加密解密技術基礎及用OpenSSL建立私有CA
1、加密解密技術基礎
（1）程序通訊
傳輸層協議有TCP，UDP，SCTP等，埠號port表示程序地址，程序向核心註冊獨佔使用某埠。
同一主機上的程序間通訊方式：程序間通訊（IPC）， 訊息佇列（message queue），共享記憶體（shm）, 旗語（semerphor）。
不同主機上的程序間通訊：socket，遠端過程呼叫（RPC）。
監聽模式：LISTEN （ip:port）
（2）安全及攻擊
安全的目標：保密性（confidentiality）、完整性（integrity）、可用性（availability）。
攻擊型別：
1）威脅保密性的攻擊：竊聽、通訊量分析；
2）威脅完整性的攻擊：更改、偽裝、重放、否認；
3）威脅可用性的攻擊：拒絕服務（DoS）；
解決方案：技術（加密和解密）、服務（用於抵禦攻擊的服務，也即是為了上述安全目標而特地設計的安全服務）。
（3）加密和解密
傳統加密方法：替代加密方法、置換加密方法；
現代加密方法：現代塊加密方法。
服務：認證機制、訪問控制機制。
金鑰演算法和協議分為四類：對稱加密、公鑰加密、單向加密、認證協議。
（4）加密演算法和協議
1）對稱加密：加密和解密使用同一個金鑰；
DES：Data Encryption Standard；
3DES：Triple DES；
AES：Advanced Encryption Standard，(128bits, 192bits, 256bits, 384bits)；
Blowfish、Twofish、IDEA、RC6、CAST5；
特性：
- 加密、解密使用同一個金鑰；
- 將原始資料分割成為固定大小的塊，逐個進行加密；
缺陷：
- 金鑰過多；
- 金鑰分發困難；
2）公鑰加密：金鑰分為公鑰與私鑰；
公鑰：從私鑰中提取產生，可公開給所有人，pubkey；
私鑰：通過工具建立，使用者自己留存，必須保證其私密性，secret key；
特點：用公鑰加密的資料，只能使用與之配對兒的私鑰解密；反之亦然。
用途：
數字簽名：主要在於讓接收方確認傳送方的身份；
金鑰交換：傳送方用對方公鑰加密一個對稱金鑰，併發送給對方；
資料加密：不常用，比對稱加密要慢3個數量級；
演算法：RSA， DSA， ELGamal；
DSS: Digital Signature Standard
DSA：Digital Signature Algorithm
3）單向加密：即提出資料指紋，只能加密，不能解密；
特性：定長輸出、雪崩效應；
功能：完整性；
演算法：
MD5：Message Digest 5，128bits；
SHA1：Secure Hash Algorithm 1，160bits；還有SHA224，SHA256，SHA384，SHA512。
4）金鑰交換： IKE（Internet Key Exchange）
- 公鑰加密；
- DH（Deffie-Hellman，迪菲-赫爾曼），ECDH（橢圓曲線DH），ECDHE（臨時橢圓曲線DH）；
DH演算法過程：
- A：p, g
B：p, g - A：x
–> p^x%g ==> B
B：y
–> p^y%g ==> A - A：(p^ y%g)^ x=p^yx%g
B：(p^ x%g)^ y=p^xy%g
（5）PKI：Public Key Infrastructure，公鑰基礎設施
分為以下元件：
簽證機構（CA）、註冊機構（RA）、證書吊銷列表（CRL）、證書存取庫。
X.509v3定義了證書的結構以及認證協議標準：版本號、序列號、簽名演算法ID、發行者名稱、有效期限、主體名稱、主體公鑰、發行者的惟一標識、主體的惟一標識、擴充套件、發行者的簽名；
2、SSL
（1）SSL簡介
SSL（Secure sockets Layer，安全套接字層），是Netscape於1994年提出的，共有V1.0，V2.0，V3.0版本。TLS（Transport Layer Security，傳輸層安全），是IETF於1999年提出的，共有V1.0，V1.1，V1.2，V1.3版本。SSL V3.0版本被發現有重大漏洞，現在已基本不使用，現在使用的都是TLS。
SSL的分層設計：
- 最底層：基礎演算法原語的實現，aes, rsa, md5
- 向上一層：各種演算法的實現；
- 再向上一層：組合演算法實現的半成品；
- 用各種元件拼裝而成的各種成品密碼學協議軟體；
SSL協議的開源實現是OpenSSL，OpenSSL由三部分組成：libencrypto庫（主要由開發者使用），libssl庫（主要由開發者使用）和openssl多用途命令列工具。http + ssl --> https，Linux系統上的安全協議：OpenSSL(ssl協議的開源實現)， GPG(pgp協議的開源實現)。
（2）SSL會話
SSL會話主要三步：
1）客戶端向伺服器端索要並驗正證書；
2）雙方協商生成“會話金鑰”；
3）雙方採用“會話金鑰”進行加密通訊；
SSL會話過程：
第一階段：ClientHello，傳送以下內容：
支援的協議版本，比如tls 1.2；
客戶端生成一個隨機數，稍後使用者生成“會話金鑰”；
支援的加密演算法，比如AES、3DES、RSA；
支援的壓縮演算法；
第二階段：ServerHello：
確認使用的加密通訊協議版本，比如tls 1.2；
伺服器端生成一個隨機數，稍後用於生成“會話金鑰”
確認使用的加密方法；
伺服器證書；
第三階段：
驗證伺服器證書，在確認無誤後取出其公鑰；（驗證以下內容：發證機構、證書完整性、證書持有者、證書有效期、吊銷列表）；
傳送以下資訊給伺服器端：
一個隨機數；
編碼變更通知，表示隨後的資訊都將用雙方商定的加密方法和金鑰傳送；
客戶端握手結束通知；
第四階段：
收到客戶端發來的第三個隨機數pre-master-key後，計算生成本次會話所有到的“會話金鑰”；
向客戶端傳送如下資訊：
編碼變更通知，表示隨後的資訊都將用雙方商定的加密方法和金鑰傳送；
服務端握手結束通知；
3、OpenSSL
（1）OpenSSL命令
OpenSSL有眾多子命令，分為三類：標準命令、訊息摘要命令（dgst子命令）和加密命令（enc子命令）。
標準命令： enc, ca, req, genrsa, …
（2）各種加密演算法及工具
1）對稱加密：
工具：openssl enc, gpg
支援的演算法：3des, aes, blowfish, towfish
enc命令：
加密：~]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab -out fstab.ciphertext
解密：~]# openssl enc -d -des3 -a -salt -out fstab -in fstab.ciphertext
2）單向加密：
工具：openssl dgst, md5sum, sha1sum, sha224sum, …
dgst命令：~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE
3）生成使用者密碼：
工具：passwd, openssl passwd
命令：openssl passwd -1 -salt SALT
4）生成隨機數：
工具：openssl rand
~]# openssl rand -hex NUM
~]# openssl rand -base NUM
5）公鑰加密解密：
演算法：RSA，ELGamal
工具：openssl rsautl, gpg
6）數字簽名：
演算法：RSA， DSA， ELGamal
工具：openssl rsautl, gpg
7）金鑰交換：
演算法：DH
工具：openssl rsautl, gpg
8）生成金鑰：
生成私鑰： ~]# (umask 077; openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEY_FILE NUM_BITS)
提出公鑰： ~]# openssl rsa -in /PATH/FROM/PRIVATE_KEY_FILE -pubout
（3）Linux系統上的隨機數生成器
/dev/random：僅從熵池返回隨機數；隨機數用盡，阻塞；
/dev/urandom：從熵池返回隨機數；隨機數用盡，會利用軟體生成偽隨機數，非阻塞；偽隨機數不夠安全；
熵池中隨機數的來源：
1）硬碟IO中斷時間間隔；
2）鍵盤IO中斷時間間隔；
4、用OpenSSL搭建私有CA
（1）背景介紹
CA分為：公共信任的CA和私有CA；
建立私有CA可用工具：OpenSSL和OpenCA。
OpenSSL命令的配置檔案為：/etc/pki/tls/openssl.cnf。
構建私有CA是在確定配置為CA的服務上生成一個自簽證書，併為CA提供所需要的目錄及檔案即可。
（2）私有CA搭建步驟
1）生成私鑰：~]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)
2）生成自簽證書：~]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3655
-new：生成新證書籤署請求；
-x509：生成自籤格式證書，專用於建立私有CA時；
-key：生成請求時用到的私有檔案路徑；
-out：生成的請求檔案路徑；如果自籤操作將直接生成簽署過的證書；
-days：證書的有效時長，單位是day；
3）為CA提供所需的目錄及檔案；
~]# mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts}
~]# touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt}
~]# echo 01 > /etc/pki/CA/serial
4）要用到證書進行安全通訊的伺服器，需要向CA請求籤署證書（以httpd為例）：
- 用到證書的主機生成私鑰；
~]# mkdir /etc/httpd/ssl ~]# mkdir /etc/httpd/ssl
~]# cd /etc/httpd/ssl
~]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048) - 生成證書籤署請求
~]# openssl req -new -key /etc/httpd/ssl/httpd.key -out /etc/httpd/ssl/httpd.csr -days 365 - 將請求通過可靠方式傳送給CA主機；
- 在CA主機上籤署證書；在CA主機上籤署證書：
~]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 365
5）檢視證書中的資訊：~]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject
6）吊銷證書：
- 客戶端獲取要吊銷的證書的serial（在使用證書的主機執行）：
~]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -noout -serial -subject - CA主機吊銷證書：先根據客戶提交的serial和subject資訊，對比其與本機資料庫index.txt中儲存的是否一致；
吊銷命令：# openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/SERIAL.pem
其中的SERIAL要換成證書真正的序列號； - 生成吊銷證書的吊銷編號（第一次吊銷證書時執行）：
# echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber - 更新證書吊銷列表：
# openssl ca -gencrl -out thisca.crl - 檢視crl檔案：
# openssl crl -in /PATH/FROM/CRL_FILE.crl -noout -text