SELS-SSL/TLS

一、了解公钥加密（非对称加密）

非对称加密中，用于加密数据的密钥与用于解密数据的密钥不同。私钥仅所有者知晓，而公钥则可自由分发。发送方使用接收方的公钥对数据进行加密，数据仅能使用相应的私钥进行解密。

你可以将公钥想象成一把可以扣上的开着的挂锁------发送方可以将信息放入一个盒子中，并使用这把挂锁将其锁住。只有拥有这把挂锁钥匙的人才能再次取出信息并阅读。

二、数字签名

除了加密和解密数据外，公钥和私钥还可以用于对数据进行数字签名。当对数据进行签名时，会从数据中生成一个加密校验和。然后，发送者使用自己的私钥对校验和进行签名（加密）。

接收者也使用与发送者相同的算法，从接收到的消息中生成一个加密校验和。接着，他使用发送者的公钥对随消息发送的加密校验和进行解密。如果他自己计算的校验和与解密后的校验和相匹配，接收者就可以确定消息未被篡改，并且是由拥有该私钥的人发送的。

三、角色CA

上面描述的加密过程效果很好，但它存在一个弱点。你如何验证公钥的拥有者是谁呢？换句话说，你如何确保发送方真的是他们所声称的那个人？

解决这个问题的常见方法是使用一个证书颁发机构（CA）作为受信任的第三方，用其自己的私钥对公钥进行签名。由CA签名的公钥也被称为证书。你可以自己设立CA，或者使用第三方的CA。知名的第三方CA包括VeriSign和VISA等组织。这些组织的公钥会自动安装到大多数流行的Web浏览器中。通过用CA的公钥验证签名，浏览器可以验证来自Web服务器的公钥是有效的。

• 由证书颁发机构（CA）签名的公钥也被称为证书。
• 在SSL/TLS加密中，CA的使用方式如下：
  • 浏览器识别以https://开头的网络地址。
  • 网页浏览器向服务器请求由CA签名的服务器的公钥。
  • 网页服务器将公钥发送给网页浏览器。
  • 网页浏览器使用签发该公钥的CA的公钥来验证服务器的公钥。
  • 如果公钥有效，网页浏览器和网页服务器将建立一个安全连接。
    这样，通过CA签名的公钥（即证书），浏览器能够验证服务器的身份，并确保与服务器之间的通信是安全的。

四、对称加密

对称加密（Symmetrical Encryption），又称为单密钥加密或私钥加密，是密码学中的一类加密算法。以下是关于对称加密的详细解释：

• 定义与工作原理
  • 定义：采用单钥密码系统的加密方法，即同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密。
  • 工作原理：在加密过程中，将明文（原始数据）划分为固定长度的块，然后通过密钥和加密算法将这些块转换成对应的密文块。在解密过程中，通过相同的密钥和解密算法，将密文块还原为明文块。
• 密钥管理
    对称加密中使用的密钥只有一个，因此发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密。
  密钥的保密性至关重要，因为一旦密钥被泄露，加密的数据就可能被轻易解密。
• 常见算法
    常见的对称加密算法有AES、SM4、ChaCha20、3DES、Salsa20、DES、Blowfish、IDEA、RC5、RC6、Camellia等。
    目前国际主流的对称加密算法是AES，而国内主推的则是国标的SM4。
• 应用场景
  • 数据库加密：用于数据库中敏感数据的加密，如个人信息、银行账户信息等。
  • 文件加密：用于对文档、图片、视频等文件进行加密保护。
  • 网络通信：用于保护网络通信中的数据传输，如HTTPS、SSL/TLS等协议。
  • 移动设备安全：用于保护移动设备中存储的敏感数据，如手机通讯录、短信、照片等。
• 特性与优势
  • 加密解密速度快：由于使用相同的密钥进行加密和解密，对称加密通常比非对称加密更快。
    资源消耗少：在处理大量数据时，对称加密的资源消耗相对较少。
  • 适用于大量数据加密：由于速度快和资源消耗少的特点，对称加密非常适合用于大量数据的加密场景。
    然而，对称加密在密钥管理方面存在一定的难题。由于双方都需要知道相同的密钥才能进行加密和解密，因此如何安全地分发和存储密钥成为了一个重要的问题。此外，如果密钥丢失或泄露，加密的数据将不再安全。

综上所述，对称加密是一种高效且广泛应用的加密算法，在保护数据机密性方面发挥着重要作用。然而，在使用对称加密时，需要特别注意密钥的安全管理和分发问题。

五、ssl/tls握手

结合非对称加密、签名和对称加密等安全手段来看一下ssl/tls的握手过程中的应用。

六、openssl工具的使用

• openssl工具介绍

  • 名称
    openssl - OpenSSL 命令行工具
  • 描述
    OpenSSL 是一个加密工具包，实现了安全套接层（SSL v2/v3）和传输层安全（TLS v1）网络协议，以及这些协议所需的相关加密标准。
    openssl 程序是一个命令行工具，用于从 shell 中使用 OpenSSL 加密库的各种加密功能。它可以用于：
    • 创建和管理私钥、公钥及参数
    • 公钥加密操作
    • 创建 X.509 证书、证书签名请求（CSR）和证书吊销列表（CRL）
    • 计算消息摘要
    • 使用加密算法进行加密和解密
    • SSL/TLS 客户端和服务器测试
    • 处理 S/MIME 签名或加密邮件
    • 时间戳请求、生成和验证
  • 三种用法

    • openssl 命令 [命令选项] [命令参数]

      • 这种用法是openssl工具的主要功能，在描述部分阐述。
      • openssl 程序提供了丰富的命令，每个命令通常都有大量的选项和参数。
        如下，是openssl工具下所有的命令，共三种：标准命令，摘要命令和加密命令。
        
        可以通过以下方法查看所有的命令：
        
        关于选项，拿ca命令来说，如下图
        
        如何查看命令的所有选项及选项说明？
        
      • 许多命令使用外部配置文件来指定其部分或全部参数，并有一个 -config 选项来指定该文件。可以使用环境变量 OPENSSL_CONF 来指定文件的位置。如果未指定环境变量，则在openssl配置文件/etc/ssl/openssl.cnf的默认的证书存储区域中来定义，该区域的值取决于构建 OpenSSL 时指定的配置标志，可修改为自定义的常用值。

    • openssl list [标准命令 | 摘要命令 | 加密命令 | 加密算法 | 摘要算法 | 公钥算法]

      • 这种用法是用来查询各种命令的。

      • list 参数中的 standard-commands、digest-commands 和 cipher-commands 分别输出当前 openssl 工具中可用的所有标准命令、消息摘要命令或加密命令的名称列表（每行一个条目）。

        用法如下：
        

        列出所有的标准命令：
        

      • list 参数中的 cipher-algorithms 和 digest-algorithms 列出所有加密算法和消息摘要名称，每行一个条目。别名以"from => to"的形式列出。

      • list 参数中的 public-key-algorithms 列出所有支持的公钥算法。

    • openssl no-XXX [任意选项]

      • 该用法用于测试命令。
      • no-XXX 命令用于测试指定名称的命令是否可用。如果不存在名为 XXX 的命令，则返回 0（成功）并打印 no-XXX；否则返回 1 并打印 XXX。在这两种情况下，输出都发送到标准输出，并且不向标准错误打印任何内容。始终忽略附加的命令行参数。由于每种加密算法都有一个同名的命令，这为 shell 脚本提供了一种简单的方法来测试 openssl 程序中加密算法的可用性。（no-XXX 无法检测诸如 quit、list 或 no-XXX 本身之类的伪命令。）
      • 例如：
        

• 示例：
  所以，看完以上介绍，下面的命令如何理解？

  openssl req -new -x509 -keyout demoCA/private/cakey.pem -out demoCA/cacert.pem -days 3652 -newkey rsa:4096

openssl：使用openssl工具

req：命令，man req查询，req 命令主要用于创建和处理 PKCS#10 格式的证书请求。此外，它还可以创建自签名证书，例如 用作根证书颁发机构 (CA)。

-new： 命令的第一个参数，man req查询，此选项用于生成新的证书请求。它会提示用户输入相关字段的值。实际提示的字段及其最大和最小尺寸在配置文件中指定，并且包括任何请求的扩展项。如果未使用 -key 选项，它将使用配置文件中指定的信息生成新的 RSA 私钥。

-x509：命令的第二个参数，man req查询，此选项输出自签名证书，而不是证书请求。这通常用于生成测试证书或自签名根证书颁发机构 (CA)。添加到证书中的扩展项（如果有的话）在配置文件中指定。除非使用 set_serial 选项指定，否则将使用一个大随机数作为序列号。如果通过 -in 选项指定了现有的请求，那么该请求将被转换为自签名证书；否则，将创建新的请求。

-keyout：命令的第三个参数，man req查询，此选项指定新创建的私钥要写入的文件名。如果未指定此选项，则使用配置文件中存在的文件名。

-out：命令的第四个参数，man req查询，这指定了要写入的输出文件的名称，或者默认情况下写入标准输出。

-days：命令的第五个参数，man req查询，当使用 -x509 选项时，这指定了证书的认证天数。默认值为30天。

-newkey：此选项用于创建新的证书请求和新的私钥。其参数可以采用多种形式：

rsa:nbits，其中nbits表示位数，用于生成指定大小的RSA密钥。如果省略nbits（即仅指定-newkey rsa），则使用配置文件中指定的默认密钥大小。如本例： rsa:4096

对于所有其他算法，支持-newkey alg:file形式，其中file可以是算法参数文件（由genpkey -genparam命令生成）或具有相应算法的密钥的X.509证书。

param:file使用参数文件或证书文件生成密钥，算法由参数确定。

algname:file使用算法algname和参数文件file：两者必须匹配，否则会出现错误。

algname仅使用算法algname，如有必要，应通过-pkeyopt参数指定参数。

dsa:filename使用文件filename中的参数生成DSA密钥。

ec:filename生成EC密钥（可用于ECDSA或ECDH算法）。

gost2001:filename生成GOST R 34.10-2001密钥（需要在配置文件中配置ccgost引擎）。如果仅指定gost2001，则应通过-pkeyopt paramset:X指定参数集。

总结： 这就是创建一个自定义的ca根证书，使用这个命令前，先查看或者配置好openssl.cnf文件中的下图配置，或者按照配置文件中的要求，在指定位置创建好目录。

说了这么多，理解了就可以了。记住以上命令，用的时候直接拷贝一份执行即可，如有不同需求，修改对应参数即可。

七、常用创建自签名证书过程

• 创建配置文件中指定的目录。例如：

  mkdir -p /root/demoCA/certs
  cd /root/demoCA/
  mkdir crl newcerts requests private
  chmod 700 private
  cd

• 创建自定义CA根证书：

  openssl req -new -x509 -keyout demoCA/private/cakey.pem -out demoCA/cacert.pem -days 3652 -newkey rsa:4096

• 创建服务器请求签名：

  openssl req -new -keyout demoCA/private/server_key.pem -out demoCA/requests/server_req.pem -newkey rsa:2048

• 此步待日后解释，暂时添加此步：

  touch demoCA/index.txt
  echo 01 > demoCA/serial

• 创建服务器证书：

  openssl ca -policy policy_anything -days 365 -out demoCA/certs/server_crt.pem -infiles demoCA/requests/server_req.pem

• 验证： 静待更新。