OpenSSL
一、概念类
传输层协议：TCP，UDP，SCTP
port：进程地址,进程向内核注册使用某端口（独占）
同一主机上的进程间通信：IPC，message queue，shm，semephor
不同主机上的进程间通信：socket（也可用于同一主机间通信）,
socket=ip:port
cip：port — sip：port，已建立连接的套结字都是一对socket
监听模式：listen（ip：port）
SSL：Secure Sockets Layer
http -> ssl ->https
安全的通信目标：
1.保密性：confidentiallity
2.完整性：integrity
3.可用性：availabilty
攻击类型：
威胁保密性攻击：窃听，通信量分析
威胁完整性攻击：更改，伪装，重放，否认
威胁可用性攻击：拒绝服务（DoS）
针对攻击的解决方案
技术：加密解密
服务：用于抵御攻击的服务，安全服务
加密和解密：
传统加密方法：替代加密方法，置换加密方法
现代加密方法：现代块加密方法，
服务：
认证机制
访问控制机制
二、密钥算法和协议
密钥算法和协议
对称加密
公钥加密
单向加密
密钥交换
对称加密：加密和解密使用同一个密钥，(解决保密性问题)
DES（data encryption standard）des算法_百度百科 (baidu.com)
3DES:Triple DES，三轮DES加密
AES：Advanced Encryption Standard(密钥长度128bit,192bit,256bit)
特性：
1.加密解密使用同一个密钥
2.将原始数据分割为固定大小的块，逐个进行加密
缺陷：
1.密钥过多
2.密钥分发困难
公钥加密（非对称加密），身份认证，密钥交换，数据加密（比对称加密慢3个数量级，10的3次幂）
密钥成对出现，密钥分为：公钥，私钥
公钥：可以公开给所有人，pubkey，公钥从私钥中提取产生
私钥：通过工具创建，使用者自己留存，必须保证其私密性，secret key，skey
特点：
用公钥加密的数据，只能使用与之配对的私钥解密，反之亦然
用途：
数字签名：主要用于接收方确认发送方身份，使用私钥对需要传输的文本的摘要进行加密，得到的密文即被称为该次传输过程的签名
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：通常不用于数据加密，效率低
点对点模型示例：client A， sever B
加密过程：
1. B将data1通过<单向加密>算法，提取特征码（如MD5），通过自己私钥对特征码进行加密（数字签名，用以完成身份认证），生成数字签名，附加在数据后，称为data2，保证发送方身份和数据完整性
2.B生成一次性<对称加密>密码，将data2通过对称加密对整段数据进行加密（保密性），称为data3
3.B将data3通过A的公钥对一次性对称加密密码进行加密（密钥交换），附加在数据后，成为data4（保证其保密性），发送给A
解密过程：
1. A获取data4，先用自己的私钥对对称加密密码进行解密，获得data3+对称密码
2. A用对称密码对data3解密，获得data2和MD5
3. A用B公钥对特征码进行解密（身份认证），用MD5验证data1完整性
缺点：容易受到中间人攻击，进而需要CA
CA：保证通信双方能够拿到正确公钥的公信机构
算法：RSA，DSA，ELGamal
DSA：digital signature algorithm,仅能用于签名，而不能用于加解密
DSS：digital signature standard
RSA：即能签名也能用于加解密
单向加密：只能加密，不能解密，只能提取数据特征码md5等（保证数据完整性）
特点：
定长输出
雪崩效应（加密数据的微小改变，导致密码巨大变化）
功能：用于验证数据完整性
算法：
1.MD5：Message-Digest Algorithm 5，128bit信息摘要算法
2.sha1：Secure Hash Algorithm 1，160bit，安全散列算法
sha224，sha256，sha384，,sha512
centos6,7用户密码加密：sha512
cenots5用户密码加密：md5
密钥交换：IKE :Internet key exchange互联网密钥交换协议
RSA（公钥加密）
DH：deffie-hellman（迪菲-赫尔曼）
优势在于让双方不用发密码就可以得到密码
模型：
A：p,g
B：p,g
A:x
p^x%g==>B
A:(p^y%g)^x
B:y
p^y%g==>A
B:(p^x%g)^y
(p^y%g)^x = (p^x%g)^y
(p^x%g)^y为密码
ECDH：椭圆曲线DH
ECDH：临时椭圆曲线DH
三、实现
PKI: public key infrastructure，公钥基础设施
签证机构：CA（市公安机关）
注册机构：RA（派出所）
证书吊销列表：CRL
证书存取库：
互联网通信强依赖PKI
X.509v3:定义了证书的结构以及认证协议标准
版本号：用来区分X.509的不同版本号
序列号：由CA给予每一个证书的分配唯一的数字型编号，当证书被取消时，实际上是将此证书的序列号放入由CA签发的CRL中；这也是序列号唯一的原因。
签名算法ID：用来指定用CA签发证书时所使用的签名算法。算法标识符用来指定CA签发证书时所使用的公开密钥算法和HASH算法，须向国际指明标准组织（如ISO）注册。
发行者名称（认证机构）：即发出该证书的机构唯一的CA的x.500名字；
有效期限：证书有效的时间包括两个日期：证书开始生效期和证书失效的日期和时间。在所指定的这两个时间之间有效；
主体名称：证书持有人的姓名、服务处所等信息；
主体公钥：包括被证明有效的公钥值和加上使用这个公钥的方法名称；
发行者唯一标示
主体的唯一标识
扩展
发行者签名：以确保这个证书在发放之后没有被撰改过；
CA使用模型：
Clinet C，Server S
C获取S证书，验证证书：
用CA的公钥去解密CA签名，能解密说明证书来源可靠
用同样的加密算法去加密证书取得特征码，和解密证书特征码比较，说明完整性可靠
检查证书有效期限
验证主体名称和通信人是否一致
检查证书是否被吊销
SSL：secure socket layer
安全套接层是Netscape公司率先采用的网络安全协议
v1.0（1994）,v2.0,v3.0
TLS：transport layer security
安全传输层协议（TLS）用于在两个通信应用程序之间提供保密性和数据完整性
IETF研发:1999
v1.0,v1.1,v1.2,v1.3
我们统称的SSL，实际是指SSL或TLS
TLS分层设计：
1.最底层：基础算法原语实现aes，rsa，md5
2.向上一层：各种算法实现
3.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密码学协议软件
协议开源实现：openssl
四、SSL handshake
OpenSSL由三部分组成：
1. libencrpt库：加密解密库
2. libssl库，实现SSL功能，用于通信加密的库
3. openssl：多用途命令行工具
SSL主要简化有3步：
1. 客户端向服务器端索要并验证对方证书
2. 双方协商生成会话密钥
前两部合成握手阶段，handshake
3. 双方采用会话密钥进行加密通信
4. 断开
——–ssl handshake 流程————
第一阶段：客户端通过浏览器向服务器发出加密通信请求：
clinethello：
1. 向服务器发送自己支持的协议版本，比如TLS1.2
2. 客户端生成的随机数，稍后用于生成会话密钥
3. 支持的加密算法，比如AES，3DES，RSA
4. 支持的压缩算法
第二阶段：服务器端回应客户端
Serverhello:
1. 确认使用的通信加密协议版本，比如TLS1.2
2. 服务器端生成一个随即数，稍后用于生成会要密钥
3. 确认使用的加密算法
4. 发送服务器证书；
5. 索要客户端证书（如果需要）
第三阶段：客户端收到服务器端的回应
1. 验证服务器证书（发证机构，证书签名，证书完整性，证书持有者，证书有效期，吊销列表等等），确认无误后，取出服务器公钥
2. 发送以下信息给服务器端：
a) 一个随机数（第三个随即数），用服务器公钥对这个随机数加密
b) 编码变更通知（随后信息，用双方商定的加密算法进行发送）
c) 客户端握手结束通知
第四阶段：服务器回应
1. 收到客户端发来的第三个随机数pre-master-key，计算生成本次会话所用的“会话密钥”
2. 向客户端发送如下信息：
a) 编码变更通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密算法和密钥发送
b) 服务器握手结束通知
———ssl handshake—————–
五、OpenSSL
组件：
Libcrypto，libssl主要由开发者使用
openssl：多用途命令行工具
openssl命令分类：
standard commands：标准命令
message digest：消息摘要命令
cipher commands：加密命令
标准命令：enc,ca,req,genrsa
对称加密，使用openssl完成对称加密：
工具：openssl enc
算法：3des,aes,blowfish
enc命令：
enc – symmetric cipher routines
openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64] [-A] [-k password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-S salt] [-salt] [-nosalt] [-z] [-md] [-p] [-P][-bufsize number] [-nopad] [-debug] [-none] [-engine id]
-e加密，-d解密，-a（-base64）文本加密
实例：
加密：
openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext
解密：
openssl enc -d -des3 -a -salt -in fstab.ciphertext -out fstab
单向加密：
工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum
dgst:
提取摘要
openssl dgst -md5 fstab
openssl dgst -md5 -out fstab.md5 fstab
验证摘要：
生成用户密码的命令：
工具：passwd, openssl passwd
openssl passwd:
openssl passwd [-crypt] [-1] [-apr1] [-salt string] [-in file] [-stdin] [-noverify] [-quiet] [-table] {password}
openssl passwd -1 -salt 123456
-1（一）标示MD5加密，-salt不变，密文不变
生成随即数，salt
工具：openssl rand
openssl rand [-out file] [-rand file(s)] [-base64] [-hex] num
openssl rand -base64 10
L4JQf3hy3RdPtQ==
使用时需要删除==
openssl rand -hex 10
f858abb49c1b72e5188d
openssl passwd -1 -salt $(openssl rand -hex 4)
$1$7d20e521$fp7jFdPa8IRTqjx1FbKHL/
公钥加密：
三种功能：
加密解密：
算法：rsa，elgamal
工具：openssl rsautl,gpg
数字签名
算法：rsa, dsa, elgamal
工具：openssl rsautl,gpg
密钥交换
算法：dh
生成密钥对
1. 生成私钥
openssl genrsa [-out filename] [-passout arg] [-aes128] [-aes192] [-aes256] [-camellia128] [-camellia192] [-camellia256] [-des] [-des3] [-idea] [-f4] [-3] [-rand file(s)] [-engine id] [numbits]
openssl genrsa -out ./mykey3.private 1024
openssl genrsa 1024 > mykey.private
openssl genrsa 1024
修改为仅自己能读能写
(umask 077; openssl genrsa -out mykey4.private 1024)
使用（）表示启用子shell启动进程，主进程不受影响
2. 提取公钥
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 mykey.private -pubout -out mykey.pub
3. linux系统上的随机数生成器：
a) /dev/random:仅从熵池中返回随机数，随机数用尽，阻塞
b) /dev/urandom：从熵池中返回随机数，随即数用尽，会利用软件生成伪随即数，非阻塞
伪随即数不安全，熵池：内核在内存中维护的一个空间，空间内存储大量随机数，
熵池中的随机数来源：
硬盘IO中断时间间隔
键盘IO中断时间间隔
如果随机数用尽，可以拷贝大数据到硬盘，产生大量IO
CA:
分为两类：
公共信任的CA，
私有CA
建立私有CA：
openssl
OpenCA(图形界面工具)
openssl命令：
其配置文件/etc/pki/tls/openssl.cnf
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提供所需的目录及文件即可
步骤：
1. 生成私钥，默认要求生成在/etc/pki/CA/private/
(umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
2. 生成自签证书，要配置在/etc/pki/CA/cacert.pem
req – PKCS#10 certificate request and certificate generating utility.
openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 365
-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
-days 证书有效时长
-out 输出路径
3. 为CA提供所需的目录及文件
mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts}
touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}
echo 01 > /etc/pki/CA/serial
某用到证书安全通信的服务器，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
(umask 077;openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)
cd /etc/httpd/ssl
2. 生成证书签署请求
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
a) 把httpd.csr拷贝给CA
cp httpd.csr /tmp/
————以上在请求主机作，以下在CA主机—————
4. 在CA主机签署证书
openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365
查看证书信息
openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject
serial=01
subject= /C=CN/ST=Liaoning/O=tianlang/OU=Ops/CN=k8s-node-02
5. CA给客户提供认证
cp certs/httpd.crt /etc/httpd/ssl/
吊销证书：
步骤：
1. 客户端获取要证书吊销的serial
openssl x509 -in certs/httpd.crt -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index.txt中信息是否一致
吊销：
openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem
其中serial.pem要换成证书真正的序列号
3.生成吊销证书的吊销编号（第一次吊销证书执行）
echo 01>/etc/pki/CA/crlnumber
4.更新证书吊销列表
openssl ca -gencrl -out thisca.crl
查看crl文件
openssl crl -in /path -noout -text
OpenSSH 和 OpenSSL 并不是直系亲属，顶多算有共同志向的兄弟！
它们是由不同的团队开发，有不同的目的，但是都开放源码，为安全通信提供支持。
一、OpenSSH
OpenSSH 是使用 SSH 协议进行远程登录的连接工具。 它加密所有通信讯息以消除窃听、连接劫持和其他攻击。 此外，OpenSSH 提供了大量的安全隧道功能、多种身份验证方法和复杂的配置选项。
OpenSSH 包含的组件如下：
（1）ssh
OpenSSH 远程登录客户端，作为 rlogin 和 Telnet 的替代方案。
（2）scp
OpenSSH 安全文件复制，作为 rcp 的替代方案，将文件复制到其他电脑上。
（3）sftp
OpenSSH 安全文件传输，类似于 scp。
（4）sshd
OpenSSH 守护进程。
（5）ssh-keygen
OpenSSH 身份验证密钥实用程序，产生RSA或ECDSA密钥，用来认证用。
（6）ssh-agent
OpenSSH 身份验证代理，用于帮助用户不需要每次都要输入密钥密码的工具。
（7）ssh-add
向 OpenSSH 身份验证代理添加私钥身份，用于帮助用户不需要每次都要输入密钥密码的工具。
（8）ssh-keyscan
从服务器收集 SSH 公钥，并记录公钥。
在类 Unix 系统中的远程登录就采用了 SSH 协议，只有安装了相应软件包才能实现远程登录。
二、OpenSSL
OpenSSL 是一个开源的软件库，使用包含了众多加解密算法，用于传输层安全性 (TLS) 和安全套接字层 (SSL) 协议的强大、商业级和功能齐全的工具包。
主要库是以 C 语言所写成，实现了基本的加密功能，实现了SSL与TLS协议。