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RSA与SSL浅析

HTTPS = HTTP + SSL

HTTP协议是明文传输的，也就是说当数据包使用HTTP协议进行传输的时候，如果数据包中途被截下来了，那么里面的数据（明文）就会完全暴露。因此，如果数据包里面存放着用户的帐号和密码，就可以认为用户的帐号和密码已经泄漏了。
HTTPS协议则使用了SSL对数据进行加密，即使数据被拦截下来，如果没有解密的密钥，也无法得知用户的数据。

RSA

RSA是一种非对称加密的算法，所谓非对称加密算法，就是用于加密解密的密钥有两个，即公钥和私钥，用公钥加密过的数据，只有私钥才能解密，用私钥加密过的数据，只有公钥才能解密。（对称加密算法就是说用于加密解密的只有一个密钥，密钥既能加密数据，又能解密数据）
公钥是可以公开的，别人知道也无所谓，私钥则要存储在安全的地方，不能泄漏。

考虑一下在客户端与服务器之间RSA的应用场景。

  • 客户端向服务器发送数据
    • 因为服务器的公钥是公开的，所以客户端很容易就能获取得到服务器的公钥。客户端利用服务器的公钥加密数据，这些数据只有存储在服务器的私钥才能解密。
  • 服务器向客户端发送数据
    • 服务器在向客户端发送数据的时候，除了用私钥加密以外，还要生成一个数字签名。
    • 什么是数字签名？服务器会使用hash函数对向客户端发送的数据生成一个摘要（digest），然后用服务器的私钥加密这一个digest，得到的就是数字签名了。
    • 当客户端拿到服务器发送的数据后，对数据使用相同的hash函数加密一遍，和用公钥解密的digest进行对比，如果核对一致则说明中途传输的数据没有被篡改。
  • 考虑第三种情况，如何确保你拿到的服务器公钥确实是正确的服务器的公钥呢？ 即有人将其他的服务器的公钥给了客户端，使客户端误以为自己在跟正确的服务器进行交互。（攻击者可以在代理服务器层拦截客户端的请求，再重定向到自己的服务器）
    • 这时候我们需要一个权威的第三方机构（CA）确认这一个公钥确实是真实的服务器的公钥，服务器将自己的公钥和一些私人信息发给CA，CA用自己的私钥将这些数据加密之后就是数字证书（SSL证书）。
    • 当服务器向客户端发送数据的时候，还附带上从CA下载到本地的证书，客户端拿到证书以后使用CA的公钥进行解密，确认服务器的公钥无误。

客户端与服务器最终交互流程如下：

RSA的运用场景：SSH

SSH远程登录主要有两种登录类型：口令登录以及密钥登录。

  • 口令登录
    • 客户端首先发出登录请求，服务器返回一个公钥，客户端使用公钥对登录密码进行加密，传输给服务器后，服务器使用私钥对登录密码解密然后核对。
  • 密钥登录
    • 客户端发出登录请求之后，服务器随机发送一段字符串，客户端使用自己的私钥加密之后返回给服务器，服务器使用存储的客户端的公钥进行解密，解密成功则登录成功。

有几点SSH文件放置注意的地方：

  • 客户端存放服务器公钥的地方在.ssh/known_hosts。
  • 服务器存放客户端公钥的地方在.ssh/authorized_keys。

如果使用密钥登录可以使用ssh-copy-id命令，不过要注意权限问题。

SSL

SSL是基于非对称加密的原理，在这之上还进行了对称加密的数据传输。当传送数据量过大的时候，客户端和服务器之间互相商定了一个对话密钥（session key），使用这个对话密钥来进行对称加密加快运算速度。

整个SSL的流程如下：

  • 客户端向服务器请求证书，验证无误后拿到服务器的公钥
  • 双方协商生成一个session key
  • 最后双方采用session key进行加密通信

主要关注前两步，即SSL的握手阶段。

  1. Client Hello
    • 客户端向服务器发出一个随机数，以及支持的传输协议以及加密算法 ，压缩方法。
  2. Server Hello
    • 服务器在确认支持客户端的传输协议等要求后，发送服务器的证书，以及一个随机数，安全需求更高的服务器会要求客户端发送证书来证明客户端的身份。
  3. 客户端回应
    • 客户端此时生成第三个随机数（这一个随机数被称为pre-master-key），向CA验证服务器的证书以后拿到服务器的公钥，使用公钥加密第三个随机数，并把加密后的第三个随机数发送给服务器。
    • 客户端在本地利用之前与服务器商量好的加密方法，根据这三个随机数生成一个对话密钥（session key）用于两端通信。
  4. 服务端回应
    • 服务端收到第三个随机数后，计算出对话密钥，至此，握手阶段结束。接下来使用对话密钥进行通信即可。

SSL证书签名申请(CSR)

在购买了SSL证书以后，需要把证书和域名绑定起来。一般的证书是只能用在一个域名上，不过端口不限制。

如果希望子域名都能使用HTTPS可以考虑入手一个通配型的SSL证书，或者子域名个数不多的时候可以使用UCC类型的SSL证书。UCC类型的SSL证书是指一个证书可以加密指定数量的网站，在配置证书的时候往SAN里面添加额外的域名即可。

在服务器端使用openssl命令生成一个csr为后缀的文件（同时还有你的服务器私钥key文件），然后上传或者粘贴CSR文件内容至购买域名的网站：

openssl req -new -newkey rsa:2048 -nodes -keyout 您的域名.key -out 您的域名.csr

笔者购买的是GoDaddy的域名证书，该网站还提供了详细的Nginx的CSR配置文件指导，传送门如下：
生成 NGINX CSR（证书签名申请）

在提交CSR文件后CA会确认你是否拥有对这个域名的所有权，Godaddy提供了两种验证方法：

  • 首先，Godaddy会发送一封邮件，邮件里包含了要显示的指定内容。
    • 第一种方法 ，如果没有对域名的管理权，但是拥有域名映射到的服务器的所有权，将指定内容做成HTML文件，并上传至域名映射的服务器的根目录等待Godaddy确认。
    • 第二种方法，如果拥有对域名的管理权，则在域名解析里面添加TXT类型的DNS记录，记录值就为指定内容，等待Godaddy确认。
      • 可以通过以下命令来确认TXT记录类型的DNS解析已经生效：
 
# 使用下面其中一条命令即可
 
dig -t TXT domain_name
 
host -t TXT domain_name

笔者在Godaddy下载证书之后得到两个证书（两个crt文件），其中有一个带有bundle命名的中间证书，需要把两个证书串联在一起得到一个最终证书。

$ cat first.crt bundle.crt > example.com.crt

Nginx配置HTTPS

非常简单，只需要在监听的端口上加上SSL配置就好了。

server {  
    listen 9999 ssl;
    server_name example.com;
 
    ssl on;
    ssl_certificate /root/.ssl/example_com.crt;
    ssl_certificate_key /root/.ssl/example_com.key;
}
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