GPG, OpenSSH 和 OpenSSL
Client Cert Authentication
[译]安全基础：GPG, OpenSSH 和 OpenSSL
GPG 是什么？
GPG 是一个提供了加密和签名功能的工具。它的全名是“GNU Privacy Guard”。
GPG 支持对称加密和非对称加密，另外还提供一个可选的数字签名功能，来保证加密数据的完整性（未被中间人修改过）。
后面，我们将会演示如何使用 GPG。
GPG vs PGP
你可能还听说过 PGP，PGP 是一个协议标准（命名为”Open PGP”），GPG 实现了这个协议标准。
创建你自己的密钥
好了，目前为止，我们只讨论了一些理论知识。现在要实践了，我们会用之前提到的三种工具（OpenSSH，OpenSSL 和 GPG）来生成自己的密钥。
我不会详细地解释每个命令中使用的标志 / 设置，你可以自己 man 来了解这些细节。
此外，生成密钥只是一部分。对于 OpenSSL 和 GPG 来说，直到加密数据的时候，这些密钥才变得有用。
让我们开始吧！
OpenSSH
在下面的例子中，我们会使用 RSA 算法和 4096 位的密钥长度生成一组新的密钥（公钥和私钥）。这是相当安全的设置（在今天这个数字时代，任何低于 2048 位的密钥会被轻易攻破）：
ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "your.email@service.com"
运行这个命令，你会被要求为密钥提供一个名字，还有一个密码（可选）。之后你会发现当前目录下生成了两个文件（假设我们提供的名字是 foo_rsa）：
foo_rsa: 私钥
foo_rsa.pub: 公钥
注：你可以通过 SSH-keygen -p 命令更改与私钥相关联的密码。
现在我们有了这两个密钥，可以把公钥放到外部的服务（如 github）或者远程服务器上。这样我们就可以和远程的服务或者服务器进行安全的通信了。
如果你想要连接到远端服务器，你可以让你的运维帮你把公钥加到~/.ssh / 文件夹下，或者你也可以自己来（cat foo_rsa.pub | ssh user@123.45.56.78 "mkdir -p ~/.ssh && cat > > ~/.ssh/authorized_keys"）。一旦加入了你的公钥，你就可以在不需要密码的情况下安全访问服务器，因为你的私钥将会作为访问的凭证。
注：默认是 SSH 密钥是放在~/.ssh / 文件夹下的
你还可以进一步设置，限制只能通过 SSH 密钥登录服务器。为了达成这个目的，你需要登录到服务器，并修改 / etc/ssh/sshd_config 文件，找到 PermitRootLogin 那一行，并改成 PermitRootLogin without-password。重新启动 ssh，修改就会立即生效。
SSH 代理
大多数操作系统都有可用的 ssh-agent。如果你已经安装了 ssh-keygen，那么很有可能你也已经安装了 ssh-agent 和其他 OpenSSH 工具。
该代理是用来存储私钥的，它会让 SSH 的使用更加容易：允许你一次性地设置私钥密码（便利性的代价是安全性能的下降）。
当我设置我的 github SSH 密钥时，我会运行下面的命令：
cd ~/.ssh
ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "my.email@domain.com" # saved as github_rsa
eval "$(ssh-agent -s)"
ssh-add -K ~/.ssh/github_rsa
pbcopy < ~/.ssh/github_rsa.pub
ssh -T git@github.com
这里一共做了以下几件事：
cd 到存放 SSH 密钥的目录
生成我自己的 SSH 密钥（存成 github_rsa）
启动 SSH 代理
使用 ssh-add 命令将我的私钥添加到代理中
拷贝我的公钥（然后手动把它粘贴到 GitHub GUI 中）
连接到 github，验证设置
Generating SSH keys - User Documentation
OpenSSL
和上一节一样，我们将会使用 RSA 和 4096 位的密钥长度生成一组新密钥（公钥和私钥）。区别在于，你需要先生成私钥，然后从中抽取公钥：
openssl genrsa -out private_key.pem 4096
openssl rsa -pubout -in private_key.pem -out public_key.pem
你还可以通过添加 - text 标志，打印出包含在 pem 文件里的额外信息：
openssl rsa -text -in private_key.pem
GPG
用 GPG 生成一对密钥要稍微麻烦些，因为你需要根据提示输入一些内容，首先输入命令：
gpg --gen-key
将会显示如下信息：
Please select what kind of key you want:
(1) RSA and RSA (default)
(2) DSA and Elgamal
(3) DSA (sign only)
(4) RSA (sign only)
Your selection?
然后会问你需要的密钥长度（这里我和上面一样，输入了 4096）：
RSA keys may be between 1024 and 4096 bits long.
What keysize do you want? (2048)
接着，会要你提供一个过期时间（我选择了一年）：
Requested keysize is 4096 bits
Please specify how long the key should be valid.
0 = key does not expire
<n> = key expires in n days
<n> w = key expires in n weeks
<n> m = key expires in n months
<n> y = key expires in n years
Key is valid for? (0)
最后，你需要输入一些个人信息。我不会在这里展示，你可以自己试一试。另外值得注意的是，GPG 会使用系统的熵来帮助它生成随机数，所以你会被要求移动一下光标，来协助产生随机数。
注：你也可以通过一个输入文件来提供上述所需要的内容（当你想要产生很多成对密钥时，这个方法很有用），如果你想了解更多的细节，可以参考这里。
当你生成完密钥之后，你可能会问它们在哪儿呢？它们并不在当前的目录下，你需要使用下面的命令来查看生成的密钥：
gpg --list-keys
我这里的输出是：
/Users/M/.gnupg/pubring.gpg
pub 4096R/056C9716 2015-08-14 [expires: 2016-08-13]
uid Mark McDonnell (Hi) my.email@domain.com
sub 4096R/A1F3D5B6 2015-08-14 [expires: 2016-08-13]
注：对应的，这里有一个命令用于查看私钥：gpg --list-secret-keys。
你可以看到有个 pubring.gpg 文件，里面包含了我创建密钥时输入的信息，有趣的是这个文件本身是受保护的，如果我尝试 cat ~/.gnupg/pubring.gpg，会输出的是加密后的密文。
如果你想要查看自己的公钥，需要使用下面的命令（请注意我指定了名称”Mark McDonnell”，和我们刚才用 --list-keys 看到的输出一样）：
gpg --export -a "Mark McDonnell" | xargs -I {} echo {} > gpg_public.key
如果你想要得到私钥，你需要使用一个不同的标志：
gpg --export-secret-key -a "Mark McDonnell" | xargs -I {} echo {} > gpg_private.key
如何使用 GPG 和 OpenSSL 来加密数据
除了 PKI 和 SSL/TLS，最常见的一个任务就是加密包含敏感信息的特定文件。不同的工具加密数据的接口也不同，让我们来看看 GPG 和 OpenSSL 的：
GPG 加密
GPG 提供了两种加密方式：非对称和对称的……
非对称加密
使用 GPG，你需要接受者的公钥来加密文件。所以当你拿到对方的公钥之后，你需要将其导入到 GPG 中：
gpg --import public.key
注：之后如果要删除这些公钥，运行 gpg --delete-key "user name"
之后你可以用这个公钥加密文件：
gpg -e -u "Sender User Name" -r "Receiver User Name" somefile
要解密一个用你的公钥和 GPG 加密过的文件，可以使用下面的命令（会自动定位你的私钥，如果你有多个私钥，会向你询问密码）：
gpg -d some_encrypted_file.gpg
上面的命令会直接把解密的内容输出到 stdout，所以如果你需要将其重定向到一个文件里，可以像下面这样：
gpg -o output_file -d some_encrypted_file.gpg
对称加密
如果你不想用一对密钥来加密文件，你可以使用标准的对称加密：
gpg --symmetric secrets.txt
gpg 会向你请求一个密码，之后会将加密后的文件导出到当前文件夹下。
你还可以通过 --sign 标志添加一个 MAC（我们在讨论 PKI 的时候说过，就是一个数字签名）：
gpg --default-key email@domain.com --symmetric --sign secrets.txt
当你解密 gpg 文件，并输入了相应密码时，你将会看到以下输出：
gpg: Signature made Mon 17 Aug 17:37:58 2015 BST using RSA key ID BAE1D7F0
gpg: Good signature from "Mark McDonnell (Integralist) email@domain.com"
gpg: WARNING: message was not integrity protected
OpenSSL 加密
使用 OpenSSL 加密文件的最简单方法如下（文件的密码是 foobar，在命令的最末端，我们还使用了 salt 以提高安全性）：
echo -n 'someTextIWantToEncrypt' | openssl enc -e -salt -out test.txt -aes-256-cbc -pass pass:foobar
要解密这个文件，我们可以使用 - d 标志（-e 标志是加密）：
openssl enc -d -salt -in test.txt -out decrypted.txt -aes-256-cbc -pass pass:foobar
如果你不怕麻烦想要通信可以更加安全，可以使用一对密钥。下面的例子中，假设我们是”Alice”，收件人是”Bob”：
Bob 需要把他的 RSA 密钥用 PEM 证书的格式发送给我们
所以 Bob 首先要做的事情是生成一个包含他私钥的 PEM
openssl rsa -in id_rsa -outform pem > id_rsa.pem
然后生成一个含有 Bob 公钥的 PEM
openssl rsa -in id_rsa -pubout -outform pem > id_rsa.pub.pem
这时，Alice 和 Bob 需要解决的问题是如何安全地共享彼此的公钥。我会建议直接当面递交，以避免网络嗅探的问题（用浏览器和 server 交互的情况下，我们有 PKI 来帮助我们“认证” —— 但是很遗憾我们并没有这样的机制）。
一旦 Alice 得到了 Bob 的公钥，她会按照下面的步骤操作：
Alice 生成一个 256 位 (32 byte) 的 random key
openssl rand -base64 32 > key.bin
Alice 用 Bob 的公钥来加密这个 random key
openssl rsautl -encrypt -inkey id_rsa.pub.pem -pubin -in key.bin -out key.bin.enc
Alice 用 Bob 的公钥加密文件
openssl enc -aes-256-cbc -salt -in SECRET_FILE -out SECRET_FILE.enc -pass file:./key.bin
Alice 现在可以发送加密后的文件（例如：SECRET_FILE.enc）给 Bob。一旦 Bob 拿到加密文件，他可以 follow 下面几个步骤：
Bob 使用自己的私钥解密得到 random key
openssl rsautl -decrypt -inkey id_rsa.pem -in key.bin.enc -out key.bin
Bob 用自己的私钥和来解密文件
openssl enc -d -aes-256-cbc -in SECRET_FILE.enc -out SECRET_FILE -pass file:./key.bin
我该用哪一个
OpenSSL 在今天这个数字时代被认为是不安全的。enc 命令的实现是有 bug 的，所以在安全社区似乎都推荐丢掉 OpenSSL，使用 GPG（至少在想要分享一个私密文件这种简单的情景下，更推荐 GPG）。
创建，签名，发布和吊销证书
好了，下面我准备创建一个新的根 CA，然后我们就可以从自己的个人 CA 来签发私人证书了。如果有个机构它不想付钱给 CA 来获得证书，那么就可以用这个方法。（有些服务仅允许通过客户端证书的访问，只要使用者信任发放证书的单位，就没有问题）
我不打算详细地说，因为 Ivan Ristić（”Bulletproof SSL and TSL”的作者）已经做了这些工作，你可以在他的免费电子书”OpenSSL Cookbook“中找到相应信息。
如果你想快速地看一下主要流程….
你可以生成一个 CSR（证书签名请求，你需要发送给 CA，等待 CA 批准）：
openssl req -sha256 -new -key my-private-key.pem -out csr.pem
然后你可以对这个证书做自签名：
openssl x509 -req -days 365 -in csr.pem -signkey my-private-key.pem -out my-certificate.pem
注：用一行命令同时生成一对密钥 + 证书 openssl req -nodes -new -x509 -keyout server.key -out server.cert
更新
我把证书有关的操作写在这里了，文章里讨论了如何用 Docker 来处理客户端证书验证。
结论
希望坚持看完这篇文章的人，可以得到一些有用的知识或者启发。我写这篇文章的主要目的是帮助自己巩固已学的知识，将来需要用到的时候也能有个参考。最后，我真的很享受钻研这个领域的过程，例如，PKI 和 SSL 握手，因为这是困扰我很长时间的一些知识点。
如果有任何的明显的错误（我敢肯定，会有一些疏漏），那么请告诉我，我一定会及时更正的。谢谢！