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SSH 证书登录

2020年07月08日 学习小计, 学习随笔, 编程开发 暂无评论 阅读 111 次

作者: 阮一峰

日期: 2020年7月 8日

SSH 是服务器登录工具,提供密码登录和密钥登录。

但是,SSH 还有第三种登录方法,那就是证书登录。很多情况下,它是更合理、更安全的登录方法,本文就介绍这种登录方法。

一、非证书登录的缺点

密码登录和密钥登录,都有各自的缺点。

密码登录需要输入服务器密码,这非常麻烦,也不安全,存在被暴力破解的风险。

密钥登录需要服务器保存用户的公钥,也需要用户保存服务器公钥的指纹。这对于多用户、多服务器的大型机构很不方便,如果有员工离职,需要将他的公钥从每台服务器删除。

二、证书登录是什么?

证书登录就是为了解决上面的缺点而设计的。它引入了一个证书颁发机构(Certificate1 authority,简称 CA),对信任的服务器颁发服务器证书,对信任的用户颁发用户证书。

登录时,用户和服务器不需要提前知道彼此的公钥,只需要交换各自的证书,验证是否可信即可。

证书登录的主要优点有两个:(1)用户和服务器不用交换公钥,这更容易管理,也具有更好的可扩展性。(2)证书可以设置到期时间,而公钥没有到期时间。针对不同的情况,可以设置有效期很短的证书,进一步提高安全性。

三、证书登录的流程

SSH 证书登录之前,如果还没有证书,需要生成证书。具体方法是:(1)用户和服务器都将自己的公钥,发给 CA;(2)CA 使用服务器公钥,生成服务器证书,发给服务器;(3)CA 使用用户的公钥,生成用户证书,发给用户。

有了证书以后,用户就可以登录服务器了。整个过程都是 SSH 自动处理,用户无感知。

第一步,用户登录服务器时,SSH 自动将用户证书发给服务器。

第二步,服务器检查用户证书是否有效,以及是否由可信的 CA 颁发。

第三步,SSH 自动将服务器证书发给用户。

第四步,用户检查服务器证书是否有效,以及是否由信任的 CA 颁发。

第五步,双方建立连接,服务器允许用户登录。

四、生成 CA 的密钥

证书登录的前提是,必须有一个 CA,而 CA 本质上就是一对密钥,跟其他密钥没有不同,CA 就用这对密钥去签发证书。

虽然 CA 可以用同一对密码签发用户证书和服务器证书,但是出于安全性和灵活性,最好用不同的密钥分别签发。所以,CA 至少需要两对密钥,一对是签发用户证书的密钥,假设叫做user_ca,另一对是签发服务器证书的密钥,假设叫做host_ca

使用下面的命令,生成user_ca


# 生成 CA 签发用户证书的密钥
$ ssh-keygen -t rsa -b 4096 -f ~/.ssh/user_ca -C user_ca

上面的命令会在~/.ssh目录生成一对密钥:user_ca(私钥)和user_ca.pub(公钥)。

这个命令的各个参数含义如下。

  • -t rsa:指定密钥算法 RSA。
  • -b 4096:指定密钥的位数是4096位。安全性要求不高的场合,这个值可以小一点,但是不应小于1024。
  • -f ~/.ssh/user_ca:指定生成密钥的位置和文件名。
  • -C user_ca:指定密钥的识别字符串,相当于注释,可以随意设置。

使用下面的命令,生成host_ca


# 生成 CA 签发服务器证书的密钥
$ ssh-keygen -t rsa -b 4096 -f host_ca -C host_ca

上面的命令会在~/.ssh目录生成一对密钥:host_ca(私钥)和host_ca.pub(公钥)。

现在,~/.ssh目录应该至少有四把密钥。

  • ~/.ssh/user_ca
  • ~/.ssh/user_ca.pub
  • ~/.ssh/host_ca
  • ~/.ssh/host_ca.pub

五、CA 签发服务器证书

有了 CA 以后,就可以签发服务器证书了。

签发证书,除了 CA 的密钥以外,还需要服务器的公钥。一般来说,SSH 服务器(通常是sshd)安装时,已经生成密钥/etc/ssh/ssh_host_rsa_key了。如果没有的话,可以用下面的命令生成。


$ sudo ssh-keygen -f /etc/ssh/ssh_host_rsa_key -b 4096 -t rsa

上面命令会在/etc/ssh目录,生成ssh_host_rsa_key(私钥)和ssh_host_rsa_key.pub(公钥)。然后,需要把服务器公钥ssh_host_rsa_key.pub,复制或上传到 CA 所在的服务器。

上传以后,CA 就可以使用密钥host_ca为服务器的公钥ssh_host_rsa_key.pub签发服务器证书。


$ ssh-keygen -s host_ca -I host.example.com -h -n host.example.com -V +52w ssh_host_rsa_key.pub

上面的命令会生成服务器证书ssh_host_rsa_key-cert.pub(服务器公钥名字加后缀-cert)。这个命令各个参数的含义如下。

  • -s:指定 CA 签发证书的密钥。
  • -I:身份字符串,可以随便设置,相当于注释,方便区分证书,将来可以使用这个字符串撤销证书。
  • -h:指定该证书是服务器证书,而不是用户证书。
  • -n host.example.com:指定服务器的域名,表示证书仅对该域名有效。如果有多个域名,则使用逗号分隔。用户登录该域名服务器时,SSH 通过证书的这个值,分辨应该使用哪张证书发给用户,用来证明服务器的可信性。
  • -V +52w:指定证书的有效期,这里为52周(一年)。默认情况下,证书是永远有效的。建议使用该参数指定有效期,并且有效期最好短一点,最长不超过52周。
  • ssh_host_rsa_key.pub:服务器公钥。

生成证书以后,可以使用下面的命令,查看证书的细节。


$ ssh-keygen -L -f ssh_host_rsa_key-cert.pub

最后,为证书设置权限。


$ chmod 600 ssh_host_rsa_key-cert.pub

六、CA 签发用户证书

下面,再用 CA 签发用户证书。这时需要用户的公钥,如果没有的话,客户端可以用下面的命令生成一对密钥。


$ ssh-keygen -f ~/.ssh/user_key -b 4096 -t rsa

上面命令会在~/.ssh目录,生成user_key(私钥)和user_key.pub(公钥)。

然后,将用户公钥user_key.pub,上传或复制到 CA 服务器。接下来,就可以使用 CA 的密钥user_ca为用户公钥user_key.pub签发用户证书。


$ ssh-keygen -s user_ca -I user@example.com -n user -V +1d user_key.pub

上面的命令会生成用户证书user_key-cert.pub(用户公钥名字加后缀-cert)。这个命令各个参数的含义如下。

  • -s:指定 CA 签发证书的密钥
  • -I:身份字符串,可以随便设置,相当于注释,方便区分证书,将来可以使用这个字符串撤销证书。
  • -n user:指定用户名,表示证书仅对该用户名有效。如果有多个用户名,使用逗号分隔。用户以该用户名登录服务器时,SSH 通过这个值,分辨应该使用哪张证书,证明自己的身份,发给服务器。
  • -V +1d:指定证书的有效期,这里为1天,强制用户每天都申请一次证书,提高安全性。默认情况下,证书是永远有效的。
  • user_key.pub:用户公钥。

生成证书以后,可以使用下面的命令,查看证书的细节。


$ ssh-keygen -L -f user_key-cert.pub

最后,为证书设置权限。


$ chmod 600 user_key-cert.pub

七、服务器安装证书

CA 生成服务器证书ssh_host_rsa_key-cert.pub以后,需要将该证书发回服务器,可以使用下面的scp命令,将证书拷贝过去。


$ scp ~/.ssh/ssh_host_rsa_key-cert.pub root@host.example.com:/etc/ssh/

然后,将下面一行添加到服务器配置文件/etc/ssh/sshd_config


HostCertificate /etc/ssh/ssh_host_rsa_key-cert.pub

上面的代码告诉 sshd,服务器证书是哪一个文件。

重新启动 sshd。


$ sudo systemctl restart sshd
# 或者
$ sudo service sshd restart

八、服务器安装 CA 公钥

为了让服务器信任用户证书,必须将 CA 签发用户证书的公钥user_ca.pub,拷贝到服务器。


$ scp ~/.ssh/user_ca.pub .example.com:/etc/ssh/

上面的命令,将 CA 签发用户证书的公钥user_ca.pub,拷贝到 SSH 服务器的/etc/ssh目录。

然后,将下面一行添加到服务器配置文件/etc/ssh/sshd_config


TrustedUserCAKeys /etc/ssh/user_ca.pub

上面的做法是将user_ca.pub加到/etc/ssh/sshd_config,这会产生全局效果,即服务器的所有账户都会信任user_ca签发的所有用户证书。

另一种做法是将user_ca.pub加到服务器某个账户的~/.ssh/authorized_keys文件,只让该账户信任user_ca签发的用户证书。具体方法是打开~/.ssh/authorized_keys,追加一行,开头是@cert-authority principals="...",然后后面加上user_ca.pub的内容,大概是下面这个样子。


@cert-authority principals="user" ssh-rsa AAAAB3Nz...XNRM1EX2gQ==

上面代码中,principals="user"指定用户登录的服务器账户名,一般就是authorized_keys文件所在的账户。

重新启动 sshd。


$ sudo systemctl restart sshd
# 或者
$ sudo service sshd restart

至此,SSH 服务器已配置为信任user_ca签发的证书。

九、客户端安装证书

客户端安装用户证书很简单,就是从 CA 将用户证书user_key-cert.pub复制到客户端,与用户的密钥user_key保存在同一个目录即可。

十、客户端安装 CA 公钥

为了让客户端信任服务器证书,必须将 CA 签发服务器证书的公钥host_ca.pub,加到客户端的/etc/ssh/ssh_known_hosts文件(全局级别)或者~/.ssh/known_hosts文件(用户级别)。

具体做法是打开ssh_known_hostsknown_hosts文件,追加一行,开头为@cert-authority *.example.com,然后将host_ca.pub文件的内容(即公钥)粘贴在后面,大概是下面这个样子。


@cert-authority *.example.com ssh-rsa AAAAB3Nz...XNRM1EX2gQ==

上面代码中,*.example.com是域名的模式匹配,表示只要服务器符合该模式的域名,且签发服务器证书的 CA 匹配后面给出的公钥,就都可以信任。如果没有域名限制,这里可以写成*。如果有多个域名模式,可以使用逗号分隔;如果服务器没有域名,可以用主机名(比如host1,host2,host3)或者 IP 地址(比如11.12.13.14,21.22.23.24)。

然后,就可以使用证书,登录远程服务器了。


$ ssh -i ~/.ssh/user_key user@host.example.com

上面命令的-i参数用来指定用户的密钥。如果证书与密钥在同一个目录,则连接服务器时将自动使用该证书。

十一、废除证书

废除证书的操作,分成用户证书的废除和服务器证书的废除两种。

服务器证书的废除,用户需要在known_hosts文件里面,修改或删除对应的@cert-authority命令的那一行。

用户证书的废除,需要在服务器新建一个/etc/ssh/revoked_keys文件,然后在配置文件sshd_config添加一行,内容如下。


RevokedKeys /etc/ssh/revoked_keys

revoked_keys文件保存不再信任的用户公钥,由下面的命令生成。


$ ssh-keygen -kf /etc/ssh/revoked_keys -z 1 ~/.ssh/user1_key.pub

上面命令中,-z参数用来指定用户公钥保存在revoked_keys文件的哪一行,这个例子是保存在第1行。

如果以后需要废除其他的用户公钥,可以用下面的命令保存在第2行。


$ ssh-keygen -ukf /etc/ssh/revoked_keys -z 2 ~/.ssh/user2_key.pub

十二、参考链接

 

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