理解 RSA/DSA 認(rèn)證
Daniel Robbins (drobbins@gentoo.org)
總裁／首席執(zhí)行官，Gentoo Technologies，Inc.
2001 年 7 月
在本系列文章中，您將學(xué)習(xí) RSA 和 DSA 認(rèn)證的工作原理，以及了解如何正確設(shè)置無(wú)密碼認(rèn)證。在本系列的第一篇文章里，Daniel Robbins 主要介紹 RSA 和 DSA 認(rèn)證協(xié)議并向您展示如何在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用這些協(xié)議。
我們中有許多人把優(yōu)秀的 OpenSSH（參見(jiàn)本文后面的參考資料）用作古老的 telnet 和 rsh 命令的替代品，OpenSSH 不僅是安全的而且是加密的。OpenSSH 更加吸引人的特性之一是它能夠使用基于一對(duì)互補(bǔ)的數(shù)字式密鑰的 RSA 和 DSA 認(rèn)證協(xié)議來(lái)認(rèn)證用戶。RSA 和 DSA 認(rèn)證承諾不必提供密碼就能夠同遠(yuǎn)程系統(tǒng)建立連接，這是它的主要魅力之一。雖然這非常吸引人，但是 OpenSSH 的新用戶們常常以一種快速卻不完善的方式配置 RSA/DSA，結(jié)果雖然實(shí)現(xiàn)了無(wú)密碼登錄，卻也在此過(guò)程中開(kāi)了一個(gè)很大的安全漏洞。
什么是 RSA/DSA 認(rèn)證？
SSH，特別是 OpenSSH（完全免費(fèi)的 SSH 的實(shí)現(xiàn)），是一個(gè)不可思議的工具。類似于 telnet 或 rsh，ssh 客戶程序也可以用于登錄到遠(yuǎn)程機(jī)器。所要求的只是該遠(yuǎn)程機(jī)器正在運(yùn)行 sshd，即 ssh 服務(wù)器進(jìn)程。但是，與 telnet 不同的是，ssh 協(xié)議非常安全。加密數(shù)據(jù)流，確保數(shù)據(jù)流的完整性，甚至安全可靠的進(jìn)行認(rèn)證它都使用了專門(mén)的算法。
然而，雖然 ssh 的確很棒，但還是有一個(gè) ssh 功能組件常常被忽略、被危險(xiǎn)的誤用或者簡(jiǎn)直就是被誤解。這個(gè)組件就是 OpenSSH 的 RSA/DSA 密鑰認(rèn)證系統(tǒng)，它可以代替 OpenSSH 缺省使用的標(biāo)準(zhǔn)安全密碼認(rèn)證系統(tǒng)。
OpenSSH 的 RSA 和 DSA 認(rèn)證協(xié)議的基礎(chǔ)是一對(duì)專門(mén)生成的密鑰，分別叫做專用密鑰和公用密鑰。使用這些基于密鑰的認(rèn)證系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：在許多情況下，有可能不必手工輸入密碼就能建立起安全的連接。
盡管基于密鑰的認(rèn)證協(xié)議相當(dāng)安全，但是當(dāng)用戶并不完全了解這些簡(jiǎn)化操作對(duì)安全性的影響，為了方便而使用某些簡(jiǎn)化操作時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。本文中，我們
將詳細(xì)討論如何正確使用 RSA 和 DSA 認(rèn)證協(xié)議，使我們不會(huì)冒任何不必要的安全性風(fēng)險(xiǎn)。在我的下一篇文章里，我將向您展示如何使用 ssh-agent 隱藏已經(jīng)解密的專用密鑰，還將介紹 keychain，它是 ssh-agent 的前端，可以在不犧牲安全性的前提下提供許多便利。如果您一直想要掌握 OpenSSH 更高級(jí)的認(rèn)證功能的話，那么就請(qǐng)您繼續(xù)往下讀吧。
RSA/DSA 密鑰的工作原理
下面從整體上粗略的介紹了 RSA/DSA 密鑰的工作原理。讓我們從一種假想的情形開(kāi)始，假定我們想用 RSA 認(rèn)證允許一臺(tái)本地的 Linux 工作站（稱作 localbox）打開(kāi) remotebox 上的一個(gè)遠(yuǎn)程 shell，remotebox 是我們的 ISP 的一臺(tái)機(jī)器。此刻，當(dāng)我們?cè)噲D用 ssh 客戶程序連接到 remotebox 時(shí)，我們會(huì)得到如下提示：
% ssh drobbins@remotebox
drobbins@remotebox's password:
|
此處我們看到的是 ssh 處理認(rèn)證的缺省方式的一個(gè)示例。換句話說(shuō)，它要求我們輸入 remotebox 上的 drobbins 這個(gè)帳戶的密碼。如果我們輸入我們?cè)?remotebox 上的密碼，ssh 就會(huì)用安全密碼認(rèn)證協(xié)議，把我們的密碼傳送給 remotebox 進(jìn)行驗(yàn)證。但是，和 telnet 的情況不同，這里我們的密碼是加密的，因此它不會(huì)被偷看到我們的數(shù)據(jù)連接的人截取。一旦 remotebox 把我們提供的密碼同它的密碼數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)照進(jìn)行認(rèn)證，成功的話，我們就會(huì)被允許登錄，還會(huì)有一個(gè) remotebox 的 shell 提示歡迎我們。雖然 ssh 缺省的認(rèn)證方法相當(dāng)安全，RSA 和 DSA 認(rèn)證卻為我們開(kāi)創(chuàng)了一些新的潛在的機(jī)會(huì)。
但是，與 ssh 安全密碼認(rèn)證不同的是，RSA 認(rèn)證需要一些初始配置。我們只需要執(zhí)行這些初始配置步驟一次。之后，localbox 和 remotebox 之間的 RSA 認(rèn)證就毫不費(fèi)力了。要設(shè)置 RSA 認(rèn)證，我們首先得生成一對(duì)密鑰，一把專用密鑰和一把公用密鑰。這兩把密鑰有一些非常有趣的性質(zhì)。公用密鑰用于對(duì)消息進(jìn)行加密，只有擁有專用密鑰的人才能對(duì)該消息進(jìn)行解密。公用密鑰只能用于 加密，而專用密鑰只能用于對(duì)由匹配的公用密鑰編碼的消息進(jìn)行解密。RSA（和 DSA）認(rèn)證協(xié)議利用密鑰對(duì)的這些特殊性質(zhì)進(jìn)行安全認(rèn)證，并且不需要在網(wǎng)上傳輸任何保密的信息。
要應(yīng)用 RSA 或者 DSA 認(rèn)證，我們要執(zhí)行一步一次性的配置步驟。我們把公用密鑰拷貝到 remotebox。公用密鑰之所以被稱作是“公用的”有一個(gè)原因。因?yàn)樗荒苡糜趯?duì)那些給我們的消息進(jìn)行 加密，所以我們不需要太擔(dān)心它會(huì)落入其它人手中。一旦我們的公用密鑰已經(jīng)被拷貝到 remotebox 并且為了 remotebox 的 sshd 能夠定位它而把它放在一個(gè)專門(mén)的文件（~/.ssh/authorized_keys）里，我們就為使用 RSA 認(rèn)證登錄到 remotebox 上做好了準(zhǔn)備。
要用 RSA 登錄的時(shí)候，我們只要在 localbox 的控制臺(tái)鍵入 ssh drobbins@remotebox，就象我們常做的一樣。可這一次，ssh 告訴 remotebox 的 sshd 它想使用 RSA 認(rèn)證協(xié)議。接下來(lái)發(fā)生的事情非常有趣。Remotebox 的 sshd 會(huì)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，并用我們先前拷貝過(guò)去的公用密鑰對(duì)這個(gè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密。然后， sshd 把加密了的隨機(jī)數(shù)發(fā)回給正在 localbox 上運(yùn)行的 ssh。接下來(lái)，輪到我們的 ssh 用專用密鑰對(duì)這個(gè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行解密后，再把它發(fā)回給 remotebox，實(shí)際上等于在說(shuō)：“瞧，我確實(shí)有匹配的專用密鑰；我能成功的對(duì)您的消息進(jìn)行解密！”最后， sshd 得出結(jié)論，既然我們持有匹配的專用密鑰，就應(yīng)當(dāng)允許我們登錄。因此，我們有匹配的專用密鑰這一事實(shí)授權(quán)我們?cè)L問(wèn) remotebox。
兩項(xiàng)注意事項(xiàng)
關(guān)于 RSA 和 DSA 認(rèn)證有兩項(xiàng)重要的注意事項(xiàng)。第一項(xiàng)是我們的確只需要生成一對(duì)密鑰。然后我們可以把我們的公用密鑰拷貝到想要訪問(wèn)的那些遠(yuǎn)程機(jī)器上，它們都會(huì)根據(jù)我們的那把專用密鑰進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)證。換句話說(shuō)，我們并不需要為想要訪問(wèn)的 每個(gè)系統(tǒng)都準(zhǔn)備一對(duì)密鑰。只要一對(duì)就足夠了。
另一項(xiàng)注意事項(xiàng)是專用密鑰不應(yīng)落入其它人手中。正是專用密鑰授權(quán)我們?cè)L問(wèn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)，任何擁有我們的專用密鑰的人都會(huì)被授予和我們完全
相同的特權(quán)。如同我們不想讓陌生人有我們的住處的鑰匙一樣，我們應(yīng)該保護(hù)我們的專用密鑰以防未授權(quán)的使用。在比特和字節(jié)的世界里，這意味著沒(méi)有人是本來(lái)就
應(yīng)該能讀取或是拷貝我們的專用密鑰的。
ssh 的開(kāi)發(fā)者們當(dāng)然知道專用密鑰的重要性，而且他們已經(jīng)在 ssh 和 ssh-keygen 里加入了一些防范措施，以防止我們的專用密鑰被濫用。首先，ssh 被設(shè)置成了如果我們的密鑰的文件權(quán)限允許除我們之外的任何人讀取密鑰，就打印出一條大大的警告消息。其次，在我們用 ssh-keygen 創(chuàng)建公用／專用密鑰對(duì)的時(shí)候，ssh-keygen 會(huì)要求我們輸入一個(gè)密碼短語(yǔ)。如果我們輸入了密碼短語(yǔ)，ssh-keygen 就會(huì)用該密碼短語(yǔ)加密我們的專用密鑰，這樣，即使專用密鑰被盜，對(duì)于那些碰巧不知道密碼短語(yǔ)的人而言，這把專用密鑰是毫無(wú)用處的。具備了這一知識(shí)后，讓我們看一下如何設(shè)置 ssh 以應(yīng)用 RSA 和 DSA 認(rèn)證協(xié)議。
ssh-keygen 細(xì)探
設(shè)置 RSA 認(rèn)證的第一步從生成一對(duì)公用／專用密鑰對(duì)開(kāi)始。RSA 認(rèn)證是 ssh 密鑰認(rèn)證的最初形式，因此 RSA 應(yīng)該可以用于 OpenSSH 的所有版本，盡管這樣，我還是推薦您安裝可用的最近版本，在我寫(xiě)這篇文章的時(shí)候是 openssh-2.9_p2。生成一對(duì) RSA 密鑰的方法如下：
% ssh-keygen
Generating public/private rsa1 key pair.
Enter file in which to save the key (/home/drobbins/.ssh/identity): (hit enter)
Enter passphrase (empty for no passphrase): (enter a passphrase)
Enter same passphrase again: (enter it again)
Your identification has been saved in /home/drobbins/.ssh/identity.
Your public key has been saved in /home/drobbins/.ssh/identity.pub.
The key fingerprint is:
a4:e7:f2:39:a7:eb:fd:f8:39:f1:f1:7b:fe:48:a1:09 drobbins@localbox
|
當(dāng) ssh-keygen 要求輸入存放密鑰的缺省位置時(shí)，我們敲回車(chē)鍵接受缺省的 /home/drobbins/.ssh/identity。ssh-keygen 將把專用密鑰保存在此路徑中，公用密鑰就存在緊臨它的一個(gè)叫做 identity.pub 的文件里。
還要請(qǐng)您注意一下 ssh-keygen 還提示過(guò)我們輸入密碼短語(yǔ)。當(dāng)時(shí)我們輸入了一個(gè)好的密碼短語(yǔ)（七位或者更多位難以預(yù)測(cè)的字符）。然后 ssh-keygen 用這個(gè)密碼短語(yǔ)加密了我們的專用密鑰（~/.ssh/identity），以使我們的專用密鑰對(duì)于那些不知道這個(gè)密碼短語(yǔ)的人將變得毫無(wú)用處。
追求快速的折衷方案
當(dāng)我們指定密碼短語(yǔ)時(shí)，雖然這使得 ssh-keygen 保護(hù)我們的專用密鑰以防誤用，但是也帶來(lái)了一點(diǎn)小小的不便。現(xiàn)在，每當(dāng)我們?cè)噲D用 ssh 連接到 drobbins@remotebox 帳戶時(shí)，ssh 都會(huì)提示我們輸入該密碼短語(yǔ)以便它能對(duì)我們的專用密鑰進(jìn)行解密，并使用我們的專用密鑰進(jìn)行 RSA 認(rèn)證。此外，我們輸入的不是 remotebox 上 drobbins 帳戶的密碼，而是在本地機(jī)器上對(duì)專用密鑰進(jìn)行解密所需要的密碼短語(yǔ)。一旦我們的專用密鑰被解密，我們的 ssh 客戶程序就會(huì)處理其余的事情。雖然使用我們的遠(yuǎn)程密碼和使用 RSA 密碼短語(yǔ)的機(jī)制完全不同，但實(shí)際上還是會(huì)提示我們輸入一個(gè)“保密的短語(yǔ)”給 ssh。
# ssh drobbins@remotebox
Enter passphrase for key '/home/drobbins/.ssh/identity': (enter passphrase)
Last login: Thu Jun 28 20:28:47 2001 from localbox.gentoo.org
Welcome to remotebox!
%
|
這里就是人們經(jīng)常會(huì)被誤導(dǎo)而導(dǎo)致追求快速的折衷方案的地方。有很多時(shí)候，僅僅是為了不必輸入密碼，人們就會(huì)創(chuàng)建不加密的專用密鑰。那樣的話，他們只要輸入 ssh 命令，立刻就會(huì)通過(guò) RSA（或是 DSA）認(rèn)證并登錄。
# ssh drobbins@remotebox
Last login: Thu Jun 28 20:28:47 2001 from localbox.gentoo.org
Welcome to remotebox!
%
|
然而，盡管這樣很方便，但是在還沒(méi)有完全理解這種方法對(duì)安全性的影響時(shí)，您不應(yīng)該使用。如果有人在某一時(shí)刻闖入了 localbox，一把不加密的專用密鑰使得他們也自動(dòng)有權(quán)訪問(wèn) remotebox 以及其它所有用這把公用密鑰配置過(guò)的系統(tǒng)。
我知道您在想些什么。無(wú)密碼認(rèn)證，雖然有點(diǎn)冒險(xiǎn)，可看起來(lái)的確很誘人。我完全同意。但是， 還有更好的辦法！請(qǐng)相信我，我將向您展示如何既可以享受到無(wú)密碼認(rèn)證的好處，又不必犧牲專用密鑰的安全性。在我的下一篇文章里，我還將向您展示如何熟練的使用 ssh-agent（正是它最先使得安全無(wú)密碼認(rèn)證成為可能）。現(xiàn)在，讓我們通過(guò)設(shè)置 RSA 和 DSA 認(rèn)證為使用 ssh-agent 做好準(zhǔn)備。下面是逐步的指導(dǎo)。
RSA 密鑰對(duì)的生成
要設(shè)置 RSA 認(rèn)證，我們需要執(zhí)行生成公用／專用密鑰對(duì)的一次性步驟。我們的輸入如下：
出現(xiàn)提示時(shí)，請(qǐng)接受缺省的密鑰位置（典型的情況下是 ~/.ssh/identity 和存儲(chǔ)公用密鑰的 ~/.ssh/identity.pub），并提供給 ssh-keygen 一個(gè)安全的密碼短語(yǔ)。一旦 ssh-keygen 完成，您將會(huì)得到一把公用密鑰和一把用密碼短語(yǔ)加密的專用密鑰。
RSA 公用密鑰的安裝
接下來(lái)，我們需要把正在運(yùn)行 sshd 的遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)置成使用我們的公用 RSA 密鑰進(jìn)行認(rèn)證。典型情況下，我們通過(guò)象下面這樣把公用密鑰拷貝到遠(yuǎn)程系統(tǒng)完成這一步：
% scp ~/.ssh/identity.pub drobbins@remotebox:
|
由于 RSA 認(rèn)證還沒(méi)有完全設(shè)置好，所以會(huì)提示我們輸入 remotebox 上的密碼。請(qǐng)您照做。然后，登錄到 remotebox 并把公用密鑰附加到文件 ~/.ssh/authorized_keys 上，如下所示：
% ssh drobbins@remotebox
drobbins@remotebox's password: (enter password)
Last login: Thu Jun 28 20:28:47 2001 from localbox.gentoo.org
Welcome to remotebox!
% cat identity.pub >> ~/.ssh/authorized_keys
% exit
|
現(xiàn)在，配置過(guò) RSA 認(rèn)證以后，當(dāng)我們?cè)噲D使用 ssh 連接到 remotebox 時(shí)，應(yīng)該會(huì)提示我們輸入 RSA 密碼短語(yǔ)（而不是我們的密碼）。
% ssh drobbins@remotebox
Enter passphrase for key '/home/drobbins/.ssh/identity':
|
好哇，RSA 認(rèn)證的配置完成了！如果剛才沒(méi)有提示您輸入密碼短語(yǔ)，您可以試驗(yàn)一下以下幾種情況。第一，嘗試通過(guò)輸入 ssh -1 drobbins@remotebox 登錄。它會(huì)讓 ssh 只應(yīng)用 ssh 協(xié)議版本 1，如果出于某種原因遠(yuǎn)程系統(tǒng)缺省設(shè)置的是 DSA 認(rèn)證的話，可能會(huì)要求這么做。如果不奏效的話，請(qǐng)確認(rèn)您的 /etc/ssh/ssh_config 里沒(méi)有寫(xiě)著這么一行 RSAAuthentication no。如果有的話，請(qǐng)您在前面加上一個(gè)“#”把這行注釋掉。另外，還可以試著同 remotebox 的系統(tǒng)管理員聯(lián)絡(luò)，核實(shí)一下在他們那一端已經(jīng)啟用了 RSA 認(rèn)證，并且 /etc/ssh/sshd_config 里的設(shè)置是正確的。
DSA 密鑰的生成
ssh 協(xié)議的版本 1 使用的是 RSA 密鑰，而 DSA 密鑰卻用于協(xié)議級(jí) 2，這是 ssh 協(xié)議的最新版本。目前所有的 OpenSSH 版本都應(yīng)該既能使用 RSA 密鑰又能使用 DSA 密鑰。DSA 密鑰以如下類似于 RSA 密鑰的方式使用 OpenSSH 的 ssh-keygen 生成：
又會(huì)提示我們輸入密碼短語(yǔ)。輸入一個(gè)安全的密碼短語(yǔ)。還會(huì)提示我們輸入保存 DSA 密鑰的位置。正常情況下，缺省的
~/.ssh/id_dsa 和 ~/.ssh/id_dsa.pub 就可以了。在我們一次性生成 DSA 密鑰完成后，就該把我們的 DSA
公用密鑰安裝到遠(yuǎn)程系統(tǒng)上去了。
DSA 公用密鑰的安裝
DSA 公用密鑰的安裝又是幾乎和 RSA 安裝完全一樣。對(duì)于 DSA，我們將要把 ~/.ssh/id_dsa.pub 文件拷貝到 remotebox，然后把它附加到 remotebox 上的 ~/.ssh/authorized_keys2 文件。請(qǐng)注意這個(gè)文件的名字和 RSA 的 authorized_keys 文件名不同。一旦配置完畢，輸入我們的 DSA 專用密鑰的密碼短語(yǔ)就應(yīng)該能登錄到 remotebox，而不需要我們輸入在 remotebox 上真正的密碼。
下一篇
此刻，您應(yīng)該已經(jīng)可以使用 RSA 或者 DSA 認(rèn)證了，但是在每一次新連接時(shí)，您仍需輸入您的密碼短語(yǔ)。在我的下一篇文章里，我們將會(huì)了解到如何使用 ssh-agent，它確實(shí)是一個(gè)很不錯(cuò)的系統(tǒng)，不僅允許我們不提供密碼就建立連接，而且還使我們的專用密鑰可以在磁盤(pán)上保持加密狀態(tài)。我還將介紹 keychain，它是一個(gè)非常方便的 ssh-agent 前端，可以使 ssh-agent 比以前更可靠、更方便而且使用起來(lái)更具趣味性。在此之前，請(qǐng)就近查閱下面列出的參考資料以使您能跟上進(jìn)度。
參考資料
關(guān)于作者 
Daniel Robbins 居住在美國(guó)新墨西哥州的阿爾布開(kāi)克。他主創(chuàng)了
Gentoo Linux，這是一種用于 PC 的高級(jí) Linux，以及
Portage 系統(tǒng)，是用于 Linux 的下一代移植系統(tǒng)。他還是幾本 Macmillan 出版的書(shū)籍
Caldera OpenLinux Unleashed、
SuSE Linux Unleashed 和
Samba Unleashed 的投稿人。Daniel 自二年級(jí)起就與計(jì)算機(jī)結(jié)下了不解之緣，那時(shí)他最先接觸的是 Logo 程序語(yǔ)言，并沉溺于 Pac Man 游戲中。這也許就是他至今仍擔(dān)任
SONY Electronic Publishing/Psygnosis 首席圖形設(shè)計(jì)師的原因所在。Daniel 喜歡與妻子 Mary 和新出生的女兒 Hadassah 一起共度時(shí)光。您可以通過(guò)
drobbins@gentoo.org 和 Daniel 聯(lián)系。