2020课程设计第二周任务——20181211沈芮吉

本周最大的问题：

在上周的安装gmssl后，我发现一台虚拟机突然连不上网，报错网络连接激活失败（如下图所示），起初我以为虚拟机与手机热点突然无法兼容，回到寝室测试仍无法连接，不曾与gmssl联系，打开VMware 使用另一台虚拟机安装gmssl，而后使用过程中发现同样出现此问题。

此后尝试过重置虚拟网络编辑器，和在wins+R中输入service.msc,显示该服务正在使用，重启之后也未果。

后来添加桥连方式也没有成功。

在VB和VMware中分别添加新的虚拟机就可连接网络，说明软件本身没有出现问题，目前尚未找到合适的解决办法。

aes-[128|192|256]-cbc 128/192/256 bit AES in CBC mode
aes[128|192|256] Alias for aes-[128|192|256]-cbc
aes-[128|192|256]-cfb 128/192/256 bit AES in 128 bit CFB mode

一、用法:

 aes-128-cbc [options]

二、具体选项:

 -help          Display this summary

 -ciphers       List ciphers

 -in infile     Input file

 -out outfile   Output file

 -pass val      Passphrase source

 -e             Encrypt

 -d             Decrypt

 -p             Print the iv/key

 -P             Print the iv/key and exit

 -v             Verbose output

 -nopad         Disable standard block padding

 -salt          Use salt in the KDF (default)

 -nosalt        Do not use salt in the KDF

 -debug         Print debug info

 -a             Base64 encode/decode, depending on encryption flag

 -base64        Same as option -a

 -A             Used with -[base64|a] to specify base64 buffer as a single line

 -bufsize val   Buffer size

 -k val         Passphrase

 -kfile infile  Read passphrase from file

 -K val         Raw key, in hex

 -S val         Salt, in hex

 -iv val        IV in hex

-md val        Use specified digest to create a key from the passphrase

 -none          Don't encrypt

 -*             Any supported cipher

 -engine val    Use engine, possibly a hardware device

 -config val    A config file

三、实例

1.将要加密的内容输入到plain.txt
echo "1234567890abc" > plain.txt

2.使用openssl加密. -p 表示打印出加密用的salt, key, iv. salt就是所谓的加盐, 防止同样的内容产生同样的加密数据. iv和key是openssl 的cbc模式需要的参数. openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out encrypt.txt -iv f123 -K 1223 -p
salt=E0DEB1EAFE7F0000
key=12230000000000000000000000000000
iv =F1230000000000000000000000000000

3.输出加密前和加密后内容的十六进制. 这里使用xxd和hexdump都可以.
xxd plain.txt
00000000: 3132 3334 3536 3738 3930 6162 630a 1234567890abc.
xxd encrypt.txt
00000000: c5af 18cb ddee 9923 0374 6a21 9bb6 3f99 …#.tj!..?.

4.解密加密后的数据
openssl aes-128-cbc -d -in encrypt.txt -out encrypt_decrypt.txt -S E0DEB1EAFE7F0000 -iv F1230000000000000000000000000000 -K 12230000000000000000000000000000
-S salt Salt to use, specified as a hexidecimal string
-salt Use a salt in the key derivation routines (default)

5.查看解密后的数据和原始数据是否一致.
xxd encrypt_decrypt.txt
00000000: 3132 3334 3536 3738 3930 6162 630a 1234567890abc.

一、用法

Usage: aes-128-ecb [options]

二、选项

Valid options are:

 -help          Display this summary

 -ciphers       List ciphers

 -in infile     Input file

 -out outfile   Output file

 -pass val      Passphrase source

 -e             Encrypt

 -d             Decrypt

 -p             Print the iv/key

 -P             Print the iv/key and exit

 -v             Verbose output

 -nopad         Disable standard block padding

 -salt          Use salt in the KDF (default)

 -nosalt        Do not use salt in the KDF

 -debug         Print debug info

 -a             Base64 encode/decode, depending on encryption flag

 -base64        Same as option -a

 -A             Used with -[base64|a] to specify base64 buffer as a single line

 -bufsize val   Buffer size

 -k val         Passphrase

 -kfile infile  Read passphrase from file

 -K val         Raw key, in hex

 -S val         Salt, in hex

 -iv val        IV in hex

 -md val        Use specified digest to create a key from the passphrase

 -none          Don't encrypt

 -*             Any supported cipher

 -engine val    Use engine, possibly a hardware device

 -config val    A config file

 

-in filename：指定要加密的文件存放路径

-out filename：指定加密后的文件存放路径

-salt：自动插入一个随机数作为文件内容加密，默认选项

-e：可以指明一种加密算法，若不指的话将使用默认加密算法

-d：解密，解密时也可以指定算法，若不指定则使用默认算法，但一定要与加密时的算法一致

-a/-base64：使用-base64位编码格式

 

一、用法

Usage: aes-192-cbc [options]

二、选项

Valid options are:

 -help          Display this summary

 -ciphers       List ciphers

 -in infile     Input file

 -out outfile   Output file

 -pass val      Passphrase source

 -e             Encrypt

 -d             Decrypt

 -p             Print the iv/key

 -P             Print the iv/key and exit

 -v             Verbose output

 -nopad         Disable standard block padding

 -salt          Use salt in the KDF (default)

 -nosalt        Do not use salt in the KDF

 -debug         Print debug info

 -a             Base64 encode/decode, depending on encryption flag

 -base64        Same as option -a

 -A             Used with -[base64|a] to specify base64 buffer as a single line

 -bufsize val   Buffer size

 -k val         Passphrase

 -kfile infile  Read passphrase from file

 -K val         Raw key, in hex

 -S val         Salt, in hex 

 -iv val        IV in hex

 -md val        Use specified digest to create a key from the passphrase

 -none          Don't encrypt

 -*             Any supported cipher

 -engine val    Use engine, possibly a hardware device

 -config val    A config file

 

 具体例子：

EXAMPLES
Just base64 encode a binary file:

openssl base64 -in file.bin -out file.b64

Decode the same file

openssl base64 -d -in file.b64 -out file.bin

Encrypt a file using AES-128 using a prompted password and PBKDF2 key
derivation:

openssl enc -aes128 -pbkdf2 -in file.txt -out file.aes128

Decrypt a file using a supplied password:

openssl enc -aes128 -pbkdf2 -d -in file.aes128 -out file.txt
-pass pass:<password>

Encrypt a file then base64 encode it (so it can be sent via mail for
example) using AES-256 in CTR mode and PBKDF2 key derivation:

openssl enc -aes-256-ctr -pbkdf2 -a -in file.txt -out file.aes256

使用OpenSSL搭建CA

信息安全防护的目标

• 保密性 Confidentiality
• 完整性 Integrity
• 可用性 Usability
• 可控制性Controlability
• 不可否认性 Non-repudiation

安全防护环节

• 物理安全：各种设备/主机、机房环境
• 系统安全：主机或设备的操作系统
• 应用安全：各种网络服务、应用程序
• 网络安全：对网络访问的控制、防火墙规则
• 数据安全：信息的备份与恢复、加密解密
• 管理安全：各种保障性的规范、流程、方法安全

安全攻击： STRIDE

• Spoofing 假冒
• Tampering 篡改
• Repudiation 否认
• Information Disclosure 信息泄漏
• Denial of Service 拒绝服务
• Elevation of Privilege 提升权限

5安全设计基本原则

• 使用成熟的安全系统
• 以小人之心度输入数据
• 外部系统是不安全的
• 最小授权
• 减少外部接口
• 缺省使用安全模式
• 安全不是似是而非
• 从STRIDE思考
• 在入口处检查
• 从管理上保护好你的系统

安全算法

常用安全技术

• 认证
• 授权
• 审计
• 安全通信

密码算法和协议：

• 对称加密
• 公钥加密
• 单向加密
• 认证协议

Linux系统：OpenSSL, gpg(pgp协议的实现)

加密需要

不加密流量的易受攻击性

• 密码/数据嗅探
• 数据操作
• 验证操作
• 相当于邮寄明信片

不安全的传统协议

• telnet、FTP、POP3等等；不安全密码
• http、smtp、NFS等等；不安全信息
• Ldap、NIS、rsh等等；不安全验证

对称加密算法

对称加密：加密和解密使用同一个密钥

DES：Data Encryption Standard，56bits

3DES：

AES：Advanced (128, 192, 256bits)

Blowfish，Twofish

IDEA，RC6，CAST5

特性：

1. 加密、解密使用同一个密钥，效率高
2. 将原始数据分割成固定大小的块，逐个进行加密

缺陷：

1. 密钥过多
2. 密钥分发
3. 数据来源无法确认10

非对称加密算法

公钥加密：密钥是成对出现

公钥：公开给所有人；public key

私钥：自己留存，必须保证其私密性；secret key

 特点：

• 用公钥加密数据，只能使用与之配对的私钥解密；反之亦然

功能：

•  数字签名：主要在于让接收方确认发送方身份
• 对称密钥交换：发送方用对方的公钥加密一个对称密钥后发送给对方
• 数据加密：适合加密较小数据

 缺点：

• 密钥长，加密解密效率低下

 算法：

• RSA（加密，数字签名）,DSA（数字签名）,ELGamal

非对称加密

基于一对公钥/密钥对

用密钥对中的一个加密，另一个解密

实现加密：

接收者

•     生成公钥/密钥对：P和S
•     公开公钥P，保密密钥S

发送者

•     使用接收者的公钥来加密消息M
•      将P(M)发送给接收者

 接收者

•     使用密钥S来解密：M=S(P(M))

实现数字签名：

发送者

•     生成公钥/密钥对：P和S
•     公开公钥P，保密密钥S
•     使用密钥S来加密消息M
•     发送给接收者S(M)

接收者

• 使用发送者的公钥来解密M=P(S(M))
• 结合签名和加密
• 分离签名

CA和证书

PKI: Public Key Infrastructure

• 签证机构：CA（Certificate Authority）
• 注册机构：RA
• 证书吊销列表：CRL
• 证书存取库

 X.509：定义了证书的结构以及认证协议标准

• 版本号
• 序列号
• 签名算法
• 颁发者
• 有效期限
• 主体名称
• 主体公钥
• CRL分发点
• 扩展信息
• 发行者签名

证书获取

证书类型：

• 证书授权机构的证书
• 服务器
• 用户证书

获取证书两种方法：

• 使用证书授权机构
• 生成签名请求（csr）
• 将csr发送给CA
• 从CA处接收签名

自签名的证书

• 自已签发自己的公钥

安全协议

• SSL: Secure Socket Layer

• TLS: Transport Layer Security

• • 1995：SSL 2.0 Netscape
  • 1996: SSL 3.0
  • 1999: TLS 1.0
  • 2006: TLS 1.1 IETF(Internet工程任务组) RFC 4346
  • 2008：TLS 1.2 当前使用
  • 2015: TLS 1.3

功能：

• 机密性，认证，完整性，重放保护

两阶段协议，分为握手阶段和应用阶段

•     握手阶段(协商阶段):客户端和服务器端认证对方身份（依赖于PKI体系，利用数字证书进行身份认证），并协商通信中使用的安全参数、密码套件以及主密钥。后续通信使用的所有密钥都是通过MasterSecret生成。

•     应用阶段:在握手阶段完成后进入，在应用阶段通信双方使用握手阶段协商好的密钥进行安全通信

SSL/TLS 

• Handshake协议：包括协商安全参数和密码套件、服务器身份认证（客户端身份认证可选）、密钥交换

• ChangeCipherSpec 协议：一条消息表明握手协议已经完成

• Alert 协议：对握手协议中一些异常的错误提醒，分为fatal和warning两个级别，fatal类型错误会直接中断SSL链接，而warning级别的错误SSL链接仍可继续，只是会给出错误警告

• Record 协议：包括对消息的分段、压缩、消息认证和完整性保护、加密等

• HTTPS 协议：就是“HTTP 协议”和“SSL/TLS 协议”的组合。HTTP over SSL”或“HTTP over TLS”，对http协议的文本数据进行加密处理后，成为二进制形式传输

OpenSSL

OpenSSL：开源项目

三个组件：

• openssl: 多用途的命令行工具，包openssl
• libcrypto: 加密算法库，包openssl-libs
• libssl：加密模块应用库，实现了ssl及tls，包nss

SSH

ssh: secure shell, protocol, 22/tcp, 安全的远程登录

具体的软件实现：

• OpenSSH: ssh协议的开源实现，CentOS默认安装
• dropbear：另一个开源实现

SSH协议版本

• v1: 基于CRC-32做MAC，不安全；man-in-middle
• v2：双方主机协议选择安全的MAC方式

• 基于DH算法做密钥交换，基于RSA或DSA实现身份认证

两种方式的用户登录认证：

• 基于password
• 基于key

本测试实现内容：           

    1、创建CA

        生成一对用于制作自签证书的密钥

        生成自签证书

    2、客户端(相对于CA而言的客户端)

        生成一对用于申请CA证书密钥

        生成证书颁发请求;

        将请求发给CA 

    3、CA端

        签署证书

        将签署完成的证书传送给客户端    

说明：

    本流程均在VMware实现

1、创建根CA

（1）创建CA所需要的文件

使用openssl工具创建CA证书和申请证书时，需要先查看配置文件，因为配置文件中对证书的名称和存放位置等相关信息都做了定义，具体可以参考

(2)生成私钥，私钥的文件名与存放位置都要和配置文件的设置相匹配

 

出现的问题

一开始在OpenSSL.cnf的调用时，发现无法打开OpenSSL.cnf，以为路径错误，随后修改为绝对路径

ca: Error on line 9 of config file "openssl.cnf"打开openssl.cnf文件，发现少了下划线

无法打开文件阅读，随后修改为管理员权限

sudo -s

后来反复尝试，在最后的使用CA证书的key为客户端key签名出现问题

sudo openssl ca -in /etc/pki/ca/users/client.csr -cert /etc/pki/ca/private/ca.crt -keyfile /etc/pki/ca/private/ca.key -out /etc/pki/ca/users/client.crt -config "/etc/pki/openssl.conf"

　　即如上命令，各种报错，由于反复尝试，我害怕虚拟机过于混乱就停止了。

本周总结：

　　相对于上周进展较快，开始时在重装虚拟机上花费较多时间，由于无法解决网络连接问题，最终选择再装一台虚拟机，经过此事情，告诫自己养成及时拍快照，能够恢复，减少安装的时间。我初步接触使用OpenSSL搭建CA，在网络上大量浏览资料，其实与我们的情况相适宜的很少，需要多尝试，多比较发现问题。虽然最后在为客户端证书签名的过程中，使用CA证书的key为客户端key签名出现问题，但是取得进展。