SSH原理和应用

事情源于前两天开发一哥们向我要服务器之间登录无密码实现的命令,当时只知其命令,却不知其所以然。于是就决定好好的复习一下之前学过的基础了,正所谓基础不牢,地动山摇嘛。
那么SSH是一种网络协议,主要用于计算机之间的加密登录。
如果一个用户从本地计算机,使用SSH协议登录另一台远程计算机,我们就可以认为,这种登录是安全的,即使被中途截获,密码也不会泄露。

中间人攻击


SSH之所以能够保证安全,原因在于它采用了公钥加密。
整个过程是这样的:

1. 远程主机收到用户的登录请求,把自己的公钥发给用户。
2. 用户使用这个公钥,将登录密码加密后,发送回来。
3. 远程主机用自己的私钥,解密登录密码,如果密码正确,就同意用户登录。

这个过程本身是安全的,但是实施的时候存在一个风险:如果有人截获了登录请求,然后冒充远程主机,将伪造的公钥发给用户,那么用户很难辨别真伪。因为不像https协议,SSH协议的公钥是没有证书中心(CA)公证的,也就是说,都是自己签发的。
可以设想,如果攻击者插在用户与远程主机之间(比如在公共的wifi区域),用伪造的公钥,获取用户的登录密码。再用这个密码登录远程主机,那么SSH的安全机制就荡然无存了。这种风险就是著名的”中间人攻击”。
那么,SSH协议是如何应对的呢?

密码登录


如果你是第一次登录对方主机,系统会出现下面的提示:
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4
# ssh root@192.168.16.11
The authenticity of host '192.168.16.11 (192.168.16.11)' can't be established.
RSA key fingerprint is a8:e6:92:33:1d:ea:05:76:44:c9:82:e9:3b:50:0e:be.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?

这段话的意思是,无法确认host主机的真实性,只知道它的公钥指纹,问你还想继续连接吗?
所谓”公钥指纹”,是指公钥长度较长(这里采用RSA算法,长达1024位),很难比对,所以对其进行MD5计算,将它变成一个128位的指纹。上例中是a8:e6:92:33:1d:ea:05:76:44:c9:82:e9:3b:50:0e:be,再进行比较,就容易多了。
很自然的一个问题就是,用户怎么知道远程主机的公钥指纹应该是多少?回答是没有好办法,远程主机必须在自己的网站上贴出公钥指纹,以便用户自行核对。
假定经过风险衡量以后,用户决定接受这个远程主机的公钥。
系统会出现一句提示,表示host主机已经得到认可。

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root@192.168.16.12's password:

如果密码正确,就可以登录了。
当远程主机的公钥被接受以后,它就会被保存在文件$HOME/.ssh/known_hosts之中。下次再连接这台主机,系统就会认出它的公钥已经保存在本地了,从而跳过警告部分,直接提示输入密码。
每个SSH用户都有自己的known_hosts文件,此外系统也有一个这样的文件,通常是/etc/ssh/ssh_known_hosts,保存一些对所有用户都可信赖的远程主机的公钥。

公钥登录


使用密码登录,每次都必须输入密码,非常麻烦。好在SSH还提供了公钥登录,可以省去输入密码的步骤。
所谓”公钥登录”,原理很简单,就是用户将自己的公钥储存在远程主机上。登录的时候,远程主机会向用户发送一段随机字符串,用户用自己的私钥加密后,再发回来。远程主机用事先储存的公钥进行解密,如果成功,就证明用户是可信的,直接允许登录shell,不再要求密码。
这种方法要求用户必须提供自己的公钥。如果没有现成的,可以直接用ssh-keygen生成一个:
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ssh-keygen -t rsa -P ''

运行上面的命令以后,系统会出现一系列提示,可以一路回车。
运行结束以后,在$HOME/.ssh/目录下,会新生成两个文件:id_rsa.pub和id_rsa。前者是你的公钥,后者是你的私钥。
这时再输入下面的命令,将公钥传送到远程主机host上面:

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ssh-copy-id -i /root/.ssh/ch_rsa.pub USER@IP

好了,从此你再登录,就不需要输入密码了。
远程主机将用户的公钥,保存在登录后的用户主目录的$HOME/.ssh/authorized_keys文件中。公钥其实就是一段字符串,只要把它追加在authorized_keys文件的末尾就行了。
如果还是不行,就打开远程主机的/etc/ssh/sshd_config这个文件,检查下面几行前面”#”注释是否取掉。

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3
  RSAAuthentication yes
  PubkeyAuthentication yes
  AuthorizedKeysFile .ssh/authorized_keys

然后重启sshd服务即可。

公钥认证原理


所谓的公钥认证,实际上是使用一对加密字符串,一个称为公钥(public key),任何人都可以看到其内容,用于加密;另一个称为密钥(private key),只有拥有者才能看到,用于解密。通过公钥加密过的密文使用密钥可以轻松解密,但根据公钥来猜测密钥却十分困难。
ssh 的公钥认证就是使用了这一特性。服务器和客户端都各自拥有自己的公钥和密钥。为了说明方便,以下将使用这些符号。

  • Ac 客户端公钥
  • Bc 客户端密钥
  • As 服务器公钥
  • Bs 服务器密钥

在认证之前,客户端需要通过某种方法将公钥 Ac 登录到服务器上。
认证过程分为两个步骤。
一、会话密钥(session key)生成

1. 客户端请求连接服务器,服务器将 As 发送给客户端。
2. 服务器生成会话ID(session id),设为 p,发送给客户端。
3. 客户端生成会话密钥(session key),设为 q,并计算 r = p xor q。
4. 客户端将 r 用 As 进行加密,结果发送给服务器。
5. 服务器用 Bs 进行解密,获得 r。
6. 服务器进行 r xor p 的运算,获得 q。
7. 至此服务器和客户端都知道了会话密钥q,以后的传输都将被 q 加密。

二、认证

1. 服务器生成随机数 x,并用 Ac 加密后生成结果 S(x),发送给客户端
2. 客户端使用 Bc 解密 S(x) 得到 x
3. 客户端计算 q + x 的 md5 值 n(q+x),q为上一步得到的会话密钥
4. 服务器计算 q + x 的 md5 值 m(q+x)
5. 客户端将 n(q+x) 发送给服务器
6. 服务器比较 m(q+x) 和 n(q+x),两者相同则认证成功

公钥加密


数字签名


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