可以從命令行編譯和執(zhí)行該程序（請(qǐng)注意 -lssl 和 -lcrypto 中的小寫字母 L）：

gcc -o client client.c -lssl -lcrypto

該程序嘗試打開與網(wǎng)站 www.google.com 的安全連接。在與 Google Web 服務(wù)器的 TLS 握手過程中，client 程序會(huì)收到一個(gè)或多個(gè)數(shù)字證書，該程序會(huì)嘗試對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證（但在我的系統(tǒng)上失敗了）。盡管如此，client 程序仍繼續(xù)通過安全通道獲取 Google 主頁。該程序取決于前面提到的安全工件，盡管在上述代碼中只著重突出了數(shù)字證書。但其它工件仍在幕后發(fā)揮作用，稍后將對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)說明。

通常，打開 HTTP（非安全）通道的 C 或 C++ 的客戶端程序?qū)⑹褂弥T如文件描述符或網(wǎng)絡(luò)套接字之類的結(jié)構(gòu)，它們是兩個(gè)進(jìn)程（例如，這個(gè) client 程序和 Google Web 服務(wù)器）之間連接的端點(diǎn)。另一方面，文件描述符是一個(gè)非負(fù)整數(shù)值，用于在程序中標(biāo)識(shí)該程序打開的任何文件類的結(jié)構(gòu)。這樣的程序還將使用一種結(jié)構(gòu)來指定有關(guān) Web 服務(wù)器地址的詳細(xì)信息。

這些相對(duì)較低級(jí)別的結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)在客戶端程序中，因?yàn)?OpenSSL 庫會(huì)將套接字基礎(chǔ)設(shè)施和地址規(guī)范等封裝在更高層面的安全結(jié)構(gòu)中。其結(jié)果是一個(gè)簡(jiǎn)單的 API。下面首先看一下 client 程序示例中的安全性詳細(xì)信息。

• 該程序首先加載相關(guān)的 OpenSSL 庫，我的函數(shù) init_ssl 中對(duì) OpenSSL 進(jìn)行了兩次調(diào)用：

1. SSL_load_error_strings();

2. SSL_library_init();

• 下一個(gè)初始化步驟嘗試獲取安全上下文，這是建立和維護(hù)通往 Web 服務(wù)器的安全通道所需的信息框架。如對(duì) OpenSSL 庫函數(shù)的調(diào)用所示，在示例中使用了 TLS 1.2：

  如果調(diào)用成功，則將 method 指針被傳遞給庫函數(shù)，該函數(shù)創(chuàng)建類型為 SSL_CTX 的上下文：

  client 程序會(huì)檢查每個(gè)關(guān)鍵的庫調(diào)用的錯(cuò)誤，如果其中一個(gè)調(diào)用失敗，則程序終止。

1. SSL_CTX* ctx = SSL_CTX_new(method);

1. const SSL_METHOD* method = TLSv1_2_client_method(); /* TLS 1.2 */

• 現(xiàn)在還有另外兩個(gè) OpenSSL 工件也在發(fā)揮作用：SSL 類型的安全會(huì)話，從頭到尾管理安全連接；以及類型為 BIO（基本輸入/輸出Basic Input/Output）的安全流，用于與 Web 服務(wù)器進(jìn)行通信。BIO 流是通過以下調(diào)用生成的：

  請(qǐng)注意，這個(gè)最重要的上下文是其參數(shù)。BIO 類型是 C 語言中 FILE 類型的 OpenSSL 封裝器。此封裝器可保護(hù) client 程序與 Google 的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的輸入和輸出流的安全。

1. BIO* bio = BIO_new_ssl_connect(ctx);

• 有了 SSL_CTX 和 BIO，然后程序在 SSL 會(huì)話中將它們組合在一起。三個(gè)庫調(diào)用可以完成工作：

  安全連接本身是通過以下調(diào)用建立的：

  如果最后一個(gè)調(diào)用不成功，則 client 程序終止；否則，該連接已準(zhǔn)備就緒，可以支持 client 程序與 Google Web 服務(wù)器之間的機(jī)密對(duì)話。

1. BIO_do_connect(bio);

1. BIO_get_ssl(bio, &ssl); /* 會(huì)話 */

2. SSL_set_mode(ssl, SSL_MODE_AUTO_RETRY); /* 魯棒性 */

3. BIO_set_conn_hostname(bio, name); /* 準(zhǔn)備連接 */

在與 Web 服務(wù)器握手期間，client 程序會(huì)接收一個(gè)或多個(gè)數(shù)字證書，以認(rèn)證服務(wù)器的身份。但是，client 程序不會(huì)發(fā)送自己的證書，這意味著這個(gè)身份驗(yàn)證是單向的。（Web 服務(wù)器通常配置為不需要客戶端證書）盡管對(duì) Web 服務(wù)器證書的驗(yàn)證失敗，但 client 程序仍通過了連接到 Web 服務(wù)器的安全通道繼續(xù)獲取 Google 主頁。

為什么驗(yàn)證 Google 證書的嘗試會(huì)失??？典型的 OpenSSL 安裝目錄為 /etc/ssl/certs，其中包含 ca-certificates.crt 文件。該目錄和文件包含著 OpenSSL 自帶的數(shù)字證書，以此構(gòu)成信任庫truststore。可以根據(jù)需要更新信任庫，尤其是可以包括新信任的證書，并刪除不再受信任的證書。

client 程序從 Google Web 服務(wù)器收到了三個(gè)證書，但是我的計(jì)算機(jī)上的 OpenSSL 信任庫并不包含完全匹配的證書。如目前所寫，client 程序不會(huì)通過例如驗(yàn)證 Google 證書上的數(shù)字簽名（一個(gè)用來證明該證書的簽名）來解決此問題。如果該簽名是受信任的，則包含該簽名的證書也應(yīng)受信任。盡管如此，client 程序仍繼續(xù)獲取頁面，然后打印出 Google 的主頁。下一節(jié)將更詳細(xì)地介紹這些。

客戶端程序中隱藏的安全性

讓我們從客戶端示例中可見的安全工件（數(shù)字證書）開始，然后考慮其他安全工件如何與之相關(guān)。數(shù)字證書的主要格式標(biāo)準(zhǔn)是 X509，生產(chǎn)級(jí)的證書由諸如 Verisign 的證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)Certificate Authority（CA）頒發(fā)。

數(shù)字證書中包含各種信息（例如，激活日期和失效日期以及所有者的域名），也包括發(fā)行者的身份和數(shù)字簽名（這是加密過的加密哈希值）。證書還具有未加密的哈希值，用作其標(biāo)識(shí)指紋。

哈希值來自將任意數(shù)量的二進(jìn)制位映射到固定長(zhǎng)度的摘要。這些位代表什么（會(huì)計(jì)報(bào)告、小說或數(shù)字電影）無關(guān)緊要。例如，消息摘要版本 5Message Digest version 5（MD5）哈希算法將任意長(zhǎng)度的輸入位映射到 128 位哈希值，而 SHA1（安全哈希算法版本 1Secure Hash Algorithm version 1）算法將輸入位映射到 160 位哈希值。不同的輸入位會(huì)導(dǎo)致不同的（實(shí)際上在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是唯一的）哈希值。下一篇文章將會(huì)進(jìn)行更詳細(xì)的介紹，并著重介紹什么使哈希函數(shù)具有加密功能。

數(shù)字證書的類型有所不同（例如根證書、中間證書和最終實(shí)體證書），并形成了反映這些證書類型的層次結(jié)構(gòu)。顧名思義，根證書位于層次結(jié)構(gòu)的頂部，其下的證書繼承了根證書所具有的信任。OpenSSL 庫和大多數(shù)現(xiàn)代編程語言都具有 X509 數(shù)據(jù)類型以及處理此類證書的函數(shù)。來自 Google 的證書具有 X509 格式，client 程序會(huì)檢查該證書是否為 X509_V_OK。

X509 證書基于公共密鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)public-key infrastructure（PKI），其中包括的算法（RSA 是占主導(dǎo)地位的算法）用于生成密鑰對(duì)：公共密鑰及其配對(duì)的私有密鑰。公鑰是一種身份：Amazon 的公鑰對(duì)其進(jìn)行標(biāo)識(shí)，而我的公鑰對(duì)我進(jìn)行標(biāo)識(shí)。私鑰應(yīng)由其所有者負(fù)責(zé)保密。

成對(duì)出現(xiàn)的密鑰具有標(biāo)準(zhǔn)用途?？梢允褂霉€對(duì)消息進(jìn)行加密，然后可以使用同一個(gè)密鑰對(duì)中的私鑰對(duì)消息進(jìn)行解密。私鑰也可以用于對(duì)文檔或其他電子工件（例如程序或電子郵件）進(jìn)行簽名，然后可以使用該對(duì)密鑰中的公鑰來驗(yàn)證簽名。以下兩個(gè)示例補(bǔ)充了一些細(xì)節(jié)。

在第一個(gè)示例中，Alice 將她的公鑰分發(fā)給全世界，包括 Bob。然后，Bob 用 Alice 的公鑰加密郵件，然后將加密的郵件發(fā)送給 Alice。用 Alice 的公鑰加密的郵件將可以用她的私鑰解密（假設(shè)是她自己的私鑰），如下所示：

             +------------------+ encrypted msg  +-------------------+Bob's msg--->|Alice's public key|--------------->|Alice's private key|---> Bob's msg             +------------------+                +-------------------+

理論上可以在沒有 Alice 的私鑰的情況下解密消息，但在實(shí)際情況中，如果使用像 RSA 這樣的加密密鑰對(duì)系統(tǒng)，則在計(jì)算上做不到。

現(xiàn)在，第二個(gè)示例，請(qǐng)對(duì)文檔簽名以證明其真實(shí)性。簽名算法使用密鑰對(duì)中的私鑰來處理要簽名的文檔的加密哈希：

                    +-------------------+Hash of document--->|Alice's private key|--->Alice's digital signature of the document                    +-------------------+

假設(shè) Alice 以數(shù)字方式簽署了發(fā)送給 Bob 的合同。然后，Bob 可以使用 Alice 密鑰對(duì)中的公鑰來驗(yàn)證簽名：

                                             +------------------+Alice's digital signature of the document--->|Alice's public key|--->verified or not                                             +------------------+

假若沒有 Alice 的私鑰，就無法輕松偽造 Alice 的簽名：因此，Alice 有必要保密她的私鑰。

在 client 程序中，除了數(shù)字證書以外，這些安全性都沒有明確展示。下一篇文章使用使用 OpenSSL 實(shí)用程序和庫函數(shù)的示例填充更多詳細(xì)的信息。

命令行的 OpenSSL

同時(shí)，讓我們看一下 OpenSSL 命令行實(shí)用程序：特別是在 TLS 握手期間檢查來自 Web 服務(wù)器的證書的實(shí)用程序。調(diào)用 OpenSSL 實(shí)用程序可以使用 openssl 命令，然后添加參數(shù)和標(biāo)志的組合以指定所需的操作。

看看以下命令：

openssl list-cipher-algorithms

該輸出是組成加密算法套件cipher suite的相關(guān)算法的列表。下面是列表的開頭，加了澄清首字母縮寫詞的注釋：

AES-128-CBC ## Advanced Encryption Standard, Cipher Block ChainingAES-128-CBC-HMAC-SHA1 ## Hash-based Message Authentication Code with SHA1 hashesAES-128-CBC-HMAC-SHA256 ## ditto, but SHA256 rather than SHA1...

下一條命令使用參數(shù) s_client 將打開到 www.google.com 的安全連接，并在屏幕上顯示有關(guān)此連接的所有信息：

openssl s_client -connect www.google.com:443 -showcerts

端口號(hào) 443 是 Web 服務(wù)器用于接收 HTTPS（而不是 HTTP 連接）的標(biāo)準(zhǔn)端口號(hào)。（對(duì)于 HTTP，標(biāo)準(zhǔn)端口為 80）Web 地址 www.google.com:443 也出現(xiàn)在 client 程序的代碼中。如果嘗試連接成功，則將顯示來自 Google 的三個(gè)數(shù)字證書以及有關(guān)安全會(huì)話、正在使用的加密算法套件以及相關(guān)項(xiàng)目的信息。例如，這是開頭的部分輸出，它聲明證書鏈即將到來。證書的編碼為 base64：

Certificate chain 0 s:/C=US/ST=California/L=Mountain View/O=Google LLC/CN=www.google.com i:/C=US/O=Google Trust Services/CN=Google Internet Authority G3-----BEGIN CERTIFICATE-----MIIEijCCA3KgAwIBAgIQdCea9tmy/T6rK/dDD1isujANBgkqhkiG9w0BAQsFADBUMQswCQYDVQQGEwJVUzEeMBwGA1UEChMVR29vZ2xlIFRydXN0IFNlcnZpY2VzMSUw...

諸如 Google 之類的主要網(wǎng)站通常會(huì)發(fā)送多個(gè)證書進(jìn)行身份驗(yàn)證。

輸出以有關(guān) TLS 會(huì)話的摘要信息結(jié)尾，包括加密算法套件的詳細(xì)信息：

SSL-Session:    Protocol : TLSv1.2    Cipher : ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256    Session-ID: A2BBF0E4991E6BBBC318774EEE37CFCB23095CC7640FFC752448D07C7F438573...

client 程序中使用了協(xié)議 TLS 1.2，Session-ID 唯一地標(biāo)識(shí)了 openssl 實(shí)用程序和 Google Web 服務(wù)器之間的連接。Cipher 條目可以按以下方式進(jìn)行解析：

• ECDHE（

  橢圓曲線 Diffie-Hellman（臨時(shí)）Elliptic Curve Diffie Hellman Ephemeral

  ）是一種用于管理 TLS 握手的高效的有效算法。尤其是，ECDHE 通過確保連接雙方（例如，client 程序和 Google Web 服務(wù)器）使用相同的加密/解密密鑰（稱為會(huì)話密鑰）來解決“密鑰分發(fā)問題”。后續(xù)文章會(huì)深入探討該細(xì)節(jié)。

• RSA（Rivest Shamir Adleman）是主要的公共密鑰密碼系統(tǒng)，并以 1970 年代末首次描述了該系統(tǒng)的三位學(xué)者的名字命名。這個(gè)正在使用的密鑰對(duì)是使用 RSA 算法生成的。

• AES128（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)Advanced Encryption Standard）是一種塊式加密算法block cipher，用于加密和解密位塊blocks of bits。（另一種算法是流式加密算法stream cipher，它一次加密和解密一個(gè)位。）這個(gè)加密算法是對(duì)稱加密算法，因?yàn)槭褂猛粋€(gè)密鑰進(jìn)行加密和解密，這首先引起了密鑰分發(fā)問題。AES 支持 128（此處使用）、192 和 256 位的密鑰大?。好荑€越大，安全性越好。

  通常，像 AES 這樣的對(duì)稱加密系統(tǒng)的密鑰大小要小于像 RSA 這樣的非對(duì)稱（基于密鑰對(duì)）系統(tǒng)的密鑰大小。例如，1024 位 RSA 密鑰相對(duì)較小，而 256 位密鑰則當(dāng)前是 AES 最大的密鑰。

• GCM（伽羅瓦計(jì)數(shù)器模式Galois Counter Mode）處理在安全對(duì)話期間重復(fù)應(yīng)用的加密算法（在這種情況下為 AES128）。AES128 塊的大小僅為 128 位，安全對(duì)話很可能包含從一側(cè)到另一側(cè)的多個(gè) AES128 塊。GCM 非常有效，通常與 AES128 搭配使用。

• SHA256（256 位安全哈希算法Secure Hash Algorithm 256 bits）是我們正在使用的加密哈希算法。生成的哈希值的大小為 256 位，盡管使用 SHA 甚至可以更大。

加密算法套件正在不斷發(fā)展中。例如，不久前，Google 使用 RC4 流加密算法（RSA 的 Ron Rivest 后來開發(fā)的 Ron’s Cipher 版本 4）。 RC4 現(xiàn)在有已知的漏洞，這大概部分導(dǎo)致了 Google 轉(zhuǎn)換為 AES128。

感謝你能夠認(rèn)真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“l(fā)inux中OpenSSL密碼學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)有哪些”這篇文章對(duì)大家有幫助，同時(shí)也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)，關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，更多相關(guān)知識(shí)等著你來學(xué)習(xí)!