linux上ssh免密登录原理及实现

因为我的服务器集群需要回收日志到中央进行统一处理，所以需要建立ssh互信关系实现免密登录。关于ssh的使用大家可能都很熟悉了，我们今天主要来讲下ssh连接和免密登录的原理。

scp 传输文件

scp(secure copy)是linux系统下基于ssh登录进行安全的远程文件拷贝的命令。

# 传递文件到远程
scp local_file remote_username@remote_ip:remote_file
# 传递文件夹到远程
scp -r local_folder remote_username@remote_ip:remote_folder 
# 复制远程文件到本地，只是调换下文件参数位置即可
scp remote_username@remote_ip:remote_file local_file

远程拷贝的命令还有rsync，scp消耗资源少，不会提高多少系统负荷，在这一点上，rsync就远远不及它了。rsync比scp会快一点，但当小文件多的情况下，rsync会导致硬盘I/O非常高，而scp基本不影响系统正常使用。

与scp相似的命令是cp，但是cp只能本机拷贝而不能跨服务器，因此需要与ssh合作构成scp命令。

我们直接使用scp来跨机器拷贝文件，会提示输入密码：

# 提示输入server端服务器的work用户密码
[[e-mail] ~]$ scp test.php [e-mail]:/home/work
[e-mail]'s password: 

原因就在于，scp是先使用ssh连接服务端机器后，再使用网络来执行远程拷贝(cp)。

可以参考ssh的过程：

# 同样的提示输入server端服务器的work用户密码
[[e-mail] ~]$ ssh [e-mail]
[e-mail]'s password: 

ssh 加密信息

Secure Shell（安全外壳协议，简称SSH）是一种加密的网络传输协议，可在不安全的网络中为网络服务提供安全的传输环境。SSH通过在网络中创建安全隧道来实现SSH客户端与服务器之间的连接。虽然任何网络服务都可以通过SSH实现安全传输，SSH最常见的用途是远程登录系统，人们通常利用SSH来传输命令行界面和远程执行命令。

SSH是Telnet/rlogin等非安全shell的替代品，这些协议采用明文传输，会引入许多的安全性问题：

如图所示，telnet使用23号端口，所有的信息，包括用户名和密码都是明文传输；而ssh使用22号端口，所有的信息都会被加密传输，安全性得到了很大的提高。

ssh使用十分简单，选择以什么用户连接哪台机器，然后输入密码即可：

$ssh user@hostname
user@hostname's password:

对称加密和非对称加密

ssh的主要有点就是安全性，安全性依赖于加密方式，现在主要的加密方式有两种：对称加密和非对称加密。

对称加密

对称加密使用同一个密钥来进行加密和解密，这样在传输时是安全可靠的，但是如何安全的保存密钥呢，在集群中，客户端的数量巨大，一旦任意一个客户端的密钥被窃取，那么整个系统的安全性也不复存在。

非对称加密

由于对称加密的这个弊端，产生了非对称加密，非对称加密中有两个密钥：公钥和私钥。公钥由私钥产生，但却无法推算出私钥；公钥加密后的密文，只能通过对应的私钥来解密。

非对称加密的登录流程：

初始状态：topgun终端要登录Server服务器，发起连接请求ssh [e-mail]

1. 服务端运行有ssh服务，并持续监听22号端口，因此可以生成一对公钥和私钥；此时将公钥返回给客户端
2. 客户端使用公钥，对登录密码进行加密，（如服务器work用户密码为xxx），生成公钥加密字符串
3. 客户端将公钥加密字符串发送给服务端
4. 服务端使用私钥，解密公钥加密字符串，得到原始密码
5. 校验密码是否合法（此为本机work密码）
6. 返回登录结果给客户端：成功登录或密码错误

在非对称加密中，由于只有公钥会被传输，而私钥是服务端本地保存，因此即便公钥被监听，也无法拿到原始密码，从而登录服务器。

中间人攻击

在非对称加密中可以有效保护登录密码不被泄漏，但这是在建立连接到真实服务器的情况下。设想一下，如果供给者并不监听密码或公钥，而是直接伪装成服务器呢：

在该示例图中，存在Hacker服务器劫持了你的ssh建连请求（如通过DNS劫持等方式），导致你与Hacker机器的连接一切正常，因此它能拿到你的明文密码，并通过明文密码来攻击真实的服务端。

那么SSH采用了非对称的加密方式，是怎么解决这个问题的呢？

[[e-mail]: ~]$ ssh [e-mail]
The authenticity of host 'server.com (10.10.10.24)' can't be established.
RSA key fingerprint is ad:2e:92:41:6f:31:b1:c1:35:43:eb:df:f1:18:a1:c1.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?  yes
Warning: Permanently added 'server.com,10.10.10.24' (RSA) to the list of known hosts.
Password: (enter password) 

在这个认证信息中，可以看到提示：无法确认主机server.com (10.10.10.24)的真实性，不过知道它的公钥指纹，是否继续连接？

输入yes继续连接后，就会确认该服务器为可信任服务器，然后添加到known_hosts文件中，下次不用再次确认，然后跳转到输入密码的验证阶段。这种简单粗暴的方式相当于让我们肉眼比对来判断目标服务器是否是真实服务器，我觉得并不是最理想的方式，希望后续会有更完美的认证方式。

之所以用fingerprint（公钥指纹）代替key，主要是key过于长（RSA算法生成的公钥有1024位），很难直接比较。所以，对公钥进行hash生成一个128位的指纹，这样就方便比较了。

SSH免密登录

我们已经掌握如何使用ssh登录远程服务器了，但是每次登录都要输入密码，比较麻烦。ssh提供一种免密登录的方式：公钥登录。

1. 在客户端使用ssh-keygen生成一对密钥：公钥+私钥
2. 将客户端公钥追加到服务端的authorized_key文件中，完成公钥认证操作
3. 认证完成后，客户端向服务端发起登录请求，并传递公钥到服务端
4. 服务端检索authorized_key文件，确认该公钥是否存在
5. 如果存在该公钥，则生成随机数R，并用公钥来进行加密，生成公钥加密字符串pubKey(R)
6. 将公钥加密字符串传递给客户端
7. 客户端使用私钥解密公钥加密字符串，得到R
8. 服务端和客户端通信时会产生一个会话ID(sessionKey)，用MD5对R和SessionKey进行加密，生成摘要（即MD5加密字符串）
9. 客户端将生成的MD5加密字符串传给服务端
10. 服务端同样生成MD5(R,SessionKey)加密字符串
11. 如果客户端传来的加密字符串等于服务端自身生成的加密字符串，则认证成功
12. 此时不用输入密码，即完成建连，可以开始远程执行shell命令了

实现免密登录

ssh-genkey是生成密钥的工具，执行完成后生成公钥和密钥，这两个文件会默认保存在~/.ssh/路径下。常用的参数为：

• -t: 指定生成密钥类型（rsa、dsa）。默认为rsa
• -f: 指定存放私钥的文件，公钥文件名为私钥文件名加.pub后缀。默认为id_rsa
• -P: 指定passphrase（私钥的密码），用于确保私钥的安全。默认为空
• -C: 备注。默认为user@hostname

我们直接执行来生成密钥，所有的参数都可以为空，也就是一直回车确认：

$ ssh-keygen
Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (/home/work/.ssh/id_rsa): 
Enter passphrase (empty for no passphrase): 
Enter same passphrase again: 
Your identification has been saved in id_rsa.
Your public key has been saved in id_rsa.pub.
The key fingerprint is:
74:17:74:38:b2:c7:70:fd:1d:33:eb:e2:71:71:cc:11 [e-mail]

此时，生成的文件在~/.ssh/目录下，我们会看到这些文件：

id_rsa    // 私钥文件  
id_rsa.pub    // 公钥文件
authorized_keys    // 存放客户端公钥的文件
known_hosts    // 确认过公钥指纹的可信服务器列表的文件
config    // 指定不同域名使用哪个密钥的配置文件

因为一台机器即能是客户端，又能是服务端，因此同时存在authorized_keys（在该机器为服务端时使用）和Known_hosts（在该机器为客户端时使用）。

我们的服务器会有很多的用户，如果所有的用户都用同一份密钥，可能就没办法划分权限或者区分用户，如多个用户提交git就需要按照用户名来生成密钥，用于区分用户。同时你可能也希望针对不同的服务器使用不同的密钥对，因此需要config配置文件来配置针对不同服务器的配置：

$vim ~/.ssh/config
Host a.baidu.com
User work
IdentityFile ~/.ssh/id_rsa

Host b.baidu.com
User zhaoshuaiqiang
IdentityFile ~/.ssh/zhaoshuaiqiang

这样在连接不同的服务器时，就会使用不同的密钥文件来登录。

在客户端生成密钥对之后，将公钥追加到服务器的authorized_keys文件中即可。

 ...
 15 ssh-rsa AAAAB3NzaC1yc2EAAAABIwAAAQEAn30bjwtkLW82vTlLMQnI/a42J2g7o+HBCpSzBgNG+xfZuSNQOAU8+FNKQvriT4AL7ToiTtrZDLOEGqyQzaxQejuNnWG6aQ9ETh96qXhVLecWidaBieFGuv+F
    uXz6x551xtFXx64AzG+706dhnv1nOACYlrnfvXhi5kZzWzprET+CxMIeYhJQwwc19pF5zCWeU9QUvd1mOu0n8JVycevmuXRdVx9WpXq2+aaaaaaaa3uYGMBxvSLtT40O1AiEZ+k9EeYCnTEV
    tnGoVWCyxpwv6rR/GDOtJL/d+/Wb6I0HEKxxe087yZz8GWpQN5TEIAjq3oEjI/aiGw== [e-mail]
 16 ssh-rsa AAAAB3NzaC1yc2EAAAABIwAAAQEAzRmK+CAVLnryXqQwweu8Yji8bGAvqzf8PSDzYn1nmE6ZeDkBbrWvFlVZ2yOip3IX8RjvuPc28mTCr0LsIOOmpvET0SzOkt0hzLBPiyCN/QvbKU/RbUv8v5y2
    hEAlbUkMEzv7qOHQEruGEvA5y99gf/nYjK5OFKVpmg838OScUV3i88Xbqk8rtcuRZHWuZLnuB5spBsEE5r1UrnH/Ik7frZr8Vb4X6aZWbAp1yc0SqZ8JXVbmOiakqq0WqkLm+zqhEwr+Ooh2guH23x9zjMqY
    Uy+aaaaaBEBC+LepCvskArBt/SRwJDJkcItz8T7kBC3CP0Y0X4hB+6k6/yM/pup5w== [e-mail]

此时，即可免密登录服务器。

私钥的安全性

假设你已经实现了服务器集群的免密登录，那么如果你的一台客户端被攻击成功了，那么整个集群的安全性便荡然无存了。因此，我们有时还需要对密钥做安全性保障，即设置私钥密码：

// 使用rsa方法加密，生成test密钥对，私钥密码为123456
ssh-keygen -t rsa -f test -P 123456 

此时，各机器仍然是免密登录，但是需要你输入私钥密码：

$ssh [e-mail]
Enter passphrase for key '/home/work/.ssh/test': 

参考资料

1. RUNOOB-Linux scp命令：http://www.runoob.com/linux/l...
2. linux-doc scp跨机远程拷贝：https://linuxtools-rst.readth...
3. 维基百科 Secure Shell：https://zh.wikipedia.org/wiki...
4. 简书 图解SSH原理：https://www.jianshu.com/p/334...
5. CSDN scp在linux中实现两台主机传件--互信无需输入密码: https://blog.csdn.net/posonri...