书
-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days
3.提供所需的目录及文件
mkdir /etc/pki/CA/{crl,certs,newcerts}
touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}
echo 01 > /etc/pki/CA/serial
三个目录两个文件
请求签署证书
1.client：192.168.4.109
cd /etc/httpd/ssl
(umask 077;openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)
openssl req -new -key httpd.key -out httpd.csr -days 365 //需要指定私钥-key
csr:证书签署请求
信息要保证和CA的一致否则，可能会出错
Common Name:hostname //必须与客户端访问时的名字一直，否则证书验证不会通过，可以使用ip
A challenge password：//测试可以留空
2.scp httpd.csr root@192.168.4.100:/tmp
拷贝到CA
3.openssl ca -in httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365
server签证
cd /etc/pki/CA/
cat index.txt //文件会增加一行内容
serial //会变成 02
scp /etc/pki/CA/certs/httpd.crt root@192.168.4.109:/etc/httpd/ssl/
httpd.csr已经没有用了
注意：只有自建CA的时候才用到/etc/pki/CA目录，CA的请求者，是不需要把私钥放在这个目录中的
八、证书签署案例
1.用到证书的主机生成证书签署请求
mkdir /etc/httpd/ssl
cd /etc/httpd/ssl
(umask 077;openssl genrsa -out httpd.key 2048)
2.生成证书请求
openssl req -new -key httpd.key -out httpd.csr -days 365
3.将请求，通过可靠方式发送给ca主机
scp
4.在CA主机上签署主机
opnessl ca -in httpd.csr -out /etc/pki/certs/httpd.crt -days 365
查看证书的信息
openssh x509 -in httpd.crt -noout -serial -subject //只看serial和subject
//可以使用-a
吊销证书：
步骤（在CA上执行） 1.客户端获取要吊销的证书的serial openssh x509 -in httpd.crt -noout -serial -subject 2.CA吊销证书 先根据客户端提交的serial和subject信息，对比其与主机数据库index.txt中存储的是否一致 openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAK.pem certs/httpd.crt 和 newcerts/01.pem有对应关系 3.生成证书吊销编号(第一次吊销证书时执行) //哪怕第二次吊销的是其他的证书都不再需要做的 echo 01 > /etc/pki/crlnumber 4.更新证书吊销列表 openssl ca -gencrl -out thisca.crl 查看crl opnssl crl -in /paht/to/crl_file -noout -text //到吊销ca级别的时候，将会使用openca而不是openssl
openssl 指定文件，取出随机数
小结：
1.genrsa生成私钥，rsa提取公钥,req用于自签和他签
证书查看：
openssl x509部分命令 打印出证书的内容： openssl x509 -in cert.pem -noout -text 打印出证书的系列号 openssl x509 -in cert.pem -noout -serial 打印出证书的拥有者名字 openssl x509 -in cert.pem -noout -subject 以RFC2253规定的格式打印出证书的拥有者名字 openssl x509 -in cert.pem -noout -subject -nameopt RFC2253 在支持UTF8的终端一行过打印出证书的拥有者名字 openssl x509 -in cert.pem -noout -subject -nameopt oneline -nameopt -escmsb 打印出证书的MD5特征参数 openssl x509 -in cert.pem -noout -fingerprint 打印出证书的SHA特征参数 openssl x509 -sha1 -in cert.pem -noout -fingerprint 把PEM格式的证书转化成DER格式 openssl x509 -in cert.pem -inform PEM -out cert.der -outform DER 把一个证书转化成CSR openssl x509 -x509toreq -in cert.pem -out req.pem -signkey key.pem 给一个CSR进行处理，颁发字签名证书，增加CA扩展项 openssl x509 -req -in careq.pem -extfile openssl.cnf -extensions v3_ca -signkey key.pem -out
本文出自 “黑马腾空” 博客，请务必保留此出处http://hmtk520.blog.51cto.com/12595610/1983793
标签：gpg ca openssl libssl 加密和解密 对称加密
原文地址：http://hmtk520.blog.51cto.com/12595610/1983793
