加密安全和数字签名证书

原创

IT陈工 2018-09-12 19:25:07 博主文章分类：网络篇 ©著作权

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加密安全和数字签名证书

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墨菲定律：如果两种或两种以上去做某件事去，而其中一种选择方式将导致灾难性的后果，则必定有人会做出这种选择

信息安全防护的目标：保密性、完整性、可用性、可控制性、不可否认性

安全防护环节有如下：

物理安全：设备、主机、机房环境

系统安全：设备、主机的操作系统

应用安全：各种服务

网络安全：对网络访问控制、防火墙

数据安全：信息的备份与恢复、加密与解密

管理安全：各种保障性的规范、流程和方法

安全公鸡（敏感词取谐音，attack）：STRIDE

Spoofing：假冒

Tamperng：篡改

Repudiation：否认

Information Diclosure：信息泄露

Denial of Service：拒绝服务

Elevation of Privilege：提升权限

安全设计基本原则

使用成熟的安全系统

以小人之心度输入数据（对其他人输入的数据不能大意）

外部系统是不安全的

最小授权

减少外部接口

缺省使用安全模式

安全不是似是而非

从STRIDE思考

在入口处检查

从管理上保护好系统

安全算法

常用安全技术：3A，认证、授权、审计

密码算法和协议：对称加密、公钥加密

对称加密：

DES：Data Encryption Standard,56bit密钥

3DES：相当于用DES加密了3次

AES：Advanced(128，192，256bits)

Blowfish，Twofish

IDEA，RC6，CAST5

特点：

1.加密解密使用同一个密钥，效率高，适用于大量数据解密

2.将原始数据分割成固定大小的块，逐个进行加密

缺陷：

1.如果和多人通信，会造成密钥过多

2.密钥分发过程中存在不安全因素

3.数据来源无法确认

非对称加密算法

公钥加密：密钥是成对出现，有公钥就会有私钥

公钥：可以公开给所有人，public key

私钥：自己留存，必须保证私钥的私有性

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

缺陷：

密钥长，加密效率低下

功能：

数字签名：用私钥加密作数字签名，主要在于让接收方确认发送方身份

对称密钥交换：发送方用接收方的公钥加密一个对称密钥后发送给接收方

数据加密：适合加密较小数据

算法：

RSA(可以用作加密和数字签名)

DSA(只能用作数字签名)

ELGamal

单向散列：将任意数据缩小成固定大小的“指纹”

hash(data)=digest，digest不可反推出data，且它的长度固定不变

digest：摘要

data不同，digest必不同

data相同，digest必相同

功能：检查数据完整性

算法：

md5(128bits)、sha1(160bits)、sha224 、sha256、sha384、sha512

结合以上3种算法，有一种比较安全的加密方式，现举例说明：key( data + ss(hash) ) + rp(key)，(key：对称公钥，ss：发送者非对称加密算法私钥，rp：接收者非对称加密算法私钥)，意思为

1、发送者先将发送的数据做哈希运算确保数据完整性，将哈希值以发送者私钥加密

2、将数据和公钥加密后的哈希值整体打包做对称加密

3、将对称加密的公钥用接收者的非对称加密公钥加密

4、发送给接收者后接收者可以先用自己的私钥获取rp(key)中的公钥，从而获得公钥中的data + ss(hash)，再用发送者公钥验证hash值，检查data是否完整没有修改

这种算法暂时性是很安全，不过长久看来公钥私钥因为是不变的，因此还是有安全隐患，由此我们引出新的概念

密钥交换：IKE，双方通过交换密钥实现数据加密解密，密钥交换有以下两种

公钥加密：将公钥加密后通过网络传输到对方进行解密，这种方式很大可能被截获破解，不常用；

DH：德弗·赫尔曼算法

A和B商量好，有下列条件存在

A有两个参数P和G，一个私有参数X，其中P为大质数，G是生成器，私有参数X<P，且B不知道私有参数X

B有两个参数P和G，一个私有参数Y，其中P为大质数，G是生成器，私有参数Y<P，且A不知道私有参数Y

他们有相同的算法，A有一结果G^X%P，B有一结果G^Y%P，彼此双方交换结果，用该结果取自己参数次幂运算后再对P取余，即A的结果[(G^Y%P)^X]%P=G^YX%P,B的结果[(G^X%P)^Y]%P=G^XY%P，A和B得到的结果一样，这个结果就是密钥

gpg工具

使用gpg实现对称加密

gpg -c FILE

指令选项

gpg -o FILE -d FILE.gpg：将FILE.gpg解密并存放到FILE文件内，也可以gpg -d FILE.gpg > FILE

gpg --gen-key：生成公钥私钥

gpg --list-keys：查看本机密钥文件

gpg -a --export -o KEY.pubkey：导出密钥并以ASCII码封装

gpg --import KEY.pubkey：导入密钥

gpg -e -r KEY FILE：以谁的密钥加密文件

gpg -o FILE -d FILE.gpg：解密文件

gpg --delete-keys PUBLICKEY：删除公钥

gpg --delete-secret-keys PRIVATEKEY：删除私钥

公钥加密

在B主机公钥加密，在A主机上解密的实现：

1、在A上生成公钥私钥对儿：gpg --gen-key，出现交互式界面可以按照默认选择，最后一项必须输入用户id用以识别钥匙，Email和注释可以不填，之后选o，完成后输入密码，也可以不输

2、在A上查看公钥：gpg --list-keys

3、在A上导出公钥到chen.pubkey：gpg -a --export -o chen.pubkey，（在哪个目录做此命令，公钥就在哪个目录）

4、从A上复制公钥文件到需加密的B上：scp chen.pubkey B的IP:/目标位置（不输位置默认放到root家目录）

5、在需加密的B上生成公钥私钥对儿，和第1步一样的指令

6、在B上导入A的公钥，gpg --import chen.pubkey，并查看gpg --list-keys

7、用从A主机导入的公钥，加密B主机的文件FILE，生成FILE.gpg，gpg -a -r A的密钥UserName FILE，生成FILE.gpg

8、复制加密文件到A主机：scp FILE.gpg IPA:/目标位置

9、在A主机解密文件：gpg -d FILE.gpg，如果解密后文件需要存放，gpg -o FILE -d FILE.gpg

10、删除公钥和私钥：gpg --delete-keys PUBLICKEY，gpg --delete-secret-keys PRIVATEKEY

中间人公鸡（敏感词取谐音）会使得上述的加密解密变得不安全，因此有了CA和证书

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

数字证书格式：X.509，定义了证书的结构以及认证协议标准

证书结构

序列号：CA用于唯一标识此证书

签名算法

有效期限

主体名称

主体公钥

发行商的唯一标识

证书主体的唯一标识

扩展信息

签名：CA对此证书的数字签名

证书类型：

证书授权机构的证书

服务器证书

用户证书

获取证书的两种方法

使用证书授权机构

生成签名请求(csr)

将csr发送给CA

从CA处接受签名

自签名的证书

自己签发自己的公钥

安全协议

SSL：安全套接层

TLS：传输层安全，目前应用最广泛是TLS1.2，TLS1.3在2015年问世

功能：机密性，认证、完整性、重放保护

HTTPS协议：HTTP协议和SSL/TLS协议的结合，HTTP over SSL或者HTTP over TLS

openssl：开源项目，三个组件

openssl：多种用途工具

libcrypto：加密算法库

libssl：加密模块应用库

enc选项

加密：openssl enc -e des3 -a -salt -in FILE -out FILE.cipher，加密FILE文件为FILE.cipher，其中-salt为加盐，不加盐每次加密结果都一样，加此选项加密结果不同

解密：openssl enc -d des3 -a -salt -in FILE.cipher -out FILE

单向加密

工具：md5sum，sha1sum，sha224sum，sha256sum

命令：oppenssl dgst -md5 /路径/FILE

MAC: Message Authentication Code，单向加密的一种延伸应用，用于实现网络通信中保证所传输数据的完整性机制，此MAC与网络MAC地址没有关系

CBC-MAC

HMAC：使用md5或sha1算法

对输入的用户密码加密

openssl passwd -1 -salt XXXXXXXX：X最多为8位

生成随机数

openssl rand -hex NUM，NUM：表示字节数，结果出现的字符数为NUMx2

openssl rand -base64 NUM，当NUMx8的值能被6整除，结果将不会出现=，base64不是一种加密算法，只是将ASCII码转换成base64码

公钥加密

算法：RSA，ELGamal

工具：gpg，openssl rsautl

数字签名

算法：RSA，DSA，ELGamal

密钥交换

算法：dh

DSA：Digital Signature Algorithm

DSS：Digital Signature Standard

RSA

生成私钥

openssl genrsa -out /路径/FILE NUM_BITS，NUM_BITS为加密位数

(umask 077;openssl gensra -out FILE.key -des 2048)

openssl rsa -in FILE.key -out FILE.key，将加密key解密

从私钥中提取出公钥

openssl rsa -in PRIVATEKEY -pubout -out PUBLICKEY

openssl rsa -in FILE.key -pubout -out FILE.key.pub

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

创建CA和申请证书

1、创建私有CA，打开openssl的配置文件：/etc/pki/tls/openssl.cnf，根据自己需要建立的环境挑选环境中的policy中选用policy_match还是policy_anything，policy_default中比较严格，要求被授权方国家名、省名、组织名必须一样，如果在公司内部建立私有CA，此处可选择policy_anything

2、创建所需必备文件，/etc/pki/CA/index.txt和/etc/pki/CA/serial

3、自签证书，先生成私钥，(umask 066;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem)，需要加括号，以免umask 066开启子进程影响到其它文件

4、生成自签名证书，openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem

5、给需要使用证书的主机生成证书请求

(1)给web服务器生成私钥，（umask 066;openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/*.key）

(2)生成证书申请文件，openssl req -new -key /etc/pki/CA/private/*.key

6、将证书请求文件传输给CA：scp SERVER.csr IPCA:/位置

7、CA签署证书，并将证书颁发给请求者，openssl ca -in /位置/*.csr -out /位置/*.crt -days NUM

8、查看证书中的信息

吊销证书

1、在客户端获取要吊销的证书serial

2、在CA上，根据客户提交的serial与subject信息，对比验证是否与index.txt文件中的信息一致，吊销证书：openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem