SSH加密原理、RSA非对称加密算法学习与理解

jopen 5年前

     首先声明一下,这里所说的SSH,并不是Java传统的三大框架,而是一种建立在应用层和传输层基础上的安全外壳协议,熟悉Linux的朋友经常使用到一 个SSH Secure Shell Cilent的工具,本文也是基于此工具加密原理的学习,在SSH的加密原理中,使用到了RSA非对称加密算法,本文也一并做了学习和了解。

    非对称加密算法

    在日常的工作生产中, 我们经常需要进行数据的通讯,开发人员经常需要对数据进行加解密操作,以保证数据的安全。数据的加密算法非为对称加密和非对称加密两种,常用的DES、三 重DES、AES等都属于对称加密,即通过一个密钥可以进行数据的加解密,密钥一旦泄漏,传输的数据则不安全。

    非对称加密算法的核心源于数学问题,它存在公钥和私钥的概念,要完成加解密操作,需要两个密钥同时参与。我们常说的“公钥加密,私钥加密”或“私钥加密, 公钥解密”都属于非对称加密的范畴,后文中讲到的RSA算法也一种典型的非对称加密算法。公钥加密的数据必须使用私钥才可以解密,同样,私钥加密的数据也 只能通过公钥进行解密。

    相比对称加密,非对称加密的安全性得到了提升,但是也存在明显的缺点,非对称加解密的效率要远远小于对称加解密。所以非对称加密往往被用在一些安全性要求比较高的应用或领域中。

    典型的RSA非对称加密

    RSA加密算法是一种典型的非对称加密算法,它基于大数的因式分解数学难题,它也是应用最广泛的非对称加密算法,于1978年由美国麻省理工学院(MIT)的三位学着:Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 共同提出。

    它的原理较为简单,我们假设有消息发送方A和消息接收方B,通过下面的几个步骤,我们就可以完成消息的加密传递:

  1. 消息发送方A在本地构建密钥对,公钥和私钥;

  2. 消息发送方A将产生的公钥发送给消息接收方B;

  3. B向A发送数据时,通过公钥进行加密,A接收到数据后通过私钥进行解密,完成一次通信;

  4. 反之,A向B发送数据时,通过私钥对数据进行加密,B接收到数据后通过公钥进行解密。

    由于公钥是消息发送方A暴露给消息接收方B的,所以这种方式也存在一定的安全隐患,如果公钥在数据传输过程中泄漏,则A通过私钥加密的数据就可能被解密。

    如果要建立更安全的加密消息传递模型,需要消息发送方和消息接收方各构建一套密钥对,并分别将各自的公钥暴露给对方,在进行消息传递时,A通过B的公钥对数据加密,B接收到消息通过B的私钥进行解密,反之,B通过A的公钥进行加密,A接收到消息后通过A的私钥进行解密。

    当然,这种方式可能存在数据传递被模拟的隐患,我们可以通过数字签名等技术进行安全性的进一步提升。由于存在多次的非对称加解密,这种方式带来的效率问题也更加严重。   

    SSH加密原理

    在SSH安全协议的原理中, 是一种非对称加密与对称加密算法的结合,先看下图:

    这里进行一下说明:

  1. 首先服务端会通过非对称加密,产生一个公钥私钥

  2. 在客户端发起请求时,服务端将公钥暴露给客户端,这个公钥可以被任意暴露;

  3. 客户端在获取公钥后,会先产生一个由256位随机数字组成的会话密钥,这里称为口令;

  4. 客户端通过公钥将这个口令加密,发送给服务器端;

  5. 服务器端通过私钥进行解密,获取到通讯口令;

  6. 之后,客户端和服务端的信息传递,都通过这个口令进行对称的加密。

    个人感觉,这样的设计在一定程度上提高了加解密的效率,不过,与客户端服务端各构建一套密钥对的加解密方式相比,在安全性上可能有所下降。在上面所述的通过口令进行加密的过程中,数据也是可以被窃听的,不过由于密钥是256个随机数字,有10的256次方中组合方式,所以破解难度也很大。相对还是比较安全的。服务端和客户端都提前知道了密钥,SSH的这种方式,服务端是通过解密获取到了密钥。

    DH密钥交换算法

    SSH的原理,是基于RSA非对称加密,RSA是基于大数的因式分解数学难题,下面要提到的DH密钥交换算法则是基于有限域上的离散对数难题。

    DH算法是一种密钥协商算法,只用于密钥的分配,不用于消息的加解密。它提供了一种安全的交换密钥的方式,通过交换的密钥进行数据的加解密。就像SSH原理中,口令的交换,不过DH算法更安全。

    我们举个例子来进行说明,假设有A、B两方,A作为发送者,B作为接收者。通过下面的几个步骤就可以构建出一个只属于双方的密钥口令,如下:

  1. 首先A、B双方,在通信前构建专属于自己的密钥对,假设分别是公钥A,私钥A,公钥B,私钥B;

  2. A将自己的公钥A暴露给B,B通过私钥B公钥A经过一定的运算产生出本地的密钥B

  3. 同样,B将自己的公钥B暴露给A,A通过私钥A公钥B经过一定的运算产生出本地的密钥A

  4. 最后,这个算法有意思的一点就是,密钥A密钥B是一致的,这样A、B双方就拥有了一个属于双方的“秘密”口令;

    DH算法的产生是,对称加密向非对称加密的过度,为后续非对称加密的产生和发展奠定了基础。

    总结:成文的过程中,阅读了一些关于加密解密的算法,做出了如上的理解,毕竟术业有专攻,也可能存在理解偏颇,甚至错误的地方,希望大家批评指正。

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