SSH 基础学习使用

什么是SSH

1.SSH

SSH（Secure Shell）是较可靠，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议，利用 SSH 协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题。
实际应用中，主要用于保证远程登录和远程通信的安全，任何网络服务都可以用这个协议来加密。

2.历史

1995年，芬兰赫尔辛基工业大学的研究员 Tatu Ylönen 设计了 SSH 协议的第一个版本（现称为 SSH 1），同时写出了第一个实现（称为 SSH1）。

当时，他所在的大学网络一直发生密码嗅探攻击，他不得不为服务器设计一个更安全的登录方式。写完以后，他就把这个工具公开了，允许其他人免费使用。

SSH 可以替换 rlogin、TELNET、FTP 和 rsh 这些不安全的协议，所以大受欢迎，用户快速增长，1995年底已经发展到五十个国家的20,000个用户。SSH 1 协议也变成 IETF 的标准文档。

1995年12月，由于客服需求越来越大，Tatu Ylönen 就成立了一家公司 SCS，专门销售和开发 SSH。这个软件的后续版本，逐渐从免费软件变成了专有的商业软件。

SSH 1 协议存在一些安全漏洞，所以1996年又提出了 SSH 2 协议（或者称为 SSH 2.0）。这个协议与1.0版不兼容，在1997年进行了标准化，1998年推出了软件实现 SSH2。但是，官方的 SSH2 软件是一个专有软件，不能免费使用，而且 SSH1 的有些功能也没有提供。

1999年，OpenBSD 的开发人员决定写一个 SSH 2 协议的开源实现，这就是 OpenSSH 项目。该项目最初是基于 SSH 1.2.12 版本，那是当时 SSH1 最后一个开源版本。但是，OpenSSH 很快就完全摆脱了原始的官方代码，在许多开发者的参与下，按照自己的路线发展。OpenSSH 随 OpenBSD 2.6 版本一起提供，以后又移植到其他操作系统，成为最流行的 SSH 实现。目前，Linux 的所有发行版几乎都自带 OpenSSH。

现在，SSH-2 有多种实现，既有免费的，也有收费的。

3.架构

SSH 的软件架构是服务器-客户端模式（Server - Client）。在这个架构中，SSH 软件分成两个部分：向服务器发出请求的部分，称为客户端（client），OpenSSH 的实现为 ssh；接收客户端发出的请求的部分，称为服务器（server），OpenSSH 的实现为 sshd。另外，OpenSSH 还提供一些辅助工具软件（比如 ssh-keygen 、ssh-agent）和专门的客户端工具（比如 scp 和 sftp）。

4.工作原理

在这里插入图片描述

连接建立
SSH依赖端口进行通信。在未建立SSH连接时，SSH服务器会在指定端口侦听连接请求，SSH客户端向SSH服务器该指定端口发起连接请求后，双方建立一个TCP连接，后续会通过该端口通信。
默认情况下，SSH服务器使用端口号22。当SSH应用于NETCONF时，可以指定默认端口号是22或者830。SSH使用的端口号可以被更改为设备其他可用端口，更改后当前所有的连接都会断开，SSH服务器开始侦听新的端口。由于SSH默认端口号22为知名端口，在进行关键安全传输时，建议修改SSH端口号。
版本协商
SSH协议目前存在SSH1.X（SSH2.0之前的版本）和SSH2.0版本。SSH2.0协议相比SSH1.X协议来说，在结构上做了扩展，可以支持更多的认证方法和密钥交换方法，同时提高了服务能力。SSH服务器和客户端通过协商确定最终使用的SSH版本号，过程如下：
- 1. SSH服务器通过建立好的连接向SSH客户端发送支持的SSH版本信息。
- 1. SSH客户端收到版本信息后，根据自身支持的SSH版本决定使用的版本号，并将决定使用的版本号发送给SSH服务器。
- 1. SSH服务器判断自己是否支持客户端决定使用的版本号，从而确定版本协商是否成功。
算法协商
SSH工作过程中需要使用多种类型的算法，包括用于产生会话密钥的密钥交换算法、用于数据信息加密的对称加密算法、用于进行数字签名和认证的公钥算法和用于数据完整性保护的HMAC算法。SSH服务器和客户端对每种类型中具体算法的支持情况不同，因此双方需要协商确定每种类型中最终使用的算法，过程如下：
- 1. SSH服务器和客户端分别向对方发送自己支持的算法。
- 1. SSH服务器和客户端依次协商每种类型中具体使用的算法。在每类算法的协商过程中，SSH服务器和客户端都会匹配出双方均支持的算法作为最终使用的算法。每类算法均匹配成功后，算法协商完成。如果某类算法全部匹配失败，则该类型的算法协商失败，这会导致SSH服务器和客户端之间算法协商失败并断开连接。
密钥交换
SSH服务器和客户端通过密钥交换算法，动态生成共享的会话密钥和会话ID，建立加密通道。会话密钥主要用于后续数据传输的加密，会话ID用于在认证过程中标识该SSH连接。
由于SSH服务器和客户端需要持有相同的会话密钥用于后续的对称加密，为保证密钥交换的安全性，SSH使用一种安全的方式生成会话密钥，由SSH服务器和客户端共同生成会话密钥，利用数学理论巧妙地实现不直接传递密钥的密钥交换，无需通过不安全通道传送该密钥，具体过程如下图所示。
```
  - 1. SSH服务器生成素数G、P、服务器私钥b，并计算得到服务器公钥y=(G^b)%P。- 2. SSH服务器将素数G、P、服务器公钥y发送给SSH客户端。- 3. SSH客户端生成客户端私钥a，计算得到客户端公钥x=(G^a)%P。- 4. SSH客户端将客户端公钥x发送给SSH服务器。- 5. SSH服务器计算得到对称密钥K=(x^b)%P，SSH客户端计算得到对称密钥K=(y^a)%P，数学定律可以保证SSH服务器和SSH客户端生成的对称密钥相同。
```
用户认证
SSH客户端向SSH服务器发起认证请求，SSH服务器对SSH客户端进行认证。SSH支持以下几种认证方式：
- 密码（password）认证：客户端通过用户名和密码的方式进行认证，将加密后的用户名和密码发送给服务器，服务器解密后与本地保存的用户名和密码进行对比，并向客户端返回认证成功或失败的消息。
- 密钥（publickey）认证：客户端通过用户名，公钥以及公钥算法等信息来与服务器进行认证。
- password-publickey认证：指用户需要同时满足密码认证和密钥认证才能登录。
- all认证：只要满足密码认证和密钥认证其中一种即可。
  SSH用户认证最基本的两种方式是密码认证和密钥认证。密码认证方式比较简单，且每次登录都需要输入用户名和密码。而密钥认证可以实现安全性更高的免密登录，是一种广泛使用且推荐的登录方式。
密码认证
密码认证的基本原理是SSH客户端使用服务器公钥对密码进行加密，SSH服务器使用服务器私钥解密后验证密码的合法性，具体过程如下图所示。

SSH密码认证登录流程
- 1. SSH客户端向SSH服务器发送登录请求。
- 2. SSH服务器将服务器公钥发送给SSH客户端。
- 3. SSH客户端输入密码，使用服务器公钥加密密码后发送给SSH服务器。
- 4. SSH服务器收到密文，使用服务器私钥解密得到密码。验证密码是否正确，如果正确则认证通过。
但是，这种认证方式存在中间人攻击的风险，如果有人截获了SSH客户端的登录请求后，冒充SSH服务器将伪造的公钥发送给SSH客户端，就可以获取到用户的登录密码。所以，在首次登录SSH服务器时，SSH客户端上会提示公钥指纹，并询问用户是否确认登录。用户确认后公钥将被保存并信任，下次访问时，SSH客户端将会核对SSH服务器发来的公钥和本地保存的是否相同。这种方式适用于公布了公钥指纹的SSH服务器以及已登录过正确SSH服务器的SSH客户端。
密钥认证
为避免中间人攻击，可以使用安全性更高的密钥认证。密钥认证的基本原理是SSH服务器使用客户端的公钥对随机内容加密，SSH客户端使用自己的私钥解密并发送给服务器以证实自己的身份，具体的过程如下图所示。

SSH密钥认证登录流程
- 1. 在进行SSH连接之前，SSH客户端需要先生成自己的公钥私钥对，并将自己的公钥存放在SSH服务器上。
- 1. SSH客户端向SSH服务器发送登录请求。
- 1. SSH服务器根据请求中的用户名等信息在本地搜索客户端的公钥，并用这个公钥加密一个随机数发送给客户端。
- 1. SSH客户端使用自己的私钥对返回信息进行解密，并发送给SSH服务器。
- 1. SSH服务器验证SSH客户端解密的信息是否正确，如果正确则认证通过。
会话请求
认证通过后，SSH客户端向服务器发送会话请求，请求服务器提供某种类型的服务，即请求与服务器建立相应的会话。服务器根据客户端请求进行回应。
会话交互
会话建立后，SSH服务器端和客户端在该会话上进行数据信息的交互，双方发送的数据均使用会话密钥进行加解密。

SSH 交互

1.服务器

首先安装SSH服务器：
在这里插入图片描述

这个时候还不能直接启动，直接启动会提示配置错误，因为公钥还没生成：
在这里插入图片描述

上面第一条 sshd 命令失败提示“sshd re-exec requires execution with an absolute path”，是为了防止有人出于各种目的，放置同名软件在$PATH变量指向的目录中，代替真正的 sshd，此时需要使用绝对路径来启动。也就是下一条的 /usr/sbin/sshd

此时启动仍然失败因为还没有公钥文件，执行命令：

ssh-keygen -A

然后对比ssh配置文件夹可以看到生成了密钥文件：
在这里插入图片描述

图上左侧执行命令的窗口，右侧是查看配置文件夹的窗口，右侧上是执行前的配置文件，下是执行后的配置文件，可以看到生成了 ssh_host_dsa_key 与 ssh_host_dsa_key.pub 这两个文件，其他的一些文件是：

/sshd_config：配置文件
/ssh_host_ecdsa_key：ECDSA 私钥。
/ssh_host_ecdsa_key.pub：ECDSA 公钥。
/ssh_host_key：用于 SSH 1 协议版本的 RSA 私钥。
/ssh_host_key.pub：用于 SSH 1 协议版本的 RSA 公钥。
/ssh_host_rsa_key：用于 SSH 2 协议版本的 RSA 私钥。
/ssh_host_rsa_key.pub：用于 SSH 2 协议版本的 RSA 公钥。
/etc/pam.d/sshd：PAM 配置文件。（在ssh文件夹的上一层）

sshd_config.d 是一个目录，用于存放 SSH 服务器(sshd)的配置文件。这些配置文件通常以 .conf 结尾，并使用不同的前缀命名，如 sshd_config、sshd_default_config 等。这些配置文件允许管理员对 SSH 服务器进行详细的设置，例如端口号、认证方式、日志记录等。

然后进入ssh_config 文件编辑参数，可以设置的参数如下：

参数	默认值	参数说明
Port	22	sshd服务默认的端口22，为了安全考虑建议修改成其它端口;配置文件可以使用多个Port命令，同时监听多个端口
AddressFamily	any	设置协议簇，默认支持IPV4和IPV6
ListenAddress	0.0.0.0	默认监听网卡所有的IP地址
PermitRootLogin	yes	是否允许root登陆，默认是允许的，建议设置成no
StrictModes	yes	当使用者的host key改变之后，server就不接受其联机
MaxAuthTries	6	最多root尝试6次连接
MaxSessions	10	最大允许保持多少个未认证的连接。默认值是 10 到达限制后，将不再接受新连接，除非先前的连接认证成功或超出 LoginGraceTime 的限制。
PrintMotd	yes	登陆后是否显示一些默认信息
PrintLastLog	yes	显示上次登录的信息
TCPKeepAlive	yes	ssh server会传keepalive信息给client以此确保两者的联机正常，任何一端死后，马上断开
PasswordAuthentication	yes	是否允许使用基于密码的认证。默认为”yes”。
PermitEmptyPasswords	no	是否允许密码为空的用户远程登录。默认为”no”。