SSH小结

工作有一段时间了，经常用SSH登录远程机器，但对原理一直不是很了解，所以查阅了一些资料，写个小结。

一、 SSH是什么?

SSH的全称是Secure Shell, 是一种“用来在不安全的网络上安全地运行网络服务的一种加密网络协议”。

简单说，SSH是一种网络协议，用于计算机之间的加密登录。

如果一个用户从本地计算机，使用SSH协议登录另一台远程计算机，我们就可以认为，这种登录是安全的，即使被中途截获，密码也不会泄露。

最早的时候，互联网通信都是明文通信，一旦被截获，内容就暴露无疑。1995年，芬兰学者Tatu Ylonen设计了SSH协议，将登录信息全部加密，成为互联网安全的一个基本解决方案，迅速在全世界获得推广，目前已经成为Linux系统的标准配置。

需要指出的是，SSH只是一种协议，存在多种实现，既有商业实现，也有开源实现。本文针对的实现是OpenSSH，它是自由软件，应用非常广泛。

此外，本文只讨论SSH在Linux Shell中的用法。如果要在Windows系统中使用SSH，会用到另一种软件PuTTY，这需要另文介绍。

二、基本原理

SSH用RSA算法来加密。RSA算法是罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。1987年首次公布，当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。

RSA算法中有公钥和私钥。下面是RSA算法中比较重要的概念：

1、公钥和私钥都是密码，区别是公钥向所有人公开，私钥只有自己才有。

2、RSA是非对称加密算法，意味着如果用公钥加密，则只有私钥才能解密；如果用私钥加密，则只有公钥才能解密。加密的过程是不可逆的，即意味着有密文，RSA算法，加密密钥的情况下，无法得到原文。

3、RSA算法有两个用途：加密和签名。

加密和签名的过程不一样，但不需要去硬记。
你只要想：既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只有我才能解密，所以可得出公钥负责加密，私钥负责解密；同理，既然是签名，那肯定是不希望有人冒充我发消息，只有我才能发布这个签名，所以可得出私钥负责签名，公钥负责验证。

下面具体介绍一下加密和签名的具体过程：

4、基于公开密钥的加密过程：

　　比如有两个用户Alice和Bob，Alice想把一段明文通过双钥加密的技术发送给Bob，Bob有一对公钥和私钥，那么加密解密的过程如下：

　　<1>Bob将他的公开密钥传送给Alice。

　　<2>Alice用Bob的公开密钥加密她的消息，然后传送给Bob。

　　<3>Bob用他的私人密钥解密Alice的消息。

5、基于私有密钥的签名过程：

　　<1>Alice用她的私人密钥对文件加密，从而对文件签名。

　　<2>Alice将签名的文件传送给Bob。

　　<3>Bob用Alice的公钥解密文件，从而验证签名。

三、最基本的用法

SSH主要用于远程登录。假定你要以用户名user，登录远程主机host，只要一条简单命令就可以了。

　　$ ssh user@host

如果本地用户名与远程用户名一致，登录时可以省略用户名。

　　$ ssh host

SSH的默认端口是22，也就是说，你的登录请求会送进远程主机的22端口。使用p参数，可以修改这个端口。

　　$ ssh -p 2222 user@host

上面这条命令表示，ssh直接连接远程主机的2222端口。

四、中间人攻击

SSH之所以能够保证安全，原因在于它采用了公钥加密。

整个过程是这样的：（1）远程主机收到用户的登录请求，把自己的公钥发给用户。（2）用户使用这个公钥，将登录密码加密后，发送回来。（3）远程主机用自己的私钥，解密登录密码，如果密码正确，就同意用户登录。这一步是利用了RSA算法的“加密”，只有远程主机本身才能解密获得用户的密码。

这个过程本身是安全的，但是实施的时候存在一个风险：如果有人截获了登录请求，然后冒充远程主机，将伪造的公钥发给用户，那么用户很难辨别真伪。因为不像https协议，SSH协议的公钥是没有证书中心（CA）公证的，也就是说，都是自己签发的。

可以设想，如果攻击者插在用户与远程主机之间（比如在公共的wifi区域），用户用伪造的公钥加密密码，攻击者便可以用自己的私钥获取用户的登录密码。再用这个密码登录远程主机，那么SSH的安全机制就荡然无存了。这种风险就是著名的"中间人攻击"（Man-in-the-middle attack）。

SSH协议是如何应对的呢？

四、口令登录

如果你是第一次登录对方主机，系统会出现下面的提示：

　　$ ssh user@host

　　The authenticity of host 'host (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)?

这段话的意思是，无法确认host主机的真实性，只知道它的公钥指纹，问你还想继续连接吗？

所谓"公钥指纹"，是指公钥长度较长（这里采用RSA算法，长达1024位），很难比对，所以对其进行MD5计算，将它变成一个128位的指纹。上例中是98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d，再进行比较，就容易多了。

很自然的一个问题就是，用户怎么知道远程主机的公钥指纹应该是多少？回答是没有好办法，远程主机必须在自己的网站上贴出公钥指纹，以便用户自行核对。

假定经过风险衡量以后，用户决定接受这个远程主机的公钥。

　　Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes

系统会出现一句提示，表示host主机已经得到认可。

　　Warning: Permanently added 'host,12.18.429.21' (RSA) to the list of known hosts.

然后，会要求输入密码。

　　Password: (enter password)

如果密码正确，就可以登录了。

当远程主机的公钥被接受以后，它就会被保存在文件$HOME/.ssh/known_hosts之中。下次再连接这台主机，系统就会认出它的公钥已经保存在本地了，从而跳过警告部分，直接提示输入密码。

每个SSH用户都有自己的known_hosts文件，此外系统也有一个这样的文件，通常是/etc/ssh/ssh_known_hosts，保存一些对所有用户都可信赖的远程主机的公钥。

五、公钥登录

使用密码登录，每次都必须输入密码，非常麻烦。好在SSH还提供了公钥登录，可以省去输入密码的步骤。这一步其实就是利用了RSA算法中的“签名”，即只要证明了用户是真正的用户，不是别人伪造的，也就不需要密码了。

所谓"公钥登录"，原理很简单，就是用户将自己的公钥储存在远程主机上。登录的时候，远程主机会向用户发送一段随机字符串，用户用自己的私钥加密后，再发回来。远程主机用事先储存的公钥进行解密，如果成功，就证明用户是可信的，直接允许登录shell，不再要求密码。

这种方法要求用户必须提供自己的公钥。如果没有现成的，可以直接用ssh-keygen生成一个：

　　$ ssh-keygen

运行上面的命令以后，系统会出现一系列提示，可以一路回车。其中有一个问题是，要不要对私钥设置口令（passphrase），如果担心私钥的安全，这里可以设置一个。

运行结束以后，在$HOME/.ssh/目录下，会新生成两个文件：id_rsa.pub和id_rsa。前者是你的公钥，后者是你的私钥。

这时再输入下面的命令，将公钥传送到远程主机host上面：

　　$ ssh-copy-id user@host

好了，从此你再登录，就不需要输入密码了。

如果还是不行，就打开远程主机的/etc/ssh/sshd_config这个文件，检查下面几行前面"#"注释是否取掉。

　　RSAAuthentication yes
　　PubkeyAuthentication yes
　　AuthorizedKeysFile .ssh/authorized_keys

然后，重启远程主机的ssh服务。

　　// ubuntu系统
　　service ssh restart

　　// debian系统
　　/etc/init.d/ssh restart

六、authorized_keys文件

远程主机将用户的公钥，保存在登录后的用户主目录的$HOME/.ssh/authorized_keys文件中。公钥就是一段字符串，只要把它追加在authorized_keys文件的末尾就行了。

这里不使用上面的ssh-copy-id命令，改用下面的命令，解释公钥的保存过程：

　　$ ssh user@host 'mkdir -p .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub

这条命令由多个语句组成，依次分解开来看：（1）"$ ssh user@host"，表示登录远程主机；（2）单引号中的mkdir .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys，表示登录后在远程shell上执行的命令：（3）"$ mkdir -p .ssh"的作用是，如果用户主目录中的.ssh目录不存在，就创建一个；（4）'cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub的作用是，将本地的公钥文件~/.ssh/id_rsa.pub，重定向追加到远程文件authorized_keys的末尾。

写入authorized_keys文件后，公钥登录的设置就完成了。

参考链接：

1、数字签名、数字证书、对称加密算法、非对称加密算法、单向加密（散列算法）http://www.cnblogs.com/zfxJava/p/5295957.html

2、SSH原理与应用（一）：远程登录 http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/ssh_remote_login.html

3、SSH的公钥和私钥哪个用来加密，哪个用来解密？https://www.zhihu.com/question/25912483

4、公钥和私钥解释 http://www.cnblogs.com/Impulse/p/3974480.html