我的學習筆記1：加密、解密，以及OpenSSL建立私有CA

1.OpenSSL—就是在SSL協定Linux主機上實作的一個軟體，進而完成SSL的應用

2.NCIST 資料安全性法則：

（1）保密性。包括：資料保密性、隐私性

（2）完整性。包括：資料完整性、系統完整性

（3）可用性

3.加密算法

1.對稱加密

特性：

（1）加密和解密使用同一個密鑰。主要用于資料加密。

（2）将明文分割成固定大小的塊，逐個進行加密。而非加密整個檔案

依賴于：算法和密鑰。安全性依賴于密鑰，而非算法。
    常見對稱加密算法：
        DES:Data Encryption Standard,使用56bits的密鑰
        3DES:就是對DES執行3輪
        AES:Advanced Encryption Standard，采用（128bits，192bits，256bits）變化的密鑰長度。(最常用的)
        Blowfish
        Twofish
        IDEA
        RC6
        CAST5

    缺陷：
        1.密鑰過多（當與更多的主機進行密鑰通信時，針對不同的主機就會采用不同的密鑰）
        2.密鑰分發


2.非對稱加密，即公鑰加密（其密鑰是成對兒出現）
    密鑰對兒：私鑰和公鑰
        私鑰：僅允許個人使用，secret key
        公鑰：公開給所有人使用，public key。（公鑰從私鑰中提取而來，建立時隻需建立私鑰即可，另外使用公鑰加密的資料，隻能使用此公鑰配對兒的私鑰解密；反之亦然）

    特性：
        1.密鑰長度較大，例如：512bits，2048bits
        2.加密、解密分别使用密鑰對兒中的密鑰相對進行
        3.常用于數字簽名和密鑰交換


    用處：
        1.身份認證：私鑰擁有者用自己的私鑰加密的資料，隻要用其公鑰能解密，即可認證其身份。
        2.密鑰交換：與被通信方通信之前，首先擷取到對方的公鑰，自己生成一個加密密碼，用對方的公鑰加密，并發送給對方。
            不能用來加密資料的原因：
                公鑰加密算法長度太長，而資料一般很大，是以加密效率極低，僅用于加密密碼
    常用的公鑰加密的算法：
        RSA：密鑰認證、資料交換都可應用(最常用)
        DSA:僅用于密鑰認證
        ELGamal:


3.單項加密（指資料能加密但不能解密）：主要用于提取資料的特征碼
    特性：
        1.定長輸出：無論原來的資料是多大級别，其加密結果長度一樣
        2.有雪崩效應：原始資料的微小改變将會導緻結果的巨大變化
        3.不可逆：

    算法：
        MD5:采用128bits的定長輸出
        SHA1:采用160bits的定長輸出,一共有2^160種
        SHA256
        SHA384
        SHA512

        CRC32：循環備援校驗碼

    在/etc/shadow檔案中就使用的單項加密算法：
    ![這裡寫圖檔描述](https://img-blog.csdn.net/20150813215409395)

    用處：
        1.資料完整性


    數字簽名：就是通信方用自己的私鑰加密提取的特征碼，就稱為數字簽名

    密鑰交換：




5.一次加密通信的全過程
    發送者：
        1.使用單項加密算法提取出資料的特征碼
        2.用自己的私鑰加密特征碼并附加在資料的後面
        3.生成用于對稱加密的臨時密鑰
        4.用生成的臨時密鑰加密資料和已加密的特征碼
        5.使用接收方的公鑰加密臨時密鑰，并附加在對稱加密的後方
    接收者：
        1.使用自己的私鑰解密臨時密鑰，進而獲得對稱密鑰
        2.使用對稱密鑰解密對稱加密的資料和私鑰加密的特征碼密文
        3.使用發送方的公鑰解密特征碼密文，進而獲得對方計算生成的特征碼和資料
        4.使用與對方同樣的單向加密算法計算資料的特征碼，并與解密而來的進行比較

6.數字證書
    CA：證書頒發機構，對通信雙方的公鑰進行簽名、認證。
        功用：保證公鑰資訊安全分發

    數字證書的格式（x.509）:
        版本号（version）
        序列号（serial number）
        簽名算法标志
        發行者的名稱：CA自己的名稱
        有效期：兩個日志:起始日期和終止日期
        證書主體名稱：證書擁有者的名字
        證書主體公鑰資訊：證書擁有者自己的公鑰
        發行商的唯一辨別：
        證書主體的唯一辨別
        擴充資訊：
        簽名：CA對此證書的數字簽名

    證書通常有2類用途：
        使用者證書：某個使用者單獨使用
        主機證書：（直接放在某主機上，被某個主機程序使用，如httpd程序）

    撤銷證書：

7.PKI:Public Key Infrastructure,公鑰基礎設施
    組成部分：
        簽證機構：CA
        注冊機構：RA
        證書吊銷清單：CRL
        證書存取庫：

8.NetScape---網景公司，研發浏覽器以及web浏覽器，以及SSL也是其研發的。
    SSL協定，現在的版本：sslv1，sslv2，sslv3
    TLS協定:transport layer security,現在版本：tlsv1，

    http基于ssl協定後就變成了https，https監聽在443端口上

9.openssl的組成部分：
    libcrypto：加密、解密庫檔案
    libssl：ssl協定的實作
    openssl：多用途的指令行工具，每種功能都使用專用的子指令來實作
linux中另一個加密解密的工具---gpg：全稱GNU Privarcy Guard,是pgp規範的實作

10.openssl：
    子指令分類：
        标準指令
        消息摘要指令
        加密、解密相關的指令

        1.加密檔案（使用對稱加密），
            工具：openssl enc，gpg
            算法：des，3des，aes，blowfish，twofish，idea，cast5

            enc工具簡單用法：
            #openssl enc -e CIPHERNAME -a -salt -in /PATH/FROM/SOMEFILE -out /PATH/FROM/SOMECIPHERFILE

            #openssl enc -d CIPHERNAME -a -salt -in /PATH/FROM/SOMECIPHERFILE -out /PATH/FROM/SOMEFILE


            1.加密fstab檔案
            #openssl enc -e -des3 -a -salt -in fstab -out fstab.des3
                -e ：表示加密，encryption
                -des3:表示使用的加密算法為des3
                -a ：表示使用ASCII格式輸出文本内容
                -salt:表示加密使用雜質
                -in fstab:表示要加密的檔案為fstab
                -out fstab.des3:表示加密後的檔案的名字叫fstab.des3
            #cat fstab.des3
            2.解密檔案
            #openssl enc -d -des3 -a -salt -in fstab.des3 -out fstab.new
                -d:表示解密
            #cat fstab.new

        2.單向加密：（提取特征碼）
            算法：md5，sha1
            工具：openssl dgst，md5sum

            簡單用法：
            #openssl dgst -CIPHER /PATH/TO/SOMEFILE…..

            1.産生fstab.new檔案的特征碼
                #openssl dgst -md5 fstab.new
                    -md5:使用md5碼來計算檔案fstab.new特征碼，并顯示在螢幕上
                #md5sum fstab.new

                上述兩者産生的md5碼是一樣的，

            2.MAC：消息認證碼，單向加密的一種延伸 應用，用于實作在網絡通信中保證所傳輸的資料的完整性
            常用的MAC機制：
                CBC-MAC
                HMAC:使用md5或sha1算法

        3.生成使用者密碼：

            簡單用法：
                #openssl passwd -1 -salt 8bits随機數
                一般8bits随機數 随機生成
            執行個體：
            #openssl passwd -1 -salt 12345678
            輸入密碼即可
                -1：表示使用MD5碼加密
                -salt 12345678：表示加入雜質，防止密碼一樣而後生成的md5碼一樣

        4.生成随機數
        #openssl rand [-hex|-base64] NUM
            1.#openssl rand -hex 4
                4：表示4個字元，每個字元用2位二進制來表示
            生成的随機數是0-9，a-f等16進制的随機數組成

            2.#openssl rand -base64 4
            生成的随機數a-z，1-9,A-Z等任何文本字元組成

        5.整合生成随機數和使用者密碼
        1.
        #openssl passwd -1 -salt $(openssl rand -hex 4)


        6.生成密鑰對兒（即生成私鑰，從私鑰中提取出公鑰）

            簡單用法1（生成密鑰）：genrsa
            #openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEYFILE NUMBITS
                gensa：生成密鑰的
                -out /PATH/TO/PRIVATE_KEYFILE ：指明生成密鑰檔案
                NUMBITS：指明密鑰長度

            1.
            #openssl genrsa -out test.key 2048
                  #cat test.key
            #chmod 400 test.key
            【生成私鑰後，一定要更改私鑰的權限，僅root使用者可讀，其他使用者、組都無權限】

            2.
            #（umask 077;openssl genrsa -out /PATH/TO/PRIVATE_KEYFILE NUMBITS
            ）
            #ll /PATH/TO/PRIVATE_KEYFILE

            生成的test.key檔案的權限自動就是600
            注意：在bash指令行放在小括号執行的指令，其實是通過打開一個子shell程序進行的；

            簡單用法2（從私鑰中提取公鑰）：rsa
            #openssl rsa -in /PATH/TO/PRIVATE_KEY_FILE -pubout
            1.從test.key提取公鑰并輸出在螢幕上
            #openssl rsa -in test.key -pubout


    系統上随機數生成器：random，urandom

        熵池：用來儲存硬體中斷産生的随機數。被映射為兩個裝置檔案：
        /dev/random：僅從熵池中傳回随機數，當熵池中的随機數耗盡時，取随機數的程序将會被阻塞
        /dev/urandom：先從熵池中取随機數，當熵池中的随機數耗盡時，就通過僞随機數生成器生成随機數


    X.509版證書格式：
    ![這裡寫圖檔描述](https://img-blog.csdn.net/20150813215310271)




    獲驗證書的方法：
        1.向RA注冊申請
        2.建立私有CA,主要工具：OpenSSL

    使用OpenSSL建構私有CA:
        1.生成私鑰（私鑰用于簽發證書時，向證書添加數字簽名使用）
        2.生成自簽署證書（證書用于實作與每個通信方都導入此證書至“受信任的證書頒發機構”）

        配置檔案：/etc/pki/tls/openssl.cnf
        工作目錄：/etc/pki/CA/

        #cd /etc/pki/CA/;ls
        certs crl newcerts private
            certs:證書存放位置
            crl：證書吊銷清單存放位置
            newcerts ：新建立的證書存放位置
            private：CA自己私鑰的存放位置，cakey.pem為其私鑰
        生成CA的私鑰，儲存在private/下名為cakey.pem的檔案，密鑰長度為2048位
        #(umask 077 ;openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048)

        生成自簽證書的指令 ：req，自請自簽，
        #openssl req -new -x509 -key private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3650
            -new：表示生成的新的證書簽署請求
            -x509:表示自己跟自己簽證，直接輸出自簽署的證書檔案，通常隻有建構CA的時候才用
            -key private/cakey.pem :指明私鑰的位置，用于提取公鑰
            -out /etc/pki/CA/cacert.pem :表示将生成的證書儲存在/etc/pki/CA/cacert.pem檔案裡面
            -days 3650：表示簽署證書的有效期為10年，機關為“天”
        然後繼續簽署即可，建構私有證書就完成了

        給節點發證書
            1.節點申請證書
                （在證書申請的主機上進行如下步驟）
                （1）生成私鑰
                （2）生成證書簽署請求
                （3）把請求發送給CA

                【注意：】
                    （1）其中的subject資訊部分，要與CA的保持一緻
                    （2）Common Name要使用此主機在通信真實使用名字

            2.CA簽發證書
                （1）驗證請求者資訊
                （2）直接簽署證書
                    #openssl  ca -in /PATH/FROM/CSR_FILE -out /PATH/TO/CRT_FILE -days N
                （3）把簽好的證書發還給請求者
            3.提供輔助檔案


            示例：在web伺服器下
            #cd /etc/httpd/;ls
            #mkdir ssl
            #cd ssl/
            生成私鑰
            #(umask 077 ;openssl genrsa -out httpd.key  1024)
            生成證書簽署請求
            #openssl req -new -key httpd.key -out httpd.csr
            簽署請求即可

            将證書請求發送給CA伺服器端（若在同一台主機上就不用發了）

            建立CA所需要的檔案:index.txt,serial
            #cd /etc/pki/CA;ls
            #touch index.txt
            #echo 01 > serial

            簽署請求
            #openssl ca -in /etc/httpd/ssl/httpd.csr -out /etc/httpd/ssl/httpd.crt -days 3650


    吊銷證書
        （1）擷取吊銷證書的序列号
        #openssl x509 -in /PATH/FROM/CRT_FILE -noout -serial -subject 
        （2）CA實作證書吊銷
            1.吊銷證書
            #openssl ca -revoke /PATH/FROMCRT_FILE 
            2.生成吊銷證書的編号
            #echo 01 > /etc/pki/CA/crl/number
            3.更新證書吊銷清單
            #openssl crl -gencrl -out THISCA.crl

        示例：接上
        #openssl x509 -in /etc/httpd/ssl/httpd.crt -noout -serial -subject

    子指令：genrsa，req ，ca，x509，crl