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OpenSSL之安全通讯基础

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共计 7245 个字符,预计需要花费 19 分钟才能阅读完成。

任何一套安全的通讯系统在数据传输过程中至少具备以下三个特性:

1,验证来源的合法性

2,保证数据的完整性

3,保证数据的私密性

对数据的私密性要求,我们可以通过对数据进行加解密来完成。如下图所示:

OpenSSL 之安全通讯基础

通过 OpenSSL 提供 FTP+SSL/TLS 认证功能,并实现安全数据传输 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84986.htm

Linux 下生成 OpenSSL 证书 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-03/98955.htm

Apache 服务器 OpenSSL 升级 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-04/100591.htm

OpenSSL 在 Linux Eclipse 下使用的完整过程 - 附截图和测试程序 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-04/99852.htm

OpenSSL 对数组加密解密的完整实现代码 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-04/99850.htm

数据加密 (encryption): 使用一个密钥(key) 并通过一种加密算法将明文(plaintext)

加密成密文(ciphertext)。

数据解密(decryption): 是数据加密的逆向过程。通过密钥将密文解密成明文。

注:图中加解密的 Key 可以是同一个密钥,也可以是不同的密钥。

根据加解密 Key 的不同将加密体系分为两种:

1,对称加密

特点:使用同一个密钥进行加解密

优点: 加密速度快

缺点:秘钥传递问题

常见的对称加密算法有:DES,3DES,AES 等

2,非对称加密

特点:数据传输双方事先都必须产生一对密钥

一个称为公钥

一个称为私钥

公钥加密的数据,只有对应的私钥才能解密

私钥加密的数据,只有对应的公钥才能解密

优点:解决了秘钥传递问题

缺点:加密速度慢

常见的非对称加密算法有:RSA,DH 等

对称加密图例:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注: 发送方利用自己的密钥 (Key) 对明文数据进行加密;

接收方必须得到发送方的密钥(Key);

接收方利用发送方的密钥对密文进行解密;

如果密钥在传输过程中被第三方获悉,那此次加密的私密性得不得保障。

对称加密 openssl 实现:

加密数据:

格式:openssl enc  -ciphername -k password -in file1 -out file2

说明:

enc              加密关键字

-ciphername      指定加密算法

-k              指定口令关键字

password        口令

-in              指定输入文件(file1)

-out            指定输出文件(file2)

解密数据:

格式:openssl enc -ciphername -k password -d -in file -out file2

说明:-d              解密

其他参数同上

openssl 支持的加密算法:DES,DES3,RC2,RC5,AES256 等

实例:

加密:

openssl enc -des3 -k 123456 -in test.txt -out test.bin

解密:

openssl enc -des3 -k 123456 -d -in test.bin -out test1.txt

非对称加密图例:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:首先通讯双方都产生一对密钥;

数据发送方得到数据接收方的公钥;

数据发送方利用数据接收方的公钥对数据进行加密;

数据接收方利用自己的私钥对加密数据进行解密;

数据接收方最终得到明文的数据。

任何一方得到接收方的公钥,也解密不了传输中的数据。

非对称加密 openssl 实现:

产生密钥对:

格式:openssl genrsa -out file 1024

openssl rsa -in file -pubout

说明:

genrsa        使用 rsa 算法产生密钥

-out          指定输出文件

1024          指定算法强度 单位 bit

rsa            使用 rsa 算法产生密钥

-in            指定输入文件

-pubout        从私钥中提取公钥

使用公钥加密数据:

格式:openssl rsautl -in file -out file -inkey file -pubin -encrypt

说明:

rsautl        使用 rsautl 对文件进行加密

-in          指定输入文件(需要被加密的文件)

-inkey        指定输入密钥文件

-pubin        指定 -inkey 输入的是一个公钥文件

-encrpt      表示加密

使用私钥解密:

格式:openssl rsautl -in file -out file -inkey file -decrypt

说明:

-inkey        指定输入密钥文件(这里应该是私钥文件)

-decrypt      表示解密

其他同上

实例:

产生密钥对:

openssl genrsa -out priv.key 1024            // 产生私钥

openssl rsa -in priv.key -pubout > pub.key    // 提取公钥

使用公钥加密数据:

openssl rsautl -in test.txt -out test.bin -inkey pub.key -pubin -encrypt

使用私有解密:

openssl rsautl -in test.bin -out test2.txt -inkey priv.key -decrypt

总结:虽然非对称加密体系实现了密钥交换的问题,但其本身算法实现复杂导致其加密速度慢。

于是在使用中,人们一般将对称加密和非对称加密二者结合起来使用。

更多详情见请继续阅读下一页的精彩内容:http://www.linuxidc.com/Linux/2014-06/103305p2.htm

混合使用之加密图解:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:首先发送方利用一个随机数产生了一个对称密钥(session key);

发送方利用这个 session key 对数据进行加密;

发送方拿着接收方的公钥对这个 session key 进行加密;

发送方将加密好的数据和加密好的 session key 发送给接收方;

这种方法既保证了加密速度,又保证了加密密钥的安全传送。

混合使用之解密图解:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:接收方接收到加密的数据和加密的 session key;

接收方利用自己的私钥解密加密的 session key;

接收方再利用已解密的 session key 来解密加密的数据文件;

接收方最终得到了明文的数据。

总结:虽然混合使用对称加密和非对称加密之后,既保证了加密速度,又保证了加密密钥的安全传送。

但是始终没办法保证来源的合法性。这时候就需要用到数字签名(Digital Signature)。

数字签名图解:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:发送方使用自己的私钥加密数据文件(数字签名);

接收方接收到这个数字签名文件;

接收方使用发送方的公钥来解密这个数字签名文件;

如果能够解开,则表明这个文件是发送方发送过来的;

否则为伪造的第三方发送过来的。

对于发送方来讲这种签名有不可否认性。

数字签名 openssl 实现:

产生密钥对:

格式:openssl genrsa -out file 1024

openssl rsa -in file -pubout

使用私钥完成签名:

格式:openssl rsautl -in file -out file -inkey file -sign

说明:

-inkey 后面跟私钥

-sign  表示签名

使用公钥校验签名:

格式:openssl rsautl -in file -out file -inkey file -pubin -verify

-inkey  后面跟公钥

-verify 表示校验签名

实例:

签名:

openssl rsautl -in test.txt -out test.sig -inkey priv.key -sign

校验签名:

openssl rsautl -in test.sig -out test3.txt -inkey pub.key -pubin -verify

总结:非对称加密中,公钥加密,私钥解密。主要用来进行数据加密。

私钥加密,公钥解密。主要用来进行数字签名和认证。

到目前为止,解决了数据传输过程中数据私密性和来源合法性的问题。但是数据的完整性有靠什么来保障呢?这就要利用散列函数来实现。

散列函数的特点:

1,输入可以是任意长度 但输出是定长的。MD5 128bits  SHA1 160bits

2,加密过程不可逆,无法根据特征码还原原来的数据

3,雪崩效应  输入的一点点改变 会导致结果发生很大改变

4,输入一致,输出必然相同

注:不同的输入,可能会有同样的输出。但是概率很小 并不代表没有这种可能

常见的散列函数(Hash 函数):

1,MD5

2,SHA1

散列函数 openssl 实现:

产生一个文件的 MD5 值:

格式:openssl dgst -md5 file

md5sum file

产生一个文件的 SHA1 值:

openssl dgst -sha1 file

sha1sum file

实例:

openssl dgst -md5 openssl-0.9.8h.tar.gz

md5sum  openssl-0.9.8h.tar.gz

openssl dgst -sha1 openssl-0.9.8h.tar.gz

sha1sum openssl-0.9.8h.tar.gz

总结:散列函数可以根据任意长度的输入,生成定长的摘要信息。这样可以用来校验文件的完整性。

防止数据在传输过程中被第三方篡改。

安全数字签名图解:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:发送方利用散列函数对明文数据进行 Hash 得到摘要信息;

发送方使用自己的私钥对摘要信息进行签名;

接收方利用发送方的公钥来验证来源的合法性;

接收方利用摘要信息来验证数据的完整性;

注:

当源文件很大,如果对源文件进行签名,就会比较耗费时间。

如果只对摘要信息进行签名,速度比较快,因为它是定长的且位数不长。

总结:利用散列函数我们可以用来保证数据的完整性。使用对称加密和非对称加密体系来完成数据的机密性和验证来源的合法性。但验证来源的合法性其实存在一个缺陷,就是怎么保证公钥的合法性?我们来看下图中的例子:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:假设 Alice 想向 Bob 发送一个文件。

首先 Alice 得得到 Bob 的公钥;

但是很不幸,Alice 得到的是 Hacker 使用自己的公钥伪装成 Bob 的公钥;

于是 Alice 拿着这个伪装的公钥对文件进行加密,并发送给 Bob;

但不幸的事情又发生了,这个加密文件被 Hacker 截获;

于是,Hacker 得到了文件的内容;

Hacker 对原文件可能进行篡改 / 也可能不会篡改;

这样看 Hacker 的目的;

于是 Hacker 利用 Bob 真正的公钥对文件进行加密;然后发送给 Bob;整个过程对 Bob 和 Alice 来说全然无知。

通过上图,我们看出要想实现对公钥来源合法性进行验证。就必须得引入另一个角色。首先数据通讯双方都得信任这个角色。也就是这个角色具有权威性。其次,这个角色可以帮助通讯双方安全完成公钥交换。我们通常把这样一个角色或机构称为 CA。

利用 CA 完成整个安全通讯过程:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:

1,首先必须保证 CA 为数据通讯双方都认可的机构;

2,数据通讯双方向 CA 提交认证申请。里面包含各自的公钥;

3,CA 分别对通讯双方的合法性进行验证;如果验证通过,CA 则利用自己的私钥分别对两份申请文件进行加密(数字签名)。最终产生一个由 CA 完成数字签名的文件。我们把这个文件称为数字证书。

4,通讯双方各自下载由 CA 签发的数字证书;

5,假设 Alice 想要发送一个文件给 Bob;

6,首先 Alice 得向 Bob 请求得到 Bob 的数字证书;

7,Alice 利用 CA 的公钥完成对 Bob 数字证书合法性认证,并且从证书中得到 Bob 的公钥。

8,Alice 利用散列函数对数据进行 Hash 产生摘要信息;并通过程序随机生成一个 session key, 利用这个 session key 对数据进行加密;Alice 再利用 Bob 的公钥对这个 session key 进行加密;

9,Alice 将自己的证书和加密后的文件 (包含 session key) 一并发送给 Bob;

10,Bob 接收到 Alice 发来的文件后,先用 CA 的公钥来验证文件来源的合法性。如果合法,则利用自己的私钥对 session key 进行解密,再利用 session key 对数据进行解密,得到明文数据。然后,利用散列函数对数据进行 Hash 得到摘要信息。将自己得到的摘要信息和 Alice 发过来的摘要信息进行比对,如果一致,则表明数据没有被篡改。安全通讯完成。

OpenSSL 的详细介绍:请点这里
OpenSSL 的下载地址:请点这里

任何一套安全的通讯系统在数据传输过程中至少具备以下三个特性:

1,验证来源的合法性

2,保证数据的完整性

3,保证数据的私密性

对数据的私密性要求,我们可以通过对数据进行加解密来完成。如下图所示:

OpenSSL 之安全通讯基础

通过 OpenSSL 提供 FTP+SSL/TLS 认证功能,并实现安全数据传输 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84986.htm

Linux 下生成 OpenSSL 证书 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-03/98955.htm

Apache 服务器 OpenSSL 升级 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-04/100591.htm

OpenSSL 在 Linux Eclipse 下使用的完整过程 - 附截图和测试程序 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-04/99852.htm

OpenSSL 对数组加密解密的完整实现代码 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-04/99850.htm

数据加密 (encryption): 使用一个密钥(key) 并通过一种加密算法将明文(plaintext)

加密成密文(ciphertext)。

数据解密(decryption): 是数据加密的逆向过程。通过密钥将密文解密成明文。

注:图中加解密的 Key 可以是同一个密钥,也可以是不同的密钥。

根据加解密 Key 的不同将加密体系分为两种:

1,对称加密

特点:使用同一个密钥进行加解密

优点: 加密速度快

缺点:秘钥传递问题

常见的对称加密算法有:DES,3DES,AES 等

2,非对称加密

特点:数据传输双方事先都必须产生一对密钥

一个称为公钥

一个称为私钥

公钥加密的数据,只有对应的私钥才能解密

私钥加密的数据,只有对应的公钥才能解密

优点:解决了秘钥传递问题

缺点:加密速度慢

常见的非对称加密算法有:RSA,DH 等

对称加密图例:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注: 发送方利用自己的密钥 (Key) 对明文数据进行加密;

接收方必须得到发送方的密钥(Key);

接收方利用发送方的密钥对密文进行解密;

如果密钥在传输过程中被第三方获悉,那此次加密的私密性得不得保障。

对称加密 openssl 实现:

加密数据:

格式:openssl enc  -ciphername -k password -in file1 -out file2

说明:

enc              加密关键字

-ciphername      指定加密算法

-k              指定口令关键字

password        口令

-in              指定输入文件(file1)

-out            指定输出文件(file2)

解密数据:

格式:openssl enc -ciphername -k password -d -in file -out file2

说明:-d              解密

其他参数同上

openssl 支持的加密算法:DES,DES3,RC2,RC5,AES256 等

实例:

加密:

openssl enc -des3 -k 123456 -in test.txt -out test.bin

解密:

openssl enc -des3 -k 123456 -d -in test.bin -out test1.txt

非对称加密图例:

OpenSSL 之安全通讯基础

图注:首先通讯双方都产生一对密钥;

数据发送方得到数据接收方的公钥;

数据发送方利用数据接收方的公钥对数据进行加密;

数据接收方利用自己的私钥对加密数据进行解密;

数据接收方最终得到明文的数据。

任何一方得到接收方的公钥,也解密不了传输中的数据。

非对称加密 openssl 实现:

产生密钥对:

格式:openssl genrsa -out file 1024

openssl rsa -in file -pubout

说明:

genrsa        使用 rsa 算法产生密钥

-out          指定输出文件

1024          指定算法强度 单位 bit

rsa            使用 rsa 算法产生密钥

-in            指定输入文件

-pubout        从私钥中提取公钥

使用公钥加密数据:

格式:openssl rsautl -in file -out file -inkey file -pubin -encrypt

说明:

rsautl        使用 rsautl 对文件进行加密

-in          指定输入文件(需要被加密的文件)

-inkey        指定输入密钥文件

-pubin        指定 -inkey 输入的是一个公钥文件

-encrpt      表示加密

使用私钥解密:

格式:openssl rsautl -in file -out file -inkey file -decrypt

说明:

-inkey        指定输入密钥文件(这里应该是私钥文件)

-decrypt      表示解密

其他同上

实例:

产生密钥对:

openssl genrsa -out priv.key 1024            // 产生私钥

openssl rsa -in priv.key -pubout > pub.key    // 提取公钥

使用公钥加密数据:

openssl rsautl -in test.txt -out test.bin -inkey pub.key -pubin -encrypt

使用私有解密:

openssl rsautl -in test.bin -out test2.txt -inkey priv.key -decrypt

总结:虽然非对称加密体系实现了密钥交换的问题,但其本身算法实现复杂导致其加密速度慢。

于是在使用中,人们一般将对称加密和非对称加密二者结合起来使用。

更多详情见请继续阅读下一页的精彩内容:http://www.linuxidc.com/Linux/2014-06/103305p2.htm

正文完
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版权声明:本站原创文章,由 星锅 2022-01-20发表,共计7245字。
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