TranslateProject/published/202105/20210429 Encrypting and decrypting files with OpenSSL.md
2021-06-01 20:22:57 +08:00

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使用 OpenSSL 加密和解密文件

OpenSSL 是一个实用工具,它可以确保其他人员无法打开你的敏感和机密消息。

加密是对消息进行编码的一种方法,这样可以保护消息的内容免遭他人窥视。一般有两种类型:

  1. 密钥加密或对称加密
  2. 公钥加密或非对称加密

密钥加密secret-key encryption使用相同的密钥进行加密和解密,而公钥加密public-key encryption使用不同的密钥进行加密和解密。每种方法各有利弊。密钥加密速度更快,而公钥加密更安全,因为它解决了安全共享密钥的问题,将它们结合在一起可以最大限度地利用每种类型的优势。

公钥加密

公钥加密使用两组密钥,称为密钥对。一个是公钥,可以与你想要秘密通信的任何人自由共享。另一个是私钥,应该是一个秘密,永远不会共享。

公钥用于加密。如果某人想与你交流敏感信息,你可以将你的公钥发送给他们,他们可以使用公钥加密消息或文件,然后再将其发送给你。私钥用于解密。解密发件人加密的消息的唯一方法是使用私钥。因此,它们被称为“密钥对”,它们是相互关联的。

如何使用 OpenSSL 加密文件

OpenSSL 是一个了不起的工具,可以执行各种任务,例如加密文件。本文使用安装了 OpenSSL 的 Fedora 计算机。如果你的机器上没有,则可以使用软件包管理器进行安装:

alice $ cat /etc/fedora-release
Fedora release 33 (Thirty Three)
alice $
alice $ openssl version
OpenSSL 1.1.1i FIPS  8 Dec 2020
alice $

要探索文件加密和解密,假如有两个用户 Alice 和 Bob他们想通过使用 OpenSSL 交换加密文件来相互通信。

步骤 1生成密钥对

在加密文件之前,你需要生成密钥对。你还需要一个密码短语passphrase,每当你使用 OpenSSL 时都必须使用该密码短语,因此务必记住它。

Alice 使用以下命令生成她的一组密钥对:

alice $ openssl genrsa -aes128 -out alice_private.pem 1024

此命令使用 OpenSSL 的 genrsa 命令生成一个 1024 位的公钥/私钥对。这是可以的,因为 RSA 算法是不对称的。它还使用了 aes128 对称密钥算法来加密 Alice 生成的私钥。

输入命令后OpenSSL 会提示 Alice 输入密码,每次使用密钥时,她都必须输入该密码:

alice $ openssl genrsa -aes128 -out alice_private.pem 1024
Generating RSA private key, 1024 bit long modulus (2 primes)
..........+++++
..................................+++++
e is 65537 (0x010001)
Enter pass phrase for alice_private.pem:
Verifying - Enter pass phrase for alice_private.pem:
alice $
alice $
alice $ ls -l alice_private.pem
-rw-------. 1 alice alice 966 Mar 22 17:44 alice_private.pem
alice $
alice $ file alice_private.pem
alice_private.pem: PEM RSA private key
alice $

Bob 使用相同的步骤来创建他的密钥对:

bob $ openssl genrsa -aes128 -out bob_private.pem 1024
Generating RSA private key, 1024 bit long modulus (2 primes)
..................+++++
............................+++++
e is 65537 (0x010001)
Enter pass phrase for bob_private.pem:
Verifying - Enter pass phrase for bob_private.pem:
bob $
bob $ ls -l bob_private.pem
-rw-------. 1 bob bob 986 Mar 22 13:48 bob_private.pem
bob $
bob $ file bob_private.pem
bob_private.pem: PEM RSA private key
bob $

如果你对密钥文件感到好奇,可以打开命令生成的 .pem 文件,但是你会看到屏幕上的一堆文本:

alice $ head alice_private.pem
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
Proc-Type: 4,ENCRYPTED
DEK-Info: AES-128-CBC,E26FAC1F143A30632203F09C259200B9

pdKj8Gm5eeAOF0RHzBx8l1tjmA1HSSvy0RF42bOeb7sEVZtJ6pMnrJ26ouwTQnkL
JJjUVPPHoKZ7j4QpwzbPGrz/hVeMXVT/y33ZEEA+3nrobwisLKz+Q+C9TVJU3m7M
/veiBO9xHMGV01YBNeic7MqXBkhIrNZW6pPRfrbjsBMBGSsL8nwJbb3wvHhzPkeM
e+wtt9S5PWhcnGMj3T+2mtFfW6HWpd8Kdp60z7Nh5mhA9+5aDWREfJhJYzl1zfcv
Bmxjf2wZ3sFJNty+sQVajYfk6UXMyJIuWgAjnqjw6c3vxQi0KE3NUNZYO93GQgEF
pyAnN9uGUTBCDYeTwdw8TEzkyaL08FkzLfFbS2N9BDksA3rpI1cxpxRVFr9+jDBz
alice $

要查看密钥的详细信息,可以使用以下 OpenSSL 命令打开 .pem 文件并显示内容。你可能想知道在哪里可以找到另一个配对的密钥,因为这是单个文件。你观察的很细致,获取公钥的方法如下:

alice $ openssl rsa -in alice_private.pem -noout -text
Enter pass phrase for alice_private.pem:
RSA Private-Key: (1024 bit, 2 primes)
modulus:
    00:bd:e8:61:72:f8:f6:c8:f2:cc:05:fa:07:aa:99:
    47:a6:d8:06:cf:09:bf:d1:66:b7:f9:37:29:5d:dc:
    c7:11:56:59:d7:83:b4:81:f6:cf:e2:5f:16:0d:47:
    81:fe:62:9a:63:c5:20:df:ee:d3:95:73:dc:0a:3f:
    65:d3:36:1d:c1:7d:8b:7d:0f:79:de:80:fc:d2:c0:
    e4:27:fc:e9:66:2d:e2:7e:fc:e6:73:d1:c9:28:6b:
    6a:8a:e8:96:9d:65:a0:8a:46:e0:b8:1f:b0:48:d4:
    db:d4:a3:7f:0d:53:36:9a:7d:2e:e7:d8:f2:16:d3:
    ff:1b:12:af:53:22:c0:41:51
publicExponent: 65537 (0x10001)

<< 截断 >>

exponent2:
    6e:aa:8c:6e:37:d0:57:37:13:c0:08:7e:75:43:96:
    33:01:99:25:24:75:9c:0b:45:3c:a2:39:44:69:84:
    a4:64:48:f4:5c:bc:40:40:bf:84:b8:f8:0f:1d:7b:
    96:7e:16:00:eb:49:da:6b:20:65:fc:a9:20:d9:98:
    76:ca:59:e1
coefficient:
    68:9e:2e:fa:a3:a4:72:1d:2b:60:61:11:b1:8b:30:
    6e:7e:2d:f9:79:79:f2:27:ab:a0:a0:b6:45:08:df:
    12:f7:a4:3b:d9:df:c5:6e:c7:e8:81:29:07:cd:7e:
    47:99:5d:33:8c:b7:fb:3b:a9:bb:52:c0:47:7a:1c:
    e3:64:90:26
alice $

步骤 2提取公钥

注意公钥是你可以与他人自由共享的密钥而你必须将私钥保密。因此Alice 必须提取她的公钥,并将其保存到文件中:

alice $ openssl rsa -in alice_private.pem -pubout > alice_public.pem
Enter pass phrase for alice_private.pem:
writing RSA key
alice $
alice $ ls -l *.pem
-rw-------. 1 alice alice 966 Mar 22 17:44 alice_private.pem
-rw-rw-r--. 1 alice alice 272 Mar 22 17:47 alice_public.pem
alice $

你可以使用与之前相同的方式查看公钥详细信息,但是这次,输入公钥 .pem 文件:

alice $
alice $ openssl rsa -in alice_public.pem -pubin -text -noout
RSA Public-Key: (1024 bit)
Modulus:
    00:bd:e8:61:72:f8:f6:c8:f2:cc:05:fa:07:aa:99:
    47:a6:d8:06:cf:09:bf:d1:66:b7:f9:37:29:5d:dc:
    c7:11:56:59:d7:83:b4:81:f6:cf:e2:5f:16:0d:47:
    81:fe:62:9a:63:c5:20:df:ee:d3:95:73:dc:0a:3f:
$

Bob 可以按照相同的过程来提取他的公钥并将其保存到文件中:

bob $ openssl rsa -in bob_private.pem -pubout > bob_public.pem
Enter pass phrase for bob_private.pem:
writing RSA key
bob $
bob $ ls -l *.pem
-rw-------. 1 bob bob 986 Mar 22 13:48 bob_private.pem
-rw-r--r--. 1 bob bob 272 Mar 22 13:51 bob_public.pem
bob $

步骤 3交换公钥

这些公钥在 Alice 和 Bob 彼此交换之前没有太大用处。有几种共享公钥的方法,例如使用 scp 命令将密钥复制到彼此的工作站。

将 Alice 的公钥发送到 Bob 的工作站:

alice $ scp alice_public.pem bob@bob-machine-or-ip:/path/

将 Bob 的公钥发送到 Alice 的工作站:

bob $ scp bob_public.pem alice@alice-machine-or-ip:/path/

现在Alice 有了 Bob 的公钥,反之亦然:

alice $ ls -l bob_public.pem
-rw-r--r--. 1 alice alice 272 Mar 22 17:51 bob_public.pem
alice $
bob $ ls -l alice_public.pem
-rw-r--r--. 1 bob bob 272 Mar 22 13:54 alice_public.pem
bob $

步骤 4使用公钥交换加密的消息

假设 Alice 需要与 Bob 秘密交流。她将秘密信息写入文件中,并将其保存到 top_secret.txt 中。由于这是一个普通文件,因此任何人都可以打开它并查看其内容,这里并没有太多保护:

alice $
alice $ echo "vim or emacs ?" > top_secret.txt
alice $
alice $ cat top_secret.txt
vim or emacs ?
alice $

要加密此秘密消息Alice 需要使用 openssls -encrypt 命令。她需要为该工具提供三个输入:

  1. 秘密消息文件的名称
  2. Bob 的公钥(文件)
  3. 加密后新文件的名称
alice $ openssl rsautl -encrypt -inkey bob_public.pem -pubin -in top_secret.txt -out top_secret.enc
alice $
alice $ ls -l top_secret.*
-rw-rw-r--. 1 alice alice 128 Mar 22 17:54 top_secret.enc
-rw-rw-r--. 1 alice alice  15 Mar 22 17:53 top_secret.txt
alice $
alice $

加密后,原始文件仍然是可见的,而新创建的加密文件在屏幕上看起来像乱码。这样,你可以确定秘密消息已被加密:

alice $ cat top_secret.txt
vim or emacs ?
alice $
alice $ cat top_secret.enc
<0A>s<EFBFBD><73>uM)M&><3E><>N<EFBFBD><4E>}dmCy92#1X<31>q󺕦<71><F3BA95A6>v<EFBFBD><76><EFBFBD>M<EFBFBD><4D>@<40><>E<EFBFBD>~<7E><>1<EFBFBD>k~&PU<50>VhHL<48>@^P<><50>(<28><>zi<7A>M<EFBFBD>4p<34>e<EFBFBD><65>g+R<>1<EFBFBD>Ԁ<EFBFBD><D480><EFBFBD>s<EFBFBD><73><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD>q_8<5F>lr<6C><72><EFBFBD><EFBFBD>C<EFBFBD>I-<2D><>alice $
alice $
alice $
alice $ hexdump -C ./top_secret.enc
00000000  9e 73 12 8f e3 75 4d 29  4d 26 3e bf 80 4e a0 c5  |.s...uM)M&>..N..|
00000010  7d 64 6d 43 79 39 32 23  31 58 ce 71 f3 ba 95 a6  |}dmCy92#1X.q....|
00000020  c0 c0 76 17 fb f7 bf 4d  ce fc 40 e6 f4 45 7f db  |..v....M..@..E..|
00000030  7e ae c0 31 f8 6b 10 06  7e 26 50 55 b5 05 56 68  |~..1.k..~&PU..Vh|
00000040  48 4c eb 40 5e 50 fe 19  ea 28 a8 b8 7a 13 69 d7  |HL.@^P...(..z.i.|
00000050  4d b0 34 70 d8 65 d5 07  95 67 2b 52 ea 31 aa d4  |M.4p.e...g+R.1..|
00000060  80 b3 a8 ec a1 73 ed a7  f9 17 c3 13 d4 fa c1 71  |.....s.........q|
00000070  5f 38 b9 6c 07 72 81 a6  fe af 43 a6 49 2d c4 ee  |_8.l.r....C.I-..|
00000080
alice $
alice $ file top_secret.enc
top_secret.enc: data
alice $

删除秘密消息的原始文件是安全的,这样确保任何痕迹都没有:

alice $ rm -f top_secret.txt

现在Alice 需要再次使用 scp 命令将此加密文件通过网络发送给 Bob 的工作站。注意,即使文件被截获,其内容也会是加密的,因此内容不会被泄露:

alice $  scp top_secret.enc bob@bob-machine-or-ip:/path/

如果 Bob 使用常规方法尝试打开并查看加密的消息,他将无法看懂该消息:

bob $ ls -l top_secret.enc
-rw-r--r--. 1 bob bob 128 Mar 22 13:59 top_secret.enc
bob $
bob $ cat top_secret.enc
<0A>s<EFBFBD><73>uM)M&><3E><>N<EFBFBD><4E>}dmCy92#1X<31>q󺕦<71><F3BA95A6>v<EFBFBD><76><EFBFBD>M<EFBFBD><4D>@<40><>E<EFBFBD>~<7E><>1<EFBFBD>k~&PU<50>VhHL<48>@^P<><50>(<28><>zi<7A>M<EFBFBD>4p<34>e<EFBFBD><65>g+R<>1<EFBFBD>Ԁ<EFBFBD><D480><EFBFBD>s<EFBFBD><73><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD>q_8<5F>lr<6C><72><EFBFBD><EFBFBD>C<EFBFBD>I-<2D><>bob $
bob $
bob $ hexdump -C top_secret.enc
00000000  9e 73 12 8f e3 75 4d 29  4d 26 3e bf 80 4e a0 c5  |.s...uM)M&>..N..|
00000010  7d 64 6d 43 79 39 32 23  31 58 ce 71 f3 ba 95 a6  |}dmCy92#1X.q....|
00000020  c0 c0 76 17 fb f7 bf 4d  ce fc 40 e6 f4 45 7f db  |..v....M..@..E..|
00000030  7e ae c0 31 f8 6b 10 06  7e 26 50 55 b5 05 56 68  |~..1.k..~&PU..Vh|
00000040  48 4c eb 40 5e 50 fe 19  ea 28 a8 b8 7a 13 69 d7  |HL.@^P...(..z.i.|
00000050  4d b0 34 70 d8 65 d5 07  95 67 2b 52 ea 31 aa d4  |M.4p.e...g+R.1..|
00000060  80 b3 a8 ec a1 73 ed a7  f9 17 c3 13 d4 fa c1 71  |.....s.........q|
00000070  5f 38 b9 6c 07 72 81 a6  fe af 43 a6 49 2d c4 ee  |_8.l.r....C.I-..|
00000080
bob $

步骤 5使用私钥解密文件

Bob 需要使用 OpenSSL 来解密消息,但是这次使用的是 -decrypt 命令行参数。他需要向工具程序提供以下信息:

  1. 加密的文件(从 Alice 那里得到)
  2. Bob 的私钥(用于解密,因为文件是用 Bob 的公钥加密的)
  3. 通过重定向保存解密输出的文件名
bob $ openssl rsautl -decrypt -inkey bob_private.pem -in top_secret.enc > top_secret.txt
Enter pass phrase for bob_private.pem:
bob $

现在Bob 可以阅读 Alice 发送给他的秘密消息:

bob $ ls -l top_secret.txt
-rw-r--r--. 1 bob bob 15 Mar 22 14:02 top_secret.txt
bob $
bob $ cat top_secret.txt
vim or emacs ?
bob $

Bob 需要回复 Alice因此他将秘密回复写在一个文件中

bob $ echo "nano for life" > reply_secret.txt
bob $
bob $ cat reply_secret.txt
nano for life
bob $

步骤 6使用其他密钥重复该过程

为了发送消息Bob 采用和 Alice 相同的步骤,但是由于该消息是发送给 Alice 的,因此他需要使用 Alice 的公钥来加密文件:

bob $ openssl rsautl -encrypt -inkey alice_public.pem -pubin -in reply_secret.txt -out reply_secret.enc
bob $
bob $ ls -l reply_secret.enc
-rw-r--r--. 1 bob bob 128 Mar 22 14:03 reply_secret.enc
bob $
bob $ cat reply_secret.enc
<0A><46><DD87>.4"f<>1<EFBFBD><31>\<5C><>{o԰$<24>M<EFBFBD><4D>I{5<>|<7C>\<5C><6C>e<EFBFBD><65>Y<EFBFBD>V<EFBFBD><56>{<7B>|!$c^a
                                                 <20>*Ԫ\vQ<76>Ϡ9<CFA0><39><EFBFBD><EFBFBD>'<27><>ٮsP<73><50>'<27><>Z<EFBFBD>1W<31>n<EFBFBD><6E>k<EFBFBD><6B><EFBFBD>J<EFBFBD>0<EFBFBD>I;P8<50><38><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD>&:bob $
bob $
bob $ hexdump -C ./reply_secret.enc
00000000  92 46 dd 87 04 bc a7 2e  34 22 01 66 1a 13 31 db  |.F......4".f..1.|
00000010  c4 5c b4 8e 7b 6f d4 b0  24 d2 4d 92 9b 49 7b 35  |.\..{o..$.M..I{5|
00000020  da 7c ee 5c bb 6c cd 82  f1 1b 92 65 f1 8d f2 59  |.|.\.l.....e...Y|
00000030  82 56 81 80 7b 89 07 7c  21 24 63 5e 61 0c ae 2a  |.V..{..|!$c^a..*|
00000040  d4 aa 5c 76 51 8d cf a0  39 04 c1 d7 dc f0 ad 99  |..\vQ...9.......|
00000050  27 ed 8e de d9 ae 02 73  50 e0 dd 27 13 ae 8e 5a  |'......sP..'...Z|
00000060  12 e4 9a 31 57 b3 03 6e  dd e1 16 7f 6b c0 b3 8b  |...1W..n....k...|
00000070  4a cf 30 b8 49 3b 50 38  e0 9f 84 f6 83 da 26 3a  |J.0.I;P8......&:|
00000080
bob $
bob $ # remove clear text secret message file
bob $ rm -f reply_secret.txt

Bob 通过 scp 将加密的文件发送至 Alice 的工作站:

$ scp reply_secret.enc alice@alice-machine-or-ip:/path/

如果 Alice 尝试使用常规工具去阅读加密的文本,她将无法理解加密的文本:

alice $
alice $ ls -l reply_secret.enc
-rw-r--r--. 1 alice alice 128 Mar 22 18:01 reply_secret.enc
alice $
alice $ cat reply_secret.enc
<0A><46><DD87>.4"f<>1<EFBFBD><31>\<5C><>{o԰$<24>M<EFBFBD><4D>I{5<>|<7C>\<5C><6C>e<EFBFBD><65>Y<EFBFBD>V<EFBFBD><56>{<7B>|!$c^a
                                                 <20>*Ԫ\vQ<76>Ϡ9<CFA0><39><EFBFBD><EFBFBD>'<27><>ٮsP<73><50>'<27><>Z<EFBFBD>1W<31>n<EFBFBD><6E>k<EFBFBD><6B><EFBFBD>J<EFBFBD>0<EFBFBD>I;P8<50><38><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD><EFBFBD>&:alice $
alice $
alice $
alice $ hexdump -C ./reply_secret.enc
00000000  92 46 dd 87 04 bc a7 2e  34 22 01 66 1a 13 31 db  |.F......4".f..1.|
00000010  c4 5c b4 8e 7b 6f d4 b0  24 d2 4d 92 9b 49 7b 35  |.\..{o..$.M..I{5|
00000020  da 7c ee 5c bb 6c cd 82  f1 1b 92 65 f1 8d f2 59  |.|.\.l.....e...Y|
00000030  82 56 81 80 7b 89 07 7c  21 24 63 5e 61 0c ae 2a  |.V..{..|!$c^a..*|
00000040  d4 aa 5c 76 51 8d cf a0  39 04 c1 d7 dc f0 ad 99  |..\vQ...9.......|
00000050  27 ed 8e de d9 ae 02 73  50 e0 dd 27 13 ae 8e 5a  |'......sP..'...Z|
00000060  12 e4 9a 31 57 b3 03 6e  dd e1 16 7f 6b c0 b3 8b  |...1W..n....k...|
00000070  4a cf 30 b8 49 3b 50 38  e0 9f 84 f6 83 da 26 3a  |J.0.I;P8......&:|
00000080
alice $

所以,她使用 OpenSSL 解密消息,只不过这次她提供了自己的私钥并将输出保存到文件中:

alice $ openssl rsautl -decrypt -inkey alice_private.pem -in reply_secret.enc > reply_secret.txt
Enter pass phrase for alice_private.pem:
alice $
alice $ ls -l reply_secret.txt
-rw-rw-r--. 1 alice alice 14 Mar 22 18:02 reply_secret.txt
alice $
alice $ cat reply_secret.txt
nano for life
alice $

了解 OpenSSL 的更多信息

OpenSSL 在加密界是真正的瑞士军刀。除了加密文件外,它还可以执行许多任务,你可以通过访问 OpenSSL 文档页面来找到使用它的所有方式,包括手册的链接、 《OpenSSL Cookbook》、常见问题解答等。要了解更多信息尝试使用其自带的各种加密算法看看它是如何工作的。


via: https://opensource.com/article/21/4/encryption-decryption-openssl

作者:Gaurav Kamathe 选题:lujun9972 译者:MjSeven 校对:wxy

本文由 LCTT 原创编译,Linux中国 荣誉推出