网络安全加解密原理

网络安全背景

网络就是实现不同主机之间的通讯。网络出现之初利用TCP/IP协议簇的相关协议概念，已经满足了互连两台主机之间可以进行通讯的目的，虽然看似简简单单几句话，就描述了网络概念与网络出现的目的，但是为了真正实现两台主机之间的稳定可靠通讯，其实是一件非常困难的事情了，如果还要再通讯的基础上保证数据传输的安全性，可想而知，绝对是难上加难，因此，网络发明之初，并没有太关注TCP/IP互联协议中的安全问题。

对于默认的两台主机而言，早期传输数据信息并没有通过加密方式传输数据，设备两端传输的数据本身实际是明文的，只要能截取到传输的数据包，就可以直接看到传输的数据信息，所以根本没有安全性可言。

数据加密算法

网络安全涉及很多方面，而网络数据的安全传输通常会面临以下几方面的威胁：

　　1.数据窃听与机密性：即怎样保证数据不会因为被截获或窃听而暴露。

　　2.数据篡改与完整性：即怎样保证数据不会被恶意篡改。

　　3.身份冒充与身份验证：即怎样保证数据交互双方的身份没有被冒充。

针对以上几个问题，可以用以下几种数据加密方式来解决（每种数据加密方式又有多种不同的算法实现）：

数据加密方式	描述	主要解决的问题	常用算法
对称加密	指数据加密和解密使用相同的密钥	数据的机密性	DES,AES
非对称加密	也叫公钥加密，指数据加密和解密使用不同的密钥-密钥对	身份验证	DSA，RSA
单向加密	指只能加密数据，而不能解密数据	数据的完整性	MD5,SHA系列算法

普通算法

网站此时利用普通常见算法，针对密码加密，基本保证数据再传输时候，不是明文

但是黑客可能会有一个庞大的算法本，里面记录了常见的密码和加密后的密文，一一对应，然后可以利用程序大量计算，反解出明文密码

撞库是黑客通过收集互联网已泄露的用户和密码信息，生成对应的字典表，尝试批量登陆其他网站后，得到一系列可以登录的用户。很多用户在不同网站使用的是相同的帐号密码，因此黑客可以通过获取用户在A网站的账户从而尝试登录B网址，这就可以理解为撞库攻击。

对称加密

对称加密算法，如其名，就是使用同一个秘钥进行加密和解密。

优点是速度较快，适合对数据量比较大的数据进行加密。

缺点是密钥的保存方式需要保证，一旦加密或者解密的哪一方泄漏了密钥，都会导致信息的泄漏。

常用的对称加密算法有:DES、3DES、DESX、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6、AES。

非对称加密

简单理解，比喻关系

公钥---锁

私钥---开锁钥匙

私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。

比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。

常用的非对称假面算法有：RSA，ECC，Diffie-Hellman，El Gamal，DSA（数字签名用）

虽然非对称加密很安全，但是和对称加密比起来，它非常的慢，所以我们还是要用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。为了解释这个过程，请看下面的例子：

1.使用对称加密，速度快

2.使用非对称加密的方式，针对第一步的秘钥加密传输

（1）超哥需要在银行的网站做一笔交易，他的浏览器首先生成了一个随机数作为对称密钥。

（2）超哥的浏览器向银行的网站请求公钥(非对称加密的公钥~~)。

（3）银行将公钥发送给超哥。

（4）超哥的浏览器使用银行的公钥将自己的对称密钥加密(这里是重点,已经是【对称加密+非对称加密】)。

（5）超哥的浏览器将加密后的对称密钥发送给银行。

（6）银行使用私钥解密得到超哥浏览器的对称密钥。

（7）超哥与银行可以使用对称密钥来对沟通的内容进行加密与解密了。

　总结

1.对称加密方式，加密解密使用同样的密钥，速度较快，但是密钥需要在网络中传输，因此可能被截获，不安全

2.非对称加密，使用一对密钥，公钥，私钥，因此安全性很高，但是加密和解密速度很慢

3.常用的方式是，结合两种加密方式，效率与安全性都有又了保障。

如何安全获取公钥

1) A和B端首先生成自己的公钥和私钥的密钥对，为了使对方能相信自己的公钥信息，将自己的公钥信息告知给第三方发证机构，利用第三方机构对自己的公钥进行公证。第三方机构会制作一个数字证书（机构编号以及发证机构的戳），并且第三方机构也要给自己设置一个合法的公钥和私钥，并且公钥设置为第三方机构的公钥证书。

2) 发证机关计算出数字证书数据的特征码，并用自己的私钥进行加密，并将加密的信息附加到特征码后成为数字签名。

3) A和B两端获得公正过的证书信息，并通过证书信息传递，得到对方的公钥。

4) A和B两端与第三方机构建立连接，获得第三方证书，通过第三方证书获得第三方公钥，利用第三方公钥只要能解密数字签名即可。

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Openssl软件

在传输层和应用层之间。ssl层

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openssl实践

openssl由三部分组成：

　　1.libcrpto：通用加密库

　　2. libssl：TSL/SSL组成库，基于会话实现了身份认证，数据加密和会话完整性。

　　3. openssl：提供命令行工具，例如模拟创建证书。

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openssl命令行

# 检查版本

[root@chaogelinux ~]# openssl version

OpenSSL 1.0.2k-fips 26 Jan 2017

# 配置文件

[root@chaogelinux ~]# cat /etc/pki/tls/openssl.cnf

#获取openssl命令操作

[root@chaogelinux ~]# openssl -?

openssl:Error: '-?' is an invalid command.

# 标准命令

Standard commands

asn1parse ca ciphers cms

crl crl2pkcs7 dgst dh

dhparam dsa dsaparam ec

...

# 信息摘要命令，单向加密命令

Message Digest commands (see the `dgst' command for more details)

md2 md4 md5 rmd160

sha sha1

# 加密命令

Cipher commands (see the `enc' command for more details)

aes-128-cbc aes-128-ecb aes-192-cbc aes-192-ecb

aes-256-cbc aes-256-ecb base64 bf

bf-cbc bf-cfb bf-ecb bf-ofb

# 测试机器对openssl支持的加密算法进行速度测试，检测服务器性能

openssl speed

【openssl加密命令】

语法

openssl enc -加密算法 -in filename -out filename

# 对文件加密

[root@chaogelinux ~]# cat my.pwd

yu:123

[root@chaogelinux ~]#

# 输入密码后加密成功，超哥这里是888888

[root@chaogelinux ~]# openssl enc -des3 -salt -a -in my.pwd -out my.pwd.des3

enter des-ede3-cbc encryption password:

Verifying - enter des-ede3-cbc encryption password:

#解密文件

[root@chaogelinux ~]# cat my.pwd.des3

U2FsdGVkX19ZDOFtbdZz3QNu+bxm3DKd

[root@chaogelinux ~]#

# 输入密码后，解密文件

[root@chaogelinux ~]# openssl enc -des3 -d -salt -a -in my.pwd.des3 -out my.pwd.src

enter des-ede3-cbc decryption password:

[root@chaogelinux ~]#

[root@chaogelinux ~]# cat my.pwd.src

yu:123

参数解释：

enc openssl把众多的对称加密算法，统一集成在了enc指令，用法是 enc -算法名

-des3 指定算法

-d 指定解密

-e 指定加密

-salt 密码加盐，防止密码被破解

-a 基于base64位编码，可选参数

【openssl创建私有证书】

1.创建私钥和公钥，模拟证书颁发机构生成证书，生成一对密钥

# 指定私钥长度1024，并且将生成的私钥信息保存在文件里，且利用小括号功能，修改子shell的umask

[root@chaogelinux ssl_cert]# (umask 077;openssl genrsa -out server1024.key 1024)

Generating RSA private key, 1024 bit long modulus

..........++++++

...................++++++

e is 65537 (0x10001)

# 读取私钥文件，选择非对称加密算法rsa，生成公钥，写入到文件中

[root@chaogelinux ssl_cert]# openssl rsa -in server1024.key -pubout -out server1024.key.pub

# 检查文件

[root@chaogelinux ssl_cert]# ls

server1024.key server1024.key.pub

# 生成自签的证书

[root@chaogelinux ssl_cert]# openssl req -new -x509 -key server1024.key -out server.crt -days 365

You are about to be asked to enter information that will be incorporated

into your certificate request.

What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.

There are quite a few fields but you can leave some blank

For some fields there will be a default value,

If you enter '.', the field will be left blank.

-----

Country Name (2 letter code) [XX]:CN

State or Province Name (full name) []:BJ

Locality Name (eg, city) [Default City]:BJ

Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:chaoge

Organizational Unit Name (eg, section) []:it

Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:pythonav.cn

Nginx部署https

利用证书实现HTTPS访问Nginx服务，需要nginx使用ssl模块配置HTTPS支持，默认情况下ssl模块并未被安装，如果要使用该模块则需要在编译时指定–with-http_ssl_module参数，安装模块依赖于OpenSSL库和一些引用文件，这些文件并不在同一个软件包中，通常这个文件名类似libssl-dev。

nginx的https协议需要ssl模块的支持，我们在编译nginx时使用--with-http_ssl_module参数加入SSL模块。还需要服务器私钥，服务器证书，如果是公司对外环境，这个证书需要购买第三方的权威证书，否则用户体验得不到保障

部署https实践

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1.创建Nginx需要的证书文件

确保机器安装了openssl和openssl-devel，创建证书

yum install openssl openssl-devel -y

2.确保nginx支持了ssl模块，查看nginx编译信息即可

nginx -V

3.模拟证书颁发机构CA创建证书

进入nginx安装目录，便于管理证书

[root@chaogelinux ~]# cd /opt/ngx112/

[root@chaogelinux ngx112]# mkdir key

[root@chaogelinux ngx112]# cd key/

# 生成私钥文件，利用字shell降低文件权限

[root@chaogelinux key]# (umask 077;openssl genrsa -out server1024.key 1024)

Generating RSA private key, 1024 bit long modulus

.++++++

...++++++

e is 65537 (0x10001)

# 自己签发证书，crt证书扩展名

[root@chaogelinux key]# openssl req -new -x509 -key server1024.key -out server.crt -days 365

You are about to be asked to enter information that will be incorporated

into your certificate request.

What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.

There are quite a few fields but you can leave some blank

For some fields there will be a default value,

If you enter '.', the field will be left blank.

-----

Country Name (2 letter code) [XX]:CN

State or Province Name (full name) []:BJ

Locality Name (eg, city) [Default City]:BJ

Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:chaoge

Organizational Unit Name (eg, section) []:it

Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:pythonav.cn

Email Address []:[email protected]

# 向机构申请证书，我们这里生成的是证书请求文件，而不是直接生成证书了，运维发送该文件给机构，请求合法证书

[root@chaogelinux key]# openssl req -new -key server1024.key -out server.csr

You are about to be asked to enter information that will be incorporated

into your certificate request.

What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.

There are quite a few fields but you can leave some blank

For some fields there will be a default value,

If you enter '.', the field will be left blank.

-----

Country Name (2 letter code) [XX]:CN

State or Province Name (full name) []:BJ

Locality Name (eg, city) [Default City]:BJ

Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:chaoge

Organizational Unit Name (eg, section) []:it

Common Name (eg, your name or your server's hostname) []:pythonav.cn

Email Address []:[email protected]

# 针对这个请求文件，做一个加密处理，告知办法机构，可以用这个密码解密，了解公司信息，也可以直接回车不写密码

Please enter the following 'extra' attributes

to be sent with your certificate request

A challenge password []:

# 一般这个证书颁发，需要等到一周内的时间，因此我们直接使用本地的自己签发的证书即可，进行练习

4.配置Nginx，加载私钥，证书

修改nginx.conf，添加

include extra/443.conf;

# 创建https配置文件

vim 443.conf 写入

[root@web01 extra]# cat 443.conf

server {

server_name _;

listen 443 ssl;

ssl_certificate /opt/nginx/key/server.crt;

ssl_certificate_key /opt/nginx/key/server1024.key;

charset utf-8;

location / {

root html;

index index.html index.htm;

}

~

# 修改80端口虚拟主机，进行请求转发给443

}

server {

listen 80;

server_name www.chaoge.com;

charset utf-8;

rewrite ^(.*)$ https://$host$1 permanent;

location / {

root html;

index index.html index.htm;

}

include extra/443.conf;

}

# 检测语法，重启nginx

[root@web01 extra]# nginx -t

nginx: the configuration file /opt/nginx-1.16.0//conf/nginx.conf syntax is ok

nginx: configuration file /opt/nginx-1.16.0//conf/nginx.conf test is successful