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。

2. 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1.1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:

 
图1-1:对称加密-Client端
 
图1-2: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:如何安全的保存密钥呢?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”“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:

 
图1-3: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

 
图1-4:中间人攻击
SSH中是如何解决这个问题的?
1. 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 keyprivate 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:

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:

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:

 
图1-5:公钥认证流程(2018-06更新)
  1. Client将自己的公钥存放在Server上,追加在文件authorized_keys中。
  2. Server端接收到Client的连接请求后,会在authorized_keys中匹配到Client的公钥pubKey,并生成随机数R,用Client的公钥对该随机数进行加密得到pubKey(R)
    ,然后将加密后信息发送给Client。
  3. Client端通过私钥进行解密得到随机数R,然后对随机数R和本次会话的SessionKey利用MD5生成摘要Digest1,发送给Server端。
  4. Server端会也会对R和SessionKey利用同样摘要算法生成Digest2。
  5. Server端会最后比较Digest1和Digest2是否相同,完成认证过程。

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

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