IT运维之安全笔记

一、概要

IT行业日常运维中，安全工作是其中最重要也是主要的一项工作，且随着近几年对IT行业对安全的更加重视，IT服务的安全稳定，日常工作的安全管理都将是我们必须面对和需要掌握的，本文基于此，整理相关安全知识点以作记录，后续日常工作的安全实践也一并汇总录入，以供参考。

二、安全命令

2.1、加密和解密相关

1）openssl命令

OpenSSL是实现安全套接字层 (SSL v2/v3) 和传输层安全 (TLS v1) 网络协议及相关的密码学标准的加密工具包/密码库，囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能及SSL协议，并提供丰富的应用程序供测试或其它目的使用。它提供的安全协议广泛应用于网银、在线支付、电商网站、门户网站、电子邮件等重要网站。OpenSSL有两种运行模式：交互模式（命令行输入openssl回车）和批处理模式（带命令选项的openssl）。OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分：密码算法库、SSL协议库以及配套的应用工具。主要功能：

私钥、公钥和相关参数的创建和管理
公钥加密操作
创建 X.509 证书、CSR 和 CRL
消息摘要的计算
使用密码进行加密和解密
SSL/TLS 客户端和服务器验证
处理 S/MIME 签名或加密邮件
时间戳请求、生成和验证

1>对称加密算法

OpenSSL一共提供了8种对称加密算法，其中7种是分组加密算法，仅有的一种流加密算法是RC4。这7种分组加密算法分别是AES、DES、Blowfish、CAST、IDEA、RC2、RC5，都支持电子密码本模式（ECB）、加密分组链接模式（CBC）、加密反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）四种常用的分组密码加密模式。其中，AES使用的加密反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）分组长度是128位，其它算法使用的则是64位。事实上，DES算法里面不仅仅是常用的DES算法，还支持三个密钥和两个密钥的3DES算法。

2>非对称加密算法

OpenSSL一共实现了4种非对称加密算法，包括DH算法、RSA算法、DSA算法和椭圆曲线算法（EC）。DH算法一般需与用户密钥交换。RSA算法既可以用于密钥交换，也可以用于数字签名，当然，如果你能够忍受其缓慢的速度，那么也可以用于数据加密。DSA算法则一般只用于数字签名。

3>信息摘要算法

OpenSSL实现了5种信息摘要算法，分别是MD2、MD5、MDC2、SHA（SHA1）和RIPEMD。SHA算法事实上包括了SHA和SHA1两种信息摘要算法，此外，OpenSSL还实现了DSS标准中规定的两种信息摘要算法DSS和DSS1。

【命令示例：】

1、消息摘要算法应用例子

用SHA1算法计算文件file.txt的哈西值，输出到stdout：

openssl dgst -sha1 file.txt

用SHA1算法计算文件file.txt的哈西值，输出到文件digest.txt：

openssl sha1 -out digest.txt file.txt

用DSS1(SHA1)算法为文件file.txt签名，输出到文件dsasign.bin。签名的private key必须为DSA算法产生的，保存在文件dsakey.pem中。

openssl dgst -dss1 -sign dsakey.pem -out dsasign.bin file.txt

用dss1算法验证file.txt的数字签名dsasign.bin，验证的private key为DSA算法产生的文件dsakey.pem。

openssl dgst -dss1 -prverify dsakey.pem -signature dsasign.bin file.txt

用sha1算法为文件file.txt签名,输出到文件rsasign.bin，签名的private key为RSA算法产生的文件rsaprivate.pem。

openssl sha1 -sign rsaprivate.pem -out rsasign.bin file.txt

用sha1算法验证file.txt的数字签名rsasign.bin，验证的public key为RSA算法生成的rsapublic.pem。

openssl sha1 -verify rsapublic.pem -signature rsasign.bin file.txt

2、对称加密应用例子

对称加密应用例子，用DES3算法的CBC模式加密文件plaintext.doc，加密结果输出到文件ciphertext.bin。

openssl enc -des3 -salt -in plaintext.doc -out ciphertext.bin

用DES3算法的OFB模式解密文件ciphertext.bin，提供的口令为trousers，输出到文件plaintext.doc。注意：因为模式不同，该命令不能对以上的文件进行解密。

openssl enc -des-ede3-ofb -d -in ciphertext.bin -out plaintext.doc -pass pass:trousers

用Blowfish的CFB模式加密plaintext.doc，口令从环境变量PASSWORD中取，输出到文件ciphertext.bin。

openssl bf-cfb -salt -in plaintext.doc -out ciphertext.bin -pass env:PASSWORD

对文件ciphertext.bin用base64编码，输出到文件base64.txt。

openssl base64 -in ciphertext.bin -out base64.txt

用RC5算法的CBC模式加密文件plaintext.doc，输出到文件ciphertext.bin，salt、key和初始化向量(iv)在命令行指定。

openssl rc5 -in plaintext.doc -out ciphertext.bin -S C62CB1D49F158ADC -iv E9EDACA1BD7090C6 -K 89D4B1678D604FAA3DBFFD030A314B29

3、Diffie-Hellman应用例子

使用生成因子2和随机的1024-bit的素数产生D0ffie-Hellman参数，输出保存到文件dhparam.pem

openssl dhparam -out dhparam.pem -2 1024

从dhparam.pem中读取Diffie-Hell参数，以C代码的形式，输出到stdout。

openssl dhparam -in dhparam.pem -noout -C

4、DSA应用例子应用例子

生成1024位DSA参数集，并输出到文件dsaparam.pem。

openssl dsaparam -out dsaparam.pem 1024

使用参数文件dsaparam.pem生成DSA私钥匙，采用3DES加密后输出到文件dsaprivatekey.pem

openssl gendsa -out dsaprivatekey.pem -des3 dsaparam.pem

使用私钥匙dsaprivatekey.pem生成公钥匙，输出到dsapublickey.pem

openssl dsa -in dsaprivatekey.pem -pubout -out dsapublickey.pem

从dsaprivatekey.pem中读取私钥匙，解密并输入新口令进行加密，然后写回文件dsaprivatekey.pem

openssl dsa -in dsaprivatekey.pem -out dsaprivatekey.pem -des3 -passin

5、RSA应用例子

产生1024位RSA私匙，用3DES加密它，口令为trousers，输出到文件rsaprivatekey.pem

openssl genrsa -out rsaprivatekey.pem -passout pass:trousers -des3 1024

从文件rsaprivatekey.pem读取私匙，用口令trousers解密，生成的公钥匙输出到文件rsapublickey.pem

openssl rsa -in rsaprivatekey.pem -passin pass:trousers -pubout -out rsapubckey.pem

用公钥匙rsapublickey.pem加密文件plain.txt，输出到文件cipher.txt

openssl rsautl -encrypt -pubin -inkey rsapublickey.pem -in plain.txt -out cipher.txt

使用私钥匙rsaprivatekey.pem解密密文cipher.txt，输出到文件plain.txt

openssl rsautl -decrypt -inkey rsaprivatekey.pem -in cipher.txt -out plain.txt

用私钥匙rsaprivatekey.pem给文件plain.txt签名，输出到文件signature.bin

openssl rsautl -sign -inkey rsaprivatekey.pem -in plain.txt -out signature.bin

用公钥匙rsapublickey.pem验证签名signature.bin，输出到文件plain.txt

openssl rsautl -verify -pubin -inkey rsapublickey.pem -in signature.bin -out plain

从X.509证书文件cert.pem中获取公钥匙，用3DES加密mail.txt，输出到文件mail.enc

 openssl smime -encrypt -in mail.txt -des3 -out mail.enc cert.pem

从X.509证书文件cert.pem中获取接收人的公钥匙，用私钥匙key.pem解密S/MIME消息mail.enc，结果输出到文件mail.txt

openssl smime -decrypt -in mail.enc -recip cert.pem -inkey key.pem -out mail.txt

cert.pem为X.509证书文件，用私匙key,pem为mail.txt签名，证书被包含在S/MIME消息中，输出到文件mail.sgn

openssl smime -sign -in mail.txt -signer cert.pem -inkey key.pem -out mail.sgn

验证S/MIME消息mail.sgn，输出到文件mail.txt，签名者的证书应该作为S/MIME消息的一部分包含在mail.sgn中

openssl smime -verify -in mail.sgn -out mail.txt

2）利用openssl创建根证书

1，构建根证书

构建根证书前，需要先生成一个随机数文件（.rand）,执行：

openssl rand -out private/.rand 1000

选项说明：

rand 随机数命令。这里将随机数文件输出到private目录下。
-out 输出文件路径，
这里的参数1000，指定来产生伪随机字节数

2，构建根证书私钥

OpenSSL通常使用PEM（Privacy Enbanced Mail）格式来保存私钥，执行：

openssl genrsa -aes256 -out private/ca.key.pem 2048

选项说明：

genrsa——使用RSA算法产生私钥
-aes256——使用256位**的AES算法对私钥进行加密
-out——输出文件的路径
1024——指定私钥长度

3,生成根证书签发申请
完成密钥构建操作后，我们需要生成根证书签发申请文件（ca.csr）,执行：

openssl req -new -key private/ca.key.pem -out private/ca.csr -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=lesaas/OU=lesaas/CN=*.lesaas.cn"

选项说明：

-req 产生证书签发申请命令
-new 表示新请求
-key 密钥,这里为private/ca.key.pem文件
-out 输出路径,这里为private/ca.csr文件
-subj 指定用户信息。这里使用泛域名”*.lesaas.cn”
得到根证书签发申请文件后，我们可以将其发生给CA机构签发，当然我们也可以自行签发根证书。

4，签发根证书（自行签发根证书）

openssl x509 -req -days 10000 -sha1 -extensions v3_ca -signkey private/ca.key.pem -in private/ca.csr -out certs/ca.cer

选项说明：

-x509 签发X.509格式证书命令。
-req 表示证书输入请求。
-days 表示有效天数,这里为10000天。
-shal 表示证书摘要算法,这里为SHA1算法。
-extensions 表示按OpenSSL配置文件v3_ca项添加扩展。
-signkey 表示自签名密钥,这里为private/ca.key.pem。
-in 表示输入文件,这里为private/ca.csr。
-out 表示输出文件,这里为certs/ca.cer。

注意：OpenSSL产生的数据证书不能再JAVA语言环境中直接使用，需要将其转化为PKCS#12编码格式。

5，根证书转化

openssl pkcs12 -export -cacerts -inkey private/ca.key.pem -in certs/ca.cer -out certs/ca.p12

选项说明：

-pkcs12 PKCS#12编码格式证书命令。
-export 表示导出证书。
-cacerts 表示仅导出CA证书。
-inkey 表示输入密钥,这里为private/ca.key.pem
-in 表示输入文件,这里为certs/ca.cer
-out 表示输出文件,这里为certs/ca.p12
个人信息交换文件（PKCS#12） 可以作为密钥库或信任库使用，我们可以通过KeyTool查看密钥库的详细信息。

6，查看密钥库信息

keytool -list -keystore d:/CA/certs/ca.p12 -storetype pkcs12 -v -storepass 123456

注意：这里参数-storetype值为“pkcs12”。我们已经构建了根证书（ca.cer）,我们可以使用根证书签发服务器证书和客户证书。

7，构建服务器证书

服务器证书的构建与根证书构建相似，首先需要构建私钥。

（1）构建服务器私钥

openssl genrsa -aes256 -out private/server.key.pem 2048

选项说明：

-genrsa 产生RSA密钥命令。
-aes256 使用AES算法（256位密钥）对产生的私钥加密。可选算法包括DES，DESede，IDEA和AES。
-out 输出路径,这里指private/server.key.pem。
这里的参数2048，指RSA密钥长度位数，默认长度为512位。

（2）生成服务器证书签发申请

因我们已经获得了根证书，可以使用根证书签发服务器证书。执行：

openssl req -new -key private/server.key.pem -out private/server.csr -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=lesaas/OU=lesaas/CN=www.lesaas.cn" 

选项说明：

-req 产生证书签发申请命令
-new 表示新请求。
-key 密钥,这里为private/ca.key.pem文件
-out 输出路径,这里为private/ca.csr文件
-subj 指定用户信息,这里使用域名“www.lesaas.cn”作为用户名。

（3）签发服务器证书

openssl x509 -req -days 3650 -sha1 -extensions v3_req -CA certs/ca.cer -CAkey private/ca.key.pem -CAserial ca.srl -CAcreateserial -in private/server.csr -out 
certs/server.cer

选项说明：

-x509 签发X.509格式证书命令。
-req 表示证书输入请求。
-days 表示有效天数,这里为3650天。
-sha1 表示证书摘要算法,这里为SHA1算法。
-extensions 表示按OpenSSL配置文件v3_req项添加扩展。
-CA 表示CA证书,这里为certs/ca.cer
-CAkey 表示CA证书密钥,这里为private/ca.key.pem
-CAserial 表示CA证书序列号文件,这里为ca.srl
-CAcreateserial表示创建CA证书序列号
-in 表示输入文件,这里为private/server.csr
-out 表示输出文件,这里为certs/server.cer
这里我们同样需要将OpenSSL产生的数子证书转化为PKCS#12编码格式。完整命令如下

（4）服务器证书转换

openssl pkcs12 -export -clcerts -inkey private/server.key.pem -in certs/server.cer -out certs/server.p12

选项说明：

-pkcs12 PKCS#12编码格式证书命令。
-export 表示导出证书。
-clcerts 表示仅导出客户证书。
-inkey 表示输入文件,这里为private/server.key.pem
-in 表示输入文件,这里为certs/ca.cer
-out 表示输出文件,这里为certs/server.p12
我们已经构建了服务器证书（server.cer）,并可使用该证书构建基于单向认证网络

（5）构建客户证书

客户证书的构建与服务器证书构建基本一致，首先需要构建产生客户私钥。完成客户证书密钥构建后，我们就可以创建客户证书签发申请

openssl genrsa -aes256 -out private/client.key.pem 2048

genrsa 产生RSA密钥命令
-aes256 使用AES算法（256为密钥）对产生的私钥加密。可选算法包括DES,DESede,IDEA和AES。
-out 输出路径,这里指private/client.key.pem
这里的参数2048，指RSA密钥长度位数，默认长度为512位

（6）生成客户证书签发申请

openssl req -new -key private/client.key.pem -out private/client.csr -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=lesaas/OU=lesaas/CN=lesaas"

req 产生证书签发申请命令
-new 表示新的请求。
-key 密钥,这里为private/client.csr文件
-subj 指定用户信息,这里使用“lesaas”作为用户名

（7）签发客户证书(用根证书签发客户证书（client.cer）)

openssl ca -days 3650 -in private/client.csr -out certs/client.cer -cert certs/ca.cer -keyfile private/ca.key.pem

-ca 签发证书命令
-days 表示证书有效期,这里为3650天。
-in 表示输入文件,这里为private/client.csr
-out 表示输出文件,这里为certs/server.cer
-cert 表示证书文件,这里为certs/ca.cer
-keyfile 表示根证书密钥文件,这里为private/ca.key.pem
最后，我们需要将获得客户证书转化Java语言可以识别的PKCS#12编码格式。

（8）客户证书转换

openssl pkcs12 -export -inkey private/client.key.pem -in certs/client.cer -out certs/client.p12

-pkcs12 PKCS#12编码格式证书命令、
-export 表示导出证书
-clcerts 表示仅导出客户证书。
-inkey 表示输入密钥,这里为private/client.key.pem
-in 表示输入文件,这里为certs/client.cer
-out 表示输出文件,这里为certs/client.p12

至此，我们完成了双向认证的所需的全部证书。数字证书是公钥的载体，而密钥库可以包含公钥、私钥信息。
JKS和PKCS#12都是比较常用的两种密钥库格式/标准。对于前者，搞Java开发，尤其是接触过HTTPS平台的朋友，并不陌生。JKS文件（通常为.jks或.keystore，扩展名无关）可以通过Java原生工具——KeyTool生成；而后者PKCS#12文件（通常为.p12或.pfx，意味个人信息交换文件），则是通过更为常用的OpenSSL工具产生。

当然，这两者之间是可以通过导入/导出的方式进行转换的！当然，这种转换需要通过KeyTool工具进行！

【案例】：合作方交给你一个.pfx文件，需要从中提取密钥，然后进行加密交互。其实，通过Java直接操作密钥库文件（或个人信息交换文件）对于一般Java开发人员来说，这都是个冷门。不接触数字安全，根本不知所云。况且，Java原生的密钥库文件格式为JKS，如何操作.pfx文件？密钥库操作需要获知密钥库别名，*.pfx(PKCS#12是base64编码的)别名是什么？！接下来就解决这些问题！

【方案】：

通过keytool密钥库导入命令importkeystore，将密钥库格式由PKCS#12转换为JKS。
检索新生成的密钥库文件，提取别名信息。
由密钥库文件导出数字证书（这里将用到别名）。
通过代码提取公钥/私钥、签名算法等

1、格式转换

通过下面这个操作，我们能够获得所需的密钥库文件zlex.keystore。这时，只要确定对应的别名信息，就可以提取公钥/私钥，以及数字证书，进行加密交互了！

keytool -importkeystore -v  -srckeystore zlex.pfx -srcstoretype pkcs12 -srcstorepass 123456 -destkeystore zlex.keystore -deststoretype jks -deststorepass 123456  

-importkeystore导入密钥库，通过格式设定，我们可以将PKCS#12文件转换为JKS格式。
-v显示详情
-srckeystore源密钥库，这里是zlex.pfx
-srcstoretype源密钥库格式，这里为pkcs12
-srcstorepass源密钥库密码，这里为123456
-destkeystore目标密钥库，这里为zlex.keystore
-deststoretype目标密钥库格式，这里为jks，默认值也如此
-deststorepass目标密钥库密码，这里为123456

2、查看证书

keytool -list -keystore zlex.keystore -storepass 123456 -v  

-list列举密钥库
-keystore密钥库,这里是zlex.keystore
-storepass密钥库密码,这里是123456
-v显示详情

3、导出证书

keytool -exportcert -alias 1 -keystore zlex.keystore -file zlex.crt -storepass 123456

-exportcert导出证书
-alias别名,这里是1
-keystore密钥库,这里是zlex.keystore
-file证书文件,这里是zlex.crt
-storepass密钥库密码,这里是123456

证书导出后，我们可以提取公钥/私钥，进行加密/解密，签名/验证操作了！当然，即便没有证书，我们也能够通过密钥库（JKS格式）文件获得证书，以及公钥/私钥、签名算法等。

8、创建CA证书脚本

#!/bin/sh

# 生成私钥 key 文件
openssl genrsa -out private/ca.key 2048

# 生成证书请求 csr 文件
openssl req -new -key private/ca.key -out private/ca.csr -extensions v3_req -config "./conf/openssl.conf"

# 生成凭证 crt 文件
openssl x509 -req -days 3650 -in private/ca.csr -signkey private/ca.key -out private/ca.crt

# 为我们的 key 设置起始***和创建 CA 键库
echo '01' > serial   # 可以是任意四个字符
touch index.txt

# 为 "用户证书" 的移除创建一个证书撤销列表
openssl ca -gencrl -out ./private/ca.crl -crldays 7 -config "./conf/openssl.conf"

脚本2：

#!/bin/sh

# 查看KEY信息
# openssl rsa -noout -text -in users/client.key
# 查看CSR信息
# openssl req -noout -text -in users/client.csr
# 查看证书信息
# openssl x509 -noout -text -in users/client.crt


########## CA证书 ##########

# 生成私钥 key 文件
openssl genrsa -out private/ca.key 2048

# 生成证书请求 csr 文件
openssl req -new -key private/ca.key -out private/ca.csr -extensions v3_req -config "./conf/openssl.conf"

# 生成凭证 crt 文件
openssl x509 -req -days 365 -extensions v3_req -in private/ca.csr -signkey private/ca.key -out private/ca.crt

# 为我们的 key 设置起始***和创建 CA 键库
echo FACE > serial   # 可以是任意四个字符
touch index.txt

# 为 "用户证书" 的移除创建一个证书撤销列表
openssl ca -gencrl -out ./private/ca.crl -crldays 7 -config "./conf/openssl.conf"

########## 服务器证书 ##########

# 创建一个 key
openssl genrsa -out server/server.key 2048

# 为我们的 key 创建一个证书签名请求 csr 文件
openssl req -new -key server/server.key -out server/server.csr -extensions v3_req -config "./conf/openssl.conf"

# 使用我们私有的 CA key 为刚才的 key 签名
openssl ca -extensions v3_req -in server/server.csr -cert private/ca.crt -keyfile private/ca.key -out server/server.crt -config "./conf/openssl.conf"

########## 客户端证书 ##########

# 为用户创建一个 key
openssl genrsa -des3 -out ./users/client.key 2048

# 为 key 创建一个证书签名请求 csr 文件
openssl req -new -key ./users/client.key -out ./users/client.csr -extensions v3_req -config "./conf/openssl.conf"

# 使用我们私有的 CA key 为刚才的 key 签名
openssl ca -extensions v3_req -in ./users/client.csr -cert ./private/ca.crt -keyfile ./private/ca.key -out ./users/client.crt -config "./conf/openssl.conf"

# 将证书转换为大多数浏览器都能识别的 PKCS12 文件
openssl pkcs12 -export -clcerts -in ./users/client.crt -inkey ./users/client.key -out ./users/client.p12

脚本3：

#!/bin/sh


# 为用户创建一个 key
openssl genrsa -des3 -out ./users/client.key 2048

# 为 key 创建一个证书签名请求 csr 文件
openssl req -new -key ./users/client.key -out ./users/client.csr -extensions v3_req -config "./conf/openssl.conf"

# 使用我们私有的 CA key 为刚才的 key 签名
openssl ca -extensions v3_req -in ./users/client.csr -cert ./private/ca.crt -keyfile ./private/ca.key -out ./users/client.crt -config "./conf/openssl.conf"

# 将证书转换为大多数浏览器都能识别的 PKCS12 文件
openssl pkcs12 -export -clcerts -in ./users/client.crt -inkey ./users/client.key -out ./users/client.p12

脚本4：

#!/bin/sh


# 创建一个 key
openssl genrsa -out server/server.key 2048

# 为我们的 key 创建一个证书签名请求 csr 文件
openssl req -new -key server/server.key -out server/server.csr -extensions v3_req -config "./conf/openssl.conf"

# 使用我们私有的 CA key 为刚才的 key 签名
openssl ca -extensions v3_req -in server/server.csr -cert private/ca.crt -keyfile private/ca.key -out server/server.crt -config "./conf/openssl.conf"

……未完待续