图解SSH原理

文章目录
  1. 1. 初见SSH
  2. 2. SSH工作原理
    1. 2.1. 这样就一定安全了吗?
    2. 2.2. SSH中是如何解决这个问题的?
      1. 2.2.1. 基于口令的认证
      2. 2.2.2. 2.基于公钥认证
  3. 3. SSH实践
    1. 3.1. 生成密钥操作
    2. 3.2. 登录操作
  4. 4. 4 总结
  5. 5. 参考资料

SSH是一种协议标准,其目的是实现安全远程登录以及其它安全网络服务。本文转载于图解SSH原理

初见SSH

SSH仅仅是一协议标准,其具体的实现有很多,既有开源实现的OpenSSH,也有商业实现方案。使用范围最广泛的当然是开源实现OpenSSH。

SSH工作原理

在讨论SSH的原理和使用前,我们需要分析一个问题:为什么需要SSH?

从第一节SSH的定义中可以看出,SSH和telnet、ftp等协议主要的区别在于安全性。这就引出下一个问题:如何实现数据的安全呢?首先想到的实现方案肯定是对数据进行加密。加密的方式主要有两种:

  1. 对称加密(也称为秘钥加密)

  2. 非对称加密(也称公钥加密)

所谓对称加密,指加密解密使用同一套秘钥。如下图所示:

对称加密-Client端

对称加密-Server端

对称加密的加密强度高,很难破解。但是在实际应用过程中不得不面临一个棘手的问题:如何安全的传输密钥、保存秘钥呢?尤其是考虑到数量庞大的Client端,很难保证密钥不被泄露。一旦一个Client端的密钥被窃据,那么整个系统的安全性也就不复存在。为了解决这个问题,非对称加密应运而生。非对称加密有两个密钥:“公钥”和“私钥”。

两个密钥的特性:公钥加密后的密文,只能通过对应的私钥进行解密。而通过公钥推理出私钥的可能性微乎其微。

下面看下使用非对称加密方案的登录流程:

非对称加密登录流程

  1. 远程Server收到Client端用户TopGun的登录请求,Server把自己的公钥发给用户。
  2. Client使用这个公钥,将密码进行加密。
  3. Client将加密的密码发送给Server端。
  4. 远程Server用自己的私钥,解密登录密码,然后验证其合法性。
  5. 若验证结果,给Client相应的响应。

私钥是Server端独有,这就保证了Client的登录信息即使在网络传输过程中被窃据,也没有私钥进行解密,保证了数据的安全性,这充分利用了非对称加密的特性。

这样就一定安全了吗?

上述流程会有一个问题:Client端如何保证接受到的公钥就是目标Server端的?,如果一个攻击者中途拦截Client的登录请求,向其发送自己的公钥,Client端用攻击者的公钥进行数据加密。攻击者接收到加密信息后再用自己的私钥进行解密,不就窃取了Client的登录信息了吗?这就是所谓的[中间人攻击][2]

中间人攻击

SSH中是如何解决这个问题的?

基于口令的认证

从上面的描述可以看出,问题就在于如何对Server的公钥进行认证?在https中可以通过CA来进行公证,可是SSH的publish key和private key都是自己生成的,没法公证。只能通过Client端自己对公钥进行确认。通常在第一次登录的时候,系统会出现下面提示信息:

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The authenticity of host 'ssh-server.example.com (12.18.429.21)' can't be established.
RSA key fingerprint is 98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?

上面的信息说的是:无法确认主机ssh-server.example.com(12.18.429.21)的真实性,不过知道它的公钥指纹,是否继续连接?

之所以用fingerprint代替key,主要是key过于长(RSA算法生成的公钥有1024位),很难直接比较。所以,对公钥进行hash生成一个128位的指纹,这样就方便比较了。

如果输入yes后,会出现下面信息:

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Warning: Permanently added 'ssh-server.example.com,12.18.429.21' (RSA) to the list of known hosts. 
Password: (enter password)

该host已被确认,并被追加到文件known_hosts中,然后就需要输入密码,之后的流程就按照图1-3进行。

2.基于公钥认证

在上面介绍的登录流程中可以发现,每次登录都需要输入密码,很麻烦。SSH提供了另外一种可以免去输入密码过程的登录方式:公钥登录。流程如下:

公钥认证流程

  1. Client端用户TopGun将自己的公钥存放在Server上,追加在文件authorized_keys中。
  2. Server收到登录请求后,随机生成一个字符串str1,并发送给Client。
  3. Client用自己的私钥对字符串str1进行加密。
  4. 将加密后字符串发送给Server。
  5. Server用之前存储的公钥进行解密,比较解密后的str2和str1。
  6. 根据比较结果,返回客户端登陆结果。

在步骤1中,Client将自己的公钥存放在Server上。需要用户手动将公钥copy到server上。这就是在配置ssh的时候进程进行的操作。下图是GitHub上SSH keys设置视图:

GitHub中SSH keys设置

SSH实践

生成密钥操作

经过上面的原理分析,下面三行命令的含义应该很容易理解了:

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$ ssh-keygen -t rsa -P '' -f ~/.ssh/id_rsa
$ cat ~/.ssh/id_rsa.pub >> ~/.ssh/authorized_keys
$ chmod 0600 ~/.ssh/authorized_keys

ssh-keygen是用于生产密钥的工具。

  • -t:指定生成密钥类型(rsa、dsa、ecdsa等)
  • -P:指定passphrase,用于确保私钥的安全
  • -f:指定存放密钥的文件(公钥文件默认和私钥同目录下,不同的是,存放公钥的文件名需要加上后缀.pub)

首先看下面~/.ssh中的四个文件:

SSH-涉及文件

  1. id_rsa:保存私钥
  2. id_rsa.pub:保存公钥
  3. authorized_keys:保存已授权的客户端公钥
  4. known_hosts:保存已认证的远程主机公钥
    四个角色的关系如下图所示:

SSH 结构简图

需要注意的是:一台主机可能既是Client,也是Server。所以会同时拥有authorized_keys和known_hosts。

登录操作

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# 以用户名user,登录远程主机host
$ ssh user@host

# 本地用户和远程用户相同,则用户名可省去
$ ssh host

# SSH默认端口22,可以用参数p修改端口
$ ssh -p 2017 user@host

4 总结

本文以图文方式对SSH原理进行解析(主要指远程登录,没有涉及端口转发等功能)。同时分析了非对称加密的特性,以及在实践过程中如何对加密操作进行改进。

参考资料