Linux 加密安全和私有CA的搭建方法
2022-07-26 18:00:16
常用安全技術
3A:
- 認證：身份確認
- 授權：許可權分配
- 審計：監控做了什麼
安全通訊
加密演演算法和協定
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對稱加密：
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非對稱加密
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單向加密：雜湊（hash）加密
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認證協定
對稱加密：
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加密和解密使用的是同一個金鑰
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是通過將原始資料分割成若干塊來逐個進行加密
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特點：效率高、速度快
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缺點：加密解密使用的金鑰相同，需要提前把金鑰發給別人且不能確定資料來自於傳送方。
常見的對稱加密演演算法：
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DES：56位加密，把資料切成56Bit一塊來進行加密
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3DES：DES的方式加密三次
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AES：高階加密標準，金鑰長度是可變的。 (128, 192, 256bits)
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Blowfish，Twofish
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IDEA，RC6，CAST5
非對稱加密演演算法：
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金鑰成對出現，加密和解密用的金鑰不相同
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通訊雙方都需要各自的金鑰和私鑰
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特點：公鑰加密、私鑰解密,可以確認資料的來源
公鑰：public key，公開給所有人，
私鑰：secret key，private key 私有的，必須保證其私密性，用於自已加密簽名
可以使用私鑰來加密、也可以使用公鑰來加密。
公鑰和私鑰是成對的，需要使用同一個人的鑰匙才能進行解密
數位簽章：採用私鑰來進行加密、使用公鑰來進行解密。（其他人的到的資料只能使用他的公鑰來解密，這樣就能確定資料的來源性）
非對稱加密的兩種使用場景：
資料安全：加密的資料只有自己能解開 --- 公鑰加密、私鑰解密
資料來源確認：確定資料的來源性 --- 私鑰加密、公鑰解密（實現數位簽章）
缺陷：複雜程度高
常見的非對稱加密常見演演算法：
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RSA：三個發明人首字母簡稱。加密和數位簽章都可以實現
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DSA（Digital Signature Algorithm）：數位簽章演演算法，只能做來源確認，不能做資料加密。
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ECC：橢圓曲線密碼編碼學，比RSA加密演演算法使用更小的金鑰，提供相當的或更高等級的安全
對稱加密演演算法適合加密大的資料
非對稱加密演演算法合適加密小的資料
雜湊（hash）演演算法
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雜湊演演算法又稱為雜湊演演算法，是一種單向的加密演演算法，是不可逆的。
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雜湊演演算法算出來的結果叫做摘要（digest）。
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雜湊演演算法固定時，摘要的長度是固定的大小，內容不同。摘要的內容由資料決定。
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通過摘要無法推出原有資料的內容
使用場景：
雜湊演演算法：用來確認資料的完整性
類似於指紋，人不同，指紋就不同。得到指紋但是不知道他是誰。
可以用來檢查資料是否被篡改，因為資料不變，摘要也不會發生改變。
常用的雜湊演演算法
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md5: 摘要是128bits字元 已經被破解了
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sha1: 摘要是160bits字元 已經被破解了
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sha224、sha256、sha384、sha512
兩個賬號的密碼一樣，但是得到的雜湊摘要不一樣，這是因為為了保證資訊的安全，在加密密碼之前加鹽（隨機字串）處理，然後再進行加密。這樣就保證了同樣的密碼，生成的雜湊摘要不一樣的原因。1
演演算法的組合使用
資料加密的實現
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採用對稱和非對稱金鑰的組合使用。
-
實現資料加密，無法驗證資料完整性和來源
張三先使用對稱加密來加密資料檔案，然後使用李四的公鑰來加密這個對稱加密的金鑰檔案。最後把這兩個檔案發給李四。
李四收到這兩個檔案後，先使用自己的私鑰解密加密的金鑰檔案得到對稱加密的金鑰，最後使用這個金鑰來解密資料。
數位簽章的實現
不加密資料，可以保證資料來源的可靠性、資料的完整性和一致性
張三先使用雜湊演演算法得到一個摘要，摘要放在資料的後面，然後使用私鑰來加密這個摘要資訊（資料沒加密）。然後把資料和數位簽章發給李四。
李四通過張三的公鑰來解密得到加密的摘要資訊，然後再對資料使用相同的雜湊演演算法來進行加密。
最後對比兩個摘要是不是一樣。一樣就確定了資料是張三發來的。
加密和簽名的實現
即實現資料加密，又可以保證資料來源的可靠性、資料的完整性和一致性
方法一：使用這種方法實現，如果資料很大的話。效率就會很低
張三加密過程：先把資料使用雜湊演演算法得到一個摘要，然後使用私鑰進行加密得到簽名。把資料放在這個簽名的後面。
然後再使用接受者的公鑰將他們進行加密。
李四解密過程：首先使用自己的私鑰進行解開得到裡面的簽名和資料。然後使用同樣的雜湊演演算法對資料進行加密，並且使用張三的公鑰將張三傳送過來的摘要解密
最後對比兩個摘要是都相同。
方法二：三種加密演演算法的綜合使用
張三先使用雜湊演演算法將資料進行加密，將得到的摘要資訊附加到資料後面，在使用自己的私鑰加密摘要資訊的到數位簽章。
然後使用對稱加密的方式將他們全部加密，再使用李四的公鑰來加密這個對稱金鑰檔案。
李四得到資料以後，首先通過自己私鑰解密得到對稱金鑰，然後再進行對稱解密得到資料和張三的數位簽章。
再通過張三的公鑰來解密這個簽名得到張三生成的摘要資訊。再通過同樣的雜湊演演算法生成一個摘要。對比兩個摘要是否一樣。
金鑰交換
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方法一：對稱金鑰發給對方：使用對方的公鑰加密，對方使用私鑰來進行解密。
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方法二：DH演演算法：生成對稱（對談）金鑰
CA和證書
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PKI：Public Key Infrastructure 公共金鑰加密體系
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簽證機構：CA（Certificate Authority），
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序號產生器構：RA
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證書吊銷列表：CRL，存放被吊銷了的證書
CA的證書頒發過程：
A、B直接把公鑰傳送給對方，因為存在中間人攻擊，所以誰也不敢信。後面就需要一個權威機構來進行擔保。
A、B的公鑰通過認證機構CA進行簽名（私鑰加密），簽名完以後加入一些其他資訊，比如有限期、說明資訊等。這樣就行成了一個證書。
例如A和B需要通訊的時候，A就把自己的證書傳送給通訊的對方，B得到這個證書以後，通過CA公鑰的解密得到了A的公鑰。
根CA會給子CA頒發證書，子CA再給使用者頒發證書。
例如：B想要解開A傳送給他的證書，就需要拿到CA1的公鑰，因為CA1的證書是根CA給的，所以根CA就有CA1的公鑰。B利用根CA個CA1頒發的證書，間接就得到了CA1的公鑰，就可以解開A的證書。
#任何一個主機（windows）都有最根上面的根CA的證書。（系統安裝以後就自帶的）
加密相關的一些安全協定
安全協定SSL\TLS
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SSL：安全通訊協定，後來改名為TLS協定。
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TLS: Transport Layer Security（傳輸層安全性協定），裡面整合和很多功能。
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TLS是一個通用的協定，可以實現各種不加密協定的加密。
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TLS協定的作用：用於在兩個通訊應用程式之間提供保密性和資料完整性
HTTPS協定
http協定是不加密的，http協定+TLS協定就是https協定
HTTPS的通訊過程：
伺服器端設定：會向指定CA組織申請證書
使用者端傳送https請求
伺服器將自己的證書傳送給使用者端
使用者端校驗證書的有效性（是否是權威CA頒發、是否過期等）
如果校驗通過，使用者端就使用伺服器端的公鑰（伺服器端傳送過來的證書中有）生成一個隨機的key傳送給伺服器端
伺服器端使用自己的私鑰來解密得到這個key
後面雙方就可以使用這個key（對稱金鑰來進行資料的傳輸）
openssl
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openssl是一個開放原始碼的軟體庫包。
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應用程式可以使用這個包來實現資料加密、身份確認等功能。
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這個包廣泛被應用在網際網路的網頁伺服器上
openssl軟體包的元件：
libcrypto：用於實現加密和解密的庫
libssl：用於實現ssl通訊協定的安全庫
openssl：多用途命令列工具 #最長用的一個元件，裡面的核心工具：openssl
Base64編碼
作用：實現編碼轉換的作用。實現把ascii碼中不可見的字元轉換為可見的字元
ascii中可見的字元有64個
ascii碼可見的字元：aA-zZ 0-9 = / 26+26+10+2=64
openssl命令
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互動式（預設）
-
批次處理：
檢視openssl的版本
互動式:
[root@ubuntu1804 ~]#openssl
OpenSSL> version
批次處理式：
root@ubuntu2004:~# openssl version
openssl命令實現對稱加密
enc：對稱加密演演算法工具，實現對稱加密和解密
#命令格式
openssl enc -e -des3 -a -salt -in 需要加密的檔案 -out 加密後的檔案
-e：表示加密
-des3：表示使用3des這種非對稱加密演演算法
-a：表示使用Base64進行編碼轉換
-salt：表示加鹽
-in：表示需要加密的檔案
-out：後面存放加密生成的結果的檔案
解密：把-e換成-d就行了
openssl enc -d -des3 -a -salt -in testfile.cipher -out testfile
-d：表示解密
openssl實現單向雜湊加密
dgst：用於資料摘要，摘要就是使用雜湊演演算法單項加密得到的。
#格式
openssl 使用的加密演演算法 需要加密的檔案 #dgst可以省略
例如：openssl sha512 filename
#或者使用sha1sum| sha256sum | sha512sum filename 得到的值是一樣的，因為他們使用的演演算法是一樣的。
[root@vms88 ~]# sha1sum aa
f572d396fae9206628714fb2ce00f72e94f2258f aa
[root@vms88 ~]# openssl sha1 aa
SHA1(aa)= f572d396fae9206628714fb2ce00f72e94f2258f
雜湊演演算法：md5, sha1, sha256,sha512…
openssl 命令生成使用者密碼
passwd：生成雜湊密碼。生成各種口令密文
格式：
openssl passwd --help
例如： openssl passwd -6 #會要求輸入兩次密碼且會自動新增對應的鹽，也可以人為指定鹽
#CentOS7也可以使用python來生成sha512加密的口令：
-6：表示採用sha512這種加密算嗎（Centos7上面沒有）
-5：sha256演演算法
-1：md5演演算法
openssl 生成亂數
rand:生成隨機位元組
/dev/random：結合硬體資訊來生成字元。亂數用光了就會阻塞程式的執行
/dev/urandom：亂數也是來自硬體，亂數用光了會用軟體模擬生成偽亂數。不會阻塞執行。
#使用rand子命令來實現亂數的生成。
格式：
openssl rand -base64|-hex NUM
NUM: 表示位元組數，使用-hex，每個字元為十六進位制，相當於4位元二進位制，出現的字元數為NUM*2
openssl rand -base64 10 隨機生成一個10個位元組的符號（位元組不是3的整數倍就會出現等號的情況,=號是用來佔位的，四個位元組一組）
範例：隨機生成十個使用者，每個使用者分配一個隨機的密碼。
#!/bin/bash
for i in {1..10};do #{1..10}表示生成1..10的一個數位列表
id user$i &> /dev/null || useradd user$i #使用id命令檢視使用者是否存在，不存在就建立這個使用者
passwd=`openssl rand -base64 10` #獲取到一個隨機密碼
echo $passwd | passwd user$i --stdin &> /dev/null #給生成的使用者指定密碼
echo user$i:$passwd >> user.txt #將密碼儲存到一個指定檔案
done
openssl命令實現 PKI
PKI：Public Key Infrastructure 公共金鑰加密體系
生成私鑰：
openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATEKEY.FILE [指定的對稱加密演演算法] [NUM_BITS,預設2048]
-out：表示生成私鑰的輸出檔名
# 也可以給生成的私鑰進行堆成加密
對稱加密演演算法:man genrsa
-aes128, -aes192, -aes256, -aria128, -aria192, -aria256, -camellia128, -camellia192, -camellia256, -des, -des3, -idea
解密加密了的私鑰
如果在生成私鑰的時候採用堆成加密的方法加密了，解密的方法是：
#格式
openssl rsa -in 加密了的私鑰檔案 -out 解密後的檔案
公鑰是隱藏在私鑰內部的，可以通過私鑰的到公鑰。
#從私鑰中提取出公鑰
openssl rsa -in 私鑰檔案 -pubout -out 提取出來儲存的公鑰檔案
建立私有CA實現證書申請頒發
建立私有CA的工具：
-
OpenCA
-
openssl
openssl的組態檔
/etc/pki/tls/openssl.cnf
openssl的這個組態檔主要是設定CA證書頒發和申請的一些設定資訊。
組態檔說明
[ ca ]
default_ca = CA_default # 預設使用的CA
####################################################################
[ CA_default ]
dir = /etc/pki/CA # 存放和CA相關的檔案的目錄（CentOS7這個檔案預設存在）
certs = $dir/certs # 存放頒發的證書 Cert：證書
crl_dir = $dir/crl # 存放被吊銷的證書
database = $dir/index.txt # 存放ca的索引（需要人為建立）
new_certs_dir = $dir/newcerts # 存放新證書的位置
certificate = $dir/cacert.pem # ca的自簽名證書
serial = $dir/serial # 證書的編號（第一次需要人為建立並編號，後面會自動遞增） serial：連續的
crlnumber = $dir/crlnumber # 證書吊銷列表的編號
crl = $dir/crl.pem # 證書吊銷列表的檔案
private_key = $dir/private/cakey.pem# CA的私鑰
x509_extensions = usr_cert # The extensions to add to the cert
name_opt = ca_default # Subject Name options
cert_opt = ca_default # Certificate field options
policy = policy_match #指定使用的匹配策略
# For the CA policy
[ policy_match ]
countryName = match
stateOrProvinceName = match
organizationName = match
organizationalUnitName = optional
commonName = supplied
emailAddress = optional
三種策略：
match匹配：使用者申請證書的時候必須和CA一致（國家，省份，組織）
optional可選
supplied提供
建立私有CA
-
建立對應檔案
-
給自己頒發自簽名證書
1.建立CA相關檔案
#建立CA所需要的檔案：資料庫檔案和證書索引檔案
#database = $dir/index.txt # database index file.
#serial = $dir/serial # The current serial number
#生成證書索引資料庫檔案 只需要建立檔案就行，內容不需要手動維護
touch /etc/pki/CA/index.txt
#指定第一個頒發證書的序列號
echo 01 > /etc/pki/CA/serial
2.給CA頒發自己的證書
（1）生成CA的私鑰
#private_key = $dir/private/cakey.pem# The private key
cd /etc/pki/CA/
(umask 066; openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048)
（2）生成CA的自簽名證書
#certificate = $dir/cacert.pem
openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -days 3650 -out /etc/pki/CA/cacert.pem
#選項說明
-new：生成新證書籤署請求
-x509：表示證書的格式
-key：生成請求時用到的私鑰檔案
-days n：證書的有效期限
-out /PATH/TO/SOMECERTFILE: 證書的儲存路徑
範例：Centos8搭建私有CA
-
1.根據openssl對應的組態檔建立對應的檔案
-
2.建立私鑰檔案
-
3.生成自簽名證書
#建立對應的檔案（CentOS7上面預設存在）
[root@centos8 ~]#mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts,private}
#index.txt和serial檔案在頒發證書時需要使用,所以需要提前建立
[root@centos8 ~]#touch /etc/pki/CA/index.txt
[root@centos8 ~]#echo 01 > /etc/pki/CA/serial
#在指定的位置建立CA的私鑰
[root@centos8 ~]#cd /etc/pki/CA/
[root@centos8 CA]#(umask 066; openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048)
#給CA自己頒發自簽名的證書
[root@centos8 ~]#openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -days
3650 -out /etc/pki/CA/cacert.pem
#需要互動輸入國家、省、地區、組織等內容
#檢視自簽名證書的資訊
[root@centos8 ~]#openssl x509 -in /etc/pki/CA/cacert.pem -noout -text
-in:指定輸入的檔案
-noout：不輸出為檔案
-text：以文字方式來進行顯示
使用者實現證書的申請
-
1.使用者生成證書的私鑰，然後利用這個私鑰完成證書的申請
-
2.利用這個私鑰檔案來生成證書申請檔案（若是match這種策略。填寫的 國家 省 組織必須一致）
-
3.將生成的證書申請檔案給CA，由CA頒發證書
採用match這種策略這三個選項必須保持一致，如果採用的是option這種策略的話就不用保持一致都可以
#生成私鑰檔案
[root@centos8 ~]#(umask 066; openssl genrsa -out /data/app1/app1.key 2048)
#私鑰一般使用key作為字尾要標識
#利用私鑰生成證書申請檔案
[root@centos8 ~]#openssl req -new -key /data/app1/app1.key -out /data/app1/app1.csr
#證書申請檔案的字尾一般都是以csr為字尾作為標識
#互動式輸入資訊的時候 國家 省 組織不需要保持一致，其他隨意
#CA通過證書申請檔案來頒發證書
[root@centos8 ~]#openssl ca -in /data/app1/app1.csr -out /etc/pki/CA/certs/app1.crt -days 1000
-in：輸入檔案
-out：輸出檔案
#檢視頒發的證書檔案
openssl x509 -in /etc/pki/CA/certs/app1.crt -noout -text
[root@Centos8 CA]# tree /etc/pki/CA
/etc/pki/CA
├── cacert.pem
├── certs
│ └── app1.crt #生成的證書檔案
├── crl
├── index.txt
├── index.txt.attr
├── index.txt.old #前一個檔案的備份
├── newcerts
│ └── 01.pem #和app1.crt是同一個東西，自動生成的一個備份檔案
├── private
│ └── cakey.pem
├── serial
└── serial.old
#serial：存放的是下一個證書的證書編號
#檢視證書的有效性
openssl ca -status 01 #01就是這個證書的標號
將證書相關檔案傳送到使用者端使用
#cp /etc/pki/CA/certs/app1.crt /data/app1/ #放到使用者端的指定位置
字尾規定：
.crt #證書檔案的標識
.csr #證書申請檔案的標識 證書申請完成後，這個證書申請檔案就沒啥用了
.key #私鑰的標識 .pem也是私鑰的標識，但是windows不是別pem結尾的檔案
一個證書申請檔案只能申請一次證書。
實現一個申請檔案申請多個證書的方法；
[root@Centos8 CA]# cat index.txt.attr
unique_subject = yes #把yes變為no就可以了
證書的吊銷
例如：
openssl ca -revoke /etc/pki/CA/newcerts/11.pem
# 11.pem檔案標識要吊銷的證書檔案。
#檢視證書的狀態 從index這個檔案也能看出來 V：標識生效的 R：標識無效的證書
openssl ca -status 11
生成證書吊銷列表檔案
公開被吊銷的檔案。其他使用者可以獲取已經吊銷了的證書檔案列表
#需要建立一個clinumer檔案才可以 吊銷證書也需要一個吊銷證書的number 類似於index.txt
#這個檔案預設不存在，需要手動建立出來
echo 01 > /etc/pki/CA/crlnumber
openssl ca -gencrl -out /etc/pki/CA/crl.pem #證書吊銷檔案的路徑是約定好的