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Linux SSH 基于密钥交换的自动登录原理是怎样的?

 书*金 2017-06-24

原理简介

SSH证书认证登录的基础是一对唯一匹配密钥: 私钥(private key)和公钥(public key)。公钥用于对数据进行加密,而且只能用于加密。而私钥只能对使用所匹配的公钥,所加密过的数据进行解密。私钥需要用户单独妥善保管。SSH 客户端使用私钥向服务器证明自已的身份。而公钥是公开的,可以按需将其配置到目标服务器上自己的相应帐号中。

在进行 SSH 登录认证时,进行私钥和公钥协商。如果匹配,则身份得以证明,认证成功,允许登录。否则,将会继续使用密码验证等其它方式进行登录校验。SSH 证书验证登录配置及登录协商过程,如下证书校验交互登录流程示意图所示:


各步骤补充说明如下:


生成证书

  1. 客户端生成密钥对。
  2. 将公钥信息写入目标服务器、目标账户的配置文件。该操作隐含表示了客户端拥有对目标服务器的控制权。


协商交互过程

  1.  客户端向目标服务器发送登录请求。在SSH 服务启用了证书验证登录方式后,会优先通过证书验证方式进行登录验证。 

  2. 目标服务器根据 SSH 服务配置,在用户对应目录及文件中读取到有效的公钥信息。
  3. 目标服务器生成一串随机数,然后使用相应的公钥对其加密。

  4. 目标服务器将加密后的密文发回客户端。

  5. 客户端使用默认目录或 -i 参数指定的私钥尝试解密。

  6. 如果解密失败,则会继续尝试密码验证等其它方式进行登录校验。如果解密成功,则将解密后的原文信息重新发送给目标服务器。意思类似于: “看,这是这段话的原文。我能读懂发过来的密文,我拥有服务器的控制权,请让我登录。”

  7. 目标服务器对客户端返回的信息进行比对。如果比对成功,则表示认证成功,客户端可以登录。如果对比失败,则表示认证失败,则会继续尝试密码验证等其它方式进行登录校验。

 

自动登录配置


  • 生成密钥对
  • 密钥配置
  • 参数与权限检查确认


生成密钥对


SSH 协议 V1只使用 RSA 算法,而 SSH 协议V2 对 RSA 算法和 DSA 算法都支持。目前所有OpenSSH 版本都应该对两种算法都支持。两种算法的密钥的生成指令和使用方法相同,本文仅以 RSA 算法为例进行相关说明。

生成密钥对的时候,可以按需决定是否设置密码。但需要注意的是,如果设置了密码,还需结合 ssh-agent 代理和 ssh-add 配置才能实现自动登录。同时,相关配置只对 ssh-agent 启动的相应 shell 生效,用户退出后重新登录时还需重新配置。所以,为简便起见,本文以常见的、不配置密码的情况进行说明。

可以在任意支持环境下生成密钥对。Windows 和 Linux 环境下,配置分别说明如下。

  • Windows 环境下生成密钥对
  • Linux 环境下生成密钥对


Windows 环境下生成密钥对

在 Windows 环境下,通常借助各种应用软件来创建和管理密钥对。以常见的NetSarang Xshell为例,请执行如下步骤创建密钥对:

  1. 打开Xshell程序。
  2. 单击 工具 > 用户密钥管理者 ,再点击 生成
  3. 在打开的密钥创建向导中,选择默认的 RSA 密钥算法及密钥长度(默认 2048 位)后,点击 下一步
  4. 程序生成密钥对后,点击 下一步
  5. 如前面所述,密钥加密密码留空:
  6. 点击 下一步,会弹出确认信息,点击 确认。
  7. 复制或者点击 保存为文件 对公钥信息进行保存。
  8. 点击 完成 ,在 用户密钥管理者 列表中能看到相应的密钥信息。


Linux 环境下生成密钥对

在 Linux 环境下,通常使用系统自带的 ssh-keygen 软件来创建和管理密钥对。请执行如下步骤创建密钥对:

  1. 以任意具有 ssh-keygen 执行权限的用户登录服务器。
  2. 使用如下指令,基于 rsa 算法创建密钥对:
    ssh-keygen -t rsa
    Generating public/private rsa key pair.
    Enter file in which to save the key (/root/.ssh/id_rsa):        → 默认保存路径和文件名,可以按需修改。
    Enter passphrase (empty for no passphrase):                        → 如前面所述,不设置密码,回车确认即可。
    Enter same passphrase again:        → 不设置密码,回车确认即可。
    Your identification has been saved in /root/.ssh/id_rsa. → 创建的私钥文件。
    Your public key has been saved in /root/.ssh/id_rsa.pub. → 创建的公钥文件。
    The key fingerprint is:
    17:b8:0e:76:cb:57:21:3b:f2:bb:8b:a2:42:2b:54:be root@iZ233gr74jvZ
    The key's randomart image is:
    +--[ RSA 2048]----+
    |                 |
    |         .       |
    |        . o .    |
    |   .     . + .   |
    |  o   o S + .    |
    | ... . = = o     |
    |.. ..   + o      |
    |. oE  .  o .     |
    | . ... .. +o     |
    +-----------------+

    说明:

  • 如果 .ssh 目录不存在,程序会自动创建。

  • 生成的密钥对默认保存在当前用户家目录下的 .ssh 文件夹中,文件名默认为 id_rsa(私钥) 和 id_rsa.pub(公钥)。用户可以按需设置保存路径和文件名。


密钥配置


生成密钥对后,进行如下处理:

  • 私钥的处理
  • 公钥的处理


私钥的处理

私钥用于信息校验,请确保安全。可以将私钥上传到其它源服务器上,或者直接参阅前述说明创建新的密钥对。


公钥的处理

公钥信息需要写入目标服务器、目标用户的配置文件中,默认配置文件为对应用户家目录下 .ssh 文件夹中的 authorized_keys,即:

~/.ssh/authorized_keys

可以复制公钥信息后,直接通过 vi 等编辑器将其写入上述文件。或者通过如下指令,在源服务器上配置写入:

cat ~/.ssh/id_rsa.pub | ssh <用户名>@<目标服务器IP> 'cat >> ~/.ssh/authorized_keys';

比如:
cat ~/.ssh/id_rsa.pub | ssh root@120.26.38.248 'cat >> ~/.ssh/authorized_keys';

注意:

  • 该操作由于需要登录目标服务器才能完成,所以隐含表示了客户端拥有对目标服务器的控制权。
  • 如果修改了默认的目录或文件名,则需要同步修改SSH 服务配置文件(默认为/etc/ssh/sshd_config)中的AuthorizedKeysFile 参数,否则会因找不到公钥信息而导致自动登录失败。


参数与权限检查确认


要顺利完成自动登录,还需对SSH 服务相关参数及关联文件、文件夹的权限进行确认或调整。


SSH 服务参数设置

SSH 服务默认开启了证书认证支持。编辑 SSH 服务配置文件(默认为/etc/ssh/sshd_config),确保如下参数没有显示的置为 no。否则,将参数值修改为 yes,或者整个删除或注释(在最开头添加 # 号)整行配置。比如:

#RSAAuthentication yes
#PubkeyAuthentication yes

同时,如前面所述,如果修改了默认的公钥路径或文件名,还需确保 AuthorizedKeysFile 参数值配置的信息与其一致。

注意:如果对相关参数做了修改,需要重启 SSH 服务生效。


相关权限设置

SSH 服务证书验证方式登录,对相关目录和文件的权限有要求。权限配置异常可能会导致登录失败。

  • .ssh 目录的权限配置
    使用如下指令,确保 $HOME/.ssh 目录只有所有者才有权写入:
    chmod 700 ~/.ssh
  • authorized_keys 文件的权限配置
    使用如下指令,确保其它用户对 authorized_keys 文件没有修改权限:?
    chmod 600 ~/.ssh/authorized_keys
  • 进一步安全配置
    进一步的安全设置可以将 authorized_keys 文件权限配置为 400(其他用户没有任何权限),并对其及 .ssh 目录添加 immutable 位权限(防止文件被修改):
    chmod 400 ~/.ssh/authorized_keys
    chattr +i ~/.ssh/authorized_keys
    chattr +i ~/.ssh
     

自动登录


完成上述配置后,在客户端即可免密码直接登录。说明如下:

  • Windows 环境自动登录
  • Linux 环境自动登录


Windows 环境自动登录

Window 环境下,还是以常见的NetSarang Xshell为例,请执行如下配置进行自动登录:

  1. 单击 文件 > 属性,打开主机属性配置窗口。
  2. 点击 连接 > 用户身份验证,如下图所示,将 方法 设置为 Public Key;将 用户名 设置为已经设置了证书登录的相应用户名;将 用户密钥 设置为对应的私钥。最后,点击 确定
  3. 再次连接相应服务器时,无需密码输入用户名和密码,即可自动登录。


Linux 环境自动登录

Linux 环境下,在客户端直接通过 ssh 软件免密码登录:

ssh <用户名>@<目标服务器>

比如:
ssh root@192.168.0.1

如果修改了私钥路径或文件名,则需要通过 –i 参数进行指定:

ssh –i <私钥路径及文件名> <用户名>@<目标服务器>

比如:
ssh -i /bak/my_rsa user@192.168.0.1

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