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translated/tech/20190619 Getting started with OpenSSL- Cryptography basics.md → published/20190619 Getting started with OpenSSL- Cryptography basics.md
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@ -1,8 +1,8 @@
[#]: collector: (lujun9972) [#]: collector: (lujun9972)
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[#]: subject: (Getting started with OpenSSL: Cryptography basics) [#]: subject: (Getting started with OpenSSL: Cryptography basics)
[#]: via: (https://opensource.com/article/19/6/cryptography-basics-openssl-part-1) [#]: via: (https://opensource.com/article/19/6/cryptography-basics-openssl-part-1)
[#]: author: (Marty Kalin https://opensource.com/users/mkalindepauledu/users/akritiko/users/clhermansen) [#]: author: (Marty Kalin https://opensource.com/users/mkalindepauledu/users/akritiko/users/clhermansen)
@ -10,9 +10,9 @@
OpenSSL 入门：密码学基础知识 OpenSSL 入门：密码学基础知识
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> 需要入门密码学的基础知识，尤其是有关 OpenSSL 的入门知识吗？继续阅读。 > 想要入门密码学的基础知识，尤其是有关 OpenSSL 的入门知识吗？继续阅读。
![A lock on the side of a building][1] ![](https://img.linux.net.cn/data/attachment/album/202001/23/142249fpnhyqz9y2cz1exe.jpg)
本文是使用 [OpenSSL][2] 的密码学基础知识的两篇文章中的第一篇，OpenSSL 是在 Linux 和其他系统上流行的生产级库和工具包。（要安装 OpenSSL 的最新版本，请参阅[这里][3]。）OpenSSL 实用程序可在命令行使用，程序也可以调用 OpenSSL 库中的函数。本文的示例程序使用的是 C 语言，即 OpenSSL 库的源语言。 本文是使用 [OpenSSL][2] 的密码学基础知识的两篇文章中的第一篇，OpenSSL 是在 Linux 和其他系统上流行的生产级库和工具包。（要安装 OpenSSL 的最新版本，请参阅[这里][3]。）OpenSSL 实用程序可在命令行使用，程序也可以调用 OpenSSL 库中的函数。本文的示例程序使用的是 C 语言，即 OpenSSL 库的源语言。
@ -25,11 +25,11 @@ OpenSSL 入门：密码学基础知识
<ruby>[安全套接字层][5]<rt>Secure Socket Layer</rt></ruby>（SSL）是 Netscape 在 1995 年发布的一种加密协议。该协议层可以位于 HTTP 之上，从而为 HTTPS 提供了 S：<ruby>安全<rt>secure</rt></ruby>。SSL 协议提供了各种安全服务，其中包括两项在 HTTPS 中至关重要的服务： <ruby>[安全套接字层][5]<rt>Secure Socket Layer</rt></ruby>（SSL）是 Netscape 在 1995 年发布的一种加密协议。该协议层可以位于 HTTP 之上，从而为 HTTPS 提供了 S：<ruby>安全<rt>secure</rt></ruby>。SSL 协议提供了各种安全服务，其中包括两项在 HTTPS 中至关重要的服务：
* <ruby>对等身份验证<rt>Peer authentication</rt></ruby>（也称为相互质询）：连接的每一边都对另一边的身份进行身份验证。如果 Alice 和 Bob 要通过 SSL 交换消息，则每个人首先验证彼此的身份。 * <ruby>对等身份验证<rt>Peer authentication</rt></ruby>（也称为相互质询）：连接的每一边都对另一边的身份进行身份验证。如果 Alice 和 Bob 要通过 SSL 交换消息，则每个人首先验证彼此的身份。
* <ruby>机密性<rt>Confidentiality</rt></ruby>：发送者在通过通道发送消息之前先对其进行加密。然后，接收者解密每个接收到的消息。此过程可保护网络对话。即使窃听者 Eve 截获了从 Alice 到 Bob 的加密消息（即*中间人*攻击），Eve 会发现他在计算上无法解密此消息。 * <ruby>机密性<rt>Confidentiality</rt></ruby>：发送者在通过通道发送消息之前先对其进行加密。然后，接收者解密每个接收到的消息。此过程可保护网络对话。即使窃听者 Eve 截获了从 Alice 到 Bob 的加密消息（即*中间人*攻击），Eve 会发现他无法在计算上解密此消息。
  
反过来，这两个关键 SSL 服务与其他不太受关注的服务相关联。例如，SSL 支持消息完整性，从而确保接收到的消息与发送的消息相同。此功能是通过哈希函数实现的，哈希函数也随 OpenSSL 工具箱一起提供。 反过来，这两个关键 SSL 服务与其他不太受关注的服务相关联。例如，SSL 支持消息完整性，从而确保接收到的消息与发送的消息相同。此功能是通过哈希函数实现的，哈希函数也随 OpenSSL 工具箱一起提供。
SSL 有多个版本（例如 SSLv2 和 SSLv3），并且在 1999 年，<ruby>传输层安全性<rt>Transport Layer Security</rt></ruby>（TLS）作为基于 SSLv3 的类似协议而出现。TLSv1 和 SSLv3 相似，但不足以相互配合工作。不过，通常将 SSL/TLS 称为同一协议。例如，即使正在使用的是 TLS（而非 SSL），OpenSSL 函数也经常在名称中包含 SSL。此外，调用 OpenSSL 命令行实用程序以 `openssl` 开始的。 SSL 有多个版本（例如 SSLv2 和 SSLv3），并且在 1999 年出现了一个基于 SSLv3 的类似协议<ruby>传输层安全性<rt>Transport Layer Security</rt></ruby>（TLS）。TLSv1 和 SSLv3 相似，但不足以相互配合工作。不过，通常将 SSL/TLS 称为同一协议。例如，即使正在使用的是 TLS（而非 SSL），OpenSSL 函数也经常在名称中包含 SSL。此外，调用 OpenSSL 命令行实用程序以 `openssl` 开始。
除了 man 页面之外，OpenSSL 的文档是零零散散的，鉴于 OpenSSL 工具包很大，这些页面很难以查找使用。命令行和代码示例可以将主要主题集中起来。让我们从一个熟悉的示例开始（使用 HTTPS 访问网站），然后使用该示例来选出我们感兴趣的加密部分进行讲述。 除了 man 页面之外，OpenSSL 的文档是零零散散的，鉴于 OpenSSL 工具包很大，这些页面很难以查找使用。命令行和代码示例可以将主要主题集中起来。让我们从一个熟悉的示例开始（使用 HTTPS 访问网站），然后使用该示例来选出我们感兴趣的加密部分进行讲述。
@ -137,9 +137,9 @@ return 0;
gcc -o client client.c -lssl -lcrypto gcc -o client client.c -lssl -lcrypto
``` ```
该程序尝试打开与网站 [www.google.com][13] 的安全连接。作为与 Google Web 服务器的 TLS 握手的一部分，`client` 程序会收到一个或多个数字证书，该程序会尝试对其进行验证（但在我的系统上失败了）。尽管如此，`client` 程序仍继续通过安全通道获取 Google 主页。该程序取决于前面提到的安全工件，尽管在代码中只着重突出了数字证书。但其它工件仍在幕后发挥作用，稍后将对它们进行详细说明。 该程序尝试打开与网站 [www.google.com][13] 的安全连接。在与 Google Web 服务器的 TLS 握手过程中，`client` 程序会收到一个或多个数字证书，该程序会尝试对其进行验证（但在我的系统上失败了）。尽管如此，`client` 程序仍继续通过安全通道获取 Google 主页。该程序取决于前面提到的安全工件，尽管在上述代码中只着重突出了数字证书。但其它工件仍在幕后发挥作用，稍后将对它们进行详细说明。
通常，打开 HTTP（非安全）通道的 C 或 C++ 客户端程序将使用诸如*文件描述符*或*网络套接字*之类的结构，它们是两个进程（例如，这个 `client` 程序和 Google Web 服务器）之间连接的端点。另一方面，文件描述符是一个非负整数值，用于在程序中标识该程序打开的任何文件类的结构。这样的程序还将使用一种结构来指定有关 Web 服务器地址的详细信息。 通常，打开 HTTP（非安全）通道的 C 或 C++ 的客户端程序将使用诸如*文件描述符*或*网络套接字*之类的结构，它们是两个进程（例如，这个 `client` 程序和 Google Web 服务器）之间连接的端点。另一方面，文件描述符是一个非负整数值，用于在程序中标识该程序打开的任何文件类的结构。这样的程序还将使用一种结构来指定有关 Web 服务器地址的详细信息。
这些相对较低级别的结构不会出现在客户端程序中，因为 OpenSSL 库会将套接字基础设施和地址规范等封装在更高层面的安全结构中。其结果是一个简单的 API。下面首先看一下 `client` 程序示例中的安全性详细信息。 这些相对较低级别的结构不会出现在客户端程序中，因为 OpenSSL 库会将套接字基础设施和地址规范等封装在更高层面的安全结构中。其结果是一个简单的 API。下面首先看一下 `client` 程序示例中的安全性详细信息。
@ -156,11 +156,12 @@ const SSL_METHOD* method = TLSv1_2_client_method(); /* TLS 1.2 */
``` ```
如果调用成功，则将 `method` 指针被传递给库函数，该函数创建类型为 `SSL_CTX` 的上下文： 如果调用成功，则将 `method` 指针被传递给库函数，该函数创建类型为 `SSL_CTX` 的上下文：
``` ```
SSL_CTX* ctx = SSL_CTX_new(method); SSL_CTX* ctx = SSL_CTX_new(method);
``` ```
`client` 程序会检查每个关键的库调用中的错误，如果其中一个调用失败，则程序终止。 `client` 程序会检查每个关键的库调用的错误，如果其中一个调用失败，则程序终止。
* 现在还有另外两个 OpenSSL 工件也在发挥作用：SSL 类型的安全会话，从头到尾管理安全连接；以及类型为 BIO（<ruby>基本输入/输出<rt>Basic Input/Output</rt></ruby>）的安全流，用于与 Web 服务器进行通信。BIO 流是通过以下调用生成的： * 现在还有另外两个 OpenSSL 工件也在发挥作用：SSL 类型的安全会话，从头到尾管理安全连接；以及类型为 BIO（<ruby>基本输入/输出<rt>Basic Input/Output</rt></ruby>）的安全流，用于与 Web 服务器进行通信。BIO 流是通过以下调用生成的：
``` ```
@ -186,7 +187,7 @@ BIO_do_connect(bio);
在与 Web 服务器握手期间，`client` 程序会接收一个或多个数字证书，以认证服务器的身份。但是，`client` 程序不会发送自己的证书，这意味着这个身份验证是单向的。（Web 服务器通常配置为**不**需要客户端证书）尽管对 Web 服务器证书的验证失败，但 `client` 程序仍通过了连接到 Web 服务器的安全通道继续获取 Google 主页。 在与 Web 服务器握手期间，`client` 程序会接收一个或多个数字证书，以认证服务器的身份。但是，`client` 程序不会发送自己的证书，这意味着这个身份验证是单向的。（Web 服务器通常配置为**不**需要客户端证书）尽管对 Web 服务器证书的验证失败，但 `client` 程序仍通过了连接到 Web 服务器的安全通道继续获取 Google 主页。
为什么验证 Google 证书的尝试会失败？典型的 OpenSSL 安装目录为 `/etc/ssl/certs`，其中包含 `ca-certificates.crt` 文件。该目录和文件包含着 OpenSSL 自带的数字证书，以此构成信任库。可以根据需要更新信任库，尤其是可以包括新信任的证书，并删除不再受信任的证书。 为什么验证 Google 证书的尝试会失败？典型的 OpenSSL 安装目录为 `/etc/ssl/certs`，其中包含 `ca-certificates.crt` 文件。该目录和文件包含着 OpenSSL 自带的数字证书，以此构成<ruby>信任库<rt>truststore</rt></ruby>。可以根据需要更新信任库，尤其是可以包括新信任的证书，并删除不再受信任的证书。
`client` 程序从 Google Web 服务器收到了三个证书，但是我的计算机上的 OpenSSL 信任库并不包含完全匹配的证书。如目前所写，`client` 程序不会通过例如验证 Google 证书上的数字签名（一个用来证明该证书的签名）来解决此问题。如果该签名是受信任的，则包含该签名的证书也应受信任。尽管如此，`client` 程序仍继续获取页面，然后打印出 Google 的主页。下一节将更详细地介绍这些。 `client` 程序从 Google Web 服务器收到了三个证书，但是我的计算机上的 OpenSSL 信任库并不包含完全匹配的证书。如目前所写，`client` 程序不会通过例如验证 Google 证书上的数字签名（一个用来证明该证书的签名）来解决此问题。如果该签名是受信任的，则包含该签名的证书也应受信任。尽管如此，`client` 程序仍继续获取页面，然后打印出 Google 的主页。下一节将更详细地介绍这些。
@ -198,7 +199,7 @@ BIO_do_connect(bio);
哈希值来自将任意数量的二进制位映射到固定长度的摘要。这些位代表什么（会计报告、小说或数字电影）无关紧要。例如，<ruby>消息摘要版本 5<rt>Message Digest version 5</rt></ruby>（MD5）哈希算法将任意长度的输入位映射到 128 位哈希值，而 SHA1（<ruby>安全哈希算法版本 1<rt>Secure Hash Algorithm version 1</rt></ruby>）算法将输入位映射到 160 位哈希值。不同的输入位会导致不同的（实际上在统计学上是唯一的）哈希值。下一篇文章将会进行更详细的介绍，并着重介绍什么使哈希函数具有加密功能。 哈希值来自将任意数量的二进制位映射到固定长度的摘要。这些位代表什么（会计报告、小说或数字电影）无关紧要。例如，<ruby>消息摘要版本 5<rt>Message Digest version 5</rt></ruby>（MD5）哈希算法将任意长度的输入位映射到 128 位哈希值，而 SHA1（<ruby>安全哈希算法版本 1<rt>Secure Hash Algorithm version 1</rt></ruby>）算法将输入位映射到 160 位哈希值。不同的输入位会导致不同的（实际上在统计学上是唯一的）哈希值。下一篇文章将会进行更详细的介绍，并着重介绍什么使哈希函数具有加密功能。
数字证书的类型有所不同（例如根证书、中间证书和最终实体证书），并形成了反映这些类型的层次结构。顾名思义，*根*证书位于层次结构的顶部，其下的证书继承了根证书所具有的信任。OpenSSL 库和大多数现代编程语言都具有 X509 数据类型以及处理此类证书的函数。来自 Google 的证书具有 X509 格式，`client` 程序会检查该证书是否为 `X509_V_OK`。 数字证书的类型有所不同（例如根证书、中间证书和最终实体证书），并形成了反映这些证书类型的层次结构。顾名思义，*根*证书位于层次结构的顶部，其下的证书继承了根证书所具有的信任。OpenSSL 库和大多数现代编程语言都具有 X509 数据类型以及处理此类证书的函数。来自 Google 的证书具有 X509 格式，`client` 程序会检查该证书是否为 `X509_V_OK`。
X509 证书基于<ruby>公共密钥基础结构<rt>public-key infrastructure</rt></ruby>（PKI），其中包括的算法（RSA 是占主导地位的算法）用于生成*密钥对*：公共密钥及其配对的私有密钥。公钥是一种身份：[Amazon][15] 的公钥对其进行标识，而我的公钥对我进行标识。私钥应由其所有者负责保密。 X509 证书基于<ruby>公共密钥基础结构<rt>public-key infrastructure</rt></ruby>（PKI），其中包括的算法（RSA 是占主导地位的算法）用于生成*密钥对*：公共密钥及其配对的私有密钥。公钥是一种身份：[Amazon][15] 的公钥对其进行标识，而我的公钥对我进行标识。私钥应由其所有者负责保密。
@ -212,7 +213,7 @@ Bob's msg--->|Alice's public key|--------------->|Alice's private key|---> Bob's
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``` ```
原则上可以在没有 Alice 的私钥的情况下解密消息，但在实际情况中，如果使用像 RSA 这样的加密密钥对系统，则做不到。 理论上可以在没有 Alice 的私钥的情况下解密消息，但在实际情况中，如果使用像 RSA 这样的加密密钥对系统，则在计算上做不到。
现在，第二个示例，请对文档签名以证明其真实性。签名算法使用密钥对中的私钥来处理要签名的文档的加密哈希： 现在，第二个示例，请对文档签名以证明其真实性。签名算法使用密钥对中的私钥来处理要签名的文档的加密哈希：
@ -222,7 +223,7 @@ Hash of document--->|Alice's private key|--->Alice's digital signature of the do
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``` ```
假设 Alice 以数字方式签署了发送给 Bob 的合同。然后，Bob 可以使用密钥对中的 Alice 的公钥来验证签名： 假设 Alice 以数字方式签署了发送给 Bob 的合同。然后，Bob 可以使用 Alice 密钥对中的公钥来验证签名：
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