SSH 原理与运用

远程登录

SSH是每一台Linux电脑的标准配置。

随着Linux设备从电脑逐渐扩展到手机、外设和家用电器,SSH的使用范围也越来越广。不仅程序员离不开它,很多普通用户也每天使用。

SSH具备多种功能,可以用于很多场合。有些事情,没有它就是办不成。本文是我的学习笔记,总结和解释了SSH的常见用法,希望对大家有用。

虽然本文内容只涉及初级应用,较为简单,但是需要读者具备最基本的"Shell知识"和了解"公钥加密"的概念。如果你对它们不熟悉,我推荐先阅读《UNIX / Linux 初学者教程》《数字签名是什么?》


SSH原理与运用

作者:阮一峰

一、什么是SSH?

简单说,SSH是一种网络协议,用于计算机之间的加密登录。

如果一个用户从本地计算机,使用SSH协议登录另一台远程计算机,我们就可以认为,这种登录是安全的,即使被中途截获,密码也不会泄露。

最早的时候,互联网通信都是明文通信,一旦被截获,内容就暴露无疑。1995年,芬兰学者Tatu Ylonen设计了SSH协议,将登录信息全部加密,成为互联网安全的一个基本解决方案,迅速在全世界获得推广,目前已经成为Linux系统的标准配置。

需要指出的是,SSH只是一种协议,存在多种实现,既有商业实现,也有开源实现。本文针对的实现是OpenSSH,它是自由软件,应用非常广泛。

此外,本文只讨论SSH在Linux Shell中的用法。如果要在Windows系统中使用SSH,会用到另一种软件PuTTY,这需要另文介绍。

二、最基本的用法

SSH主要用于远程登录。假定你要以用户名user,登录远程主机host,只要一条简单命令就可以了。

  $ ssh user@host

如果本地用户名与远程用户名一致,登录时可以省略用户名。

  $ ssh host

SSH的默认端口是22,也就是说,你的登录请求会送进远程主机的22端口。使用p参数,可以修改这个端口。

  $ ssh -p 2222 user@host

上面这条命令表示,ssh直接连接远程主机的2222端口。

三、中间人攻击

SSH之所以能够保证安全,原因在于它采用了公钥加密。

整个过程是这样的:(1)远程主机收到用户的登录请求,把自己的公钥发给用户。(2)用户使用这个公钥,将登录密码加密后,发送回来。(3)远程主机用自己的私钥,解密登录密码,如果密码正确,就同意用户登录。

这个过程本身是安全的,但是实施的时候存在一个风险:如果有人截获了登录请求,然后冒充远程主机,将伪造的公钥发给用户,那么用户很难辨别真伪。因为不像https协议,SSH协议的公钥是没有证书中心(CA)公证的,也就是说,都是自己签发的。

可以设想,如果攻击者插在用户与远程主机之间(比如在公共的wifi区域),用伪造的公钥,获取用户的登录密码。再用这个密码登录远程主机,那么SSH的安全机制就荡然无存了。这种风险就是著名的"中间人攻击"(Man-in-the-middle attack)。

SSH协议是如何应对的呢?

四、口令登录

如果你是第一次登录对方主机,系统会出现下面的提示:

  $ ssh user@host

  The authenticity of host 'host (12.18.429.21)' can't be established.

  RSA key fingerprint is 98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d.

  Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?

这段话的意思是,无法确认host主机的真实性,只知道它的公钥指纹,问你还想继续连接吗?

所谓"公钥指纹",是指公钥长度较长(这里采用RSA算法,长达1024位),很难比对,所以对其进行MD5计算,将它变成一个128位的指纹。上例中是98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d,再进行比较,就容易多了。

很自然的一个问题就是,用户怎么知道远程主机的公钥指纹应该是多少?回答是没有好办法,远程主机必须在自己的网站上贴出公钥指纹,以便用户自行核对。

假定经过风险衡量以后,用户决定接受这个远程主机的公钥。

  Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes

系统会出现一句提示,表示host主机已经得到认可。

  Warning: Permanently added 'host,12.18.429.21' (RSA) to the list of known hosts.

然后,会要求输入密码。

  Password: (enter password)

如果密码正确,就可以登录了。

当远程主机的公钥被接受以后,它就会被保存在文件$HOME/.ssh/known_hosts之中。下次再连接这台主机,系统就会认出它的公钥已经保存在本地了,从而跳过警告部分,直接提示输入密码。

每个SSH用户都有自己的known_hosts文件,此外系统也有一个这样的文件,通常是/etc/ssh/ssh_known_hosts,保存一些对所有用户都可信赖的远程主机的公钥。

五、公钥登录

使用密码登录,每次都必须输入密码,非常麻烦。好在SSH还提供了公钥登录,可以省去输入密码的步骤。

所谓"公钥登录",原理很简单,就是用户将自己的公钥储存在远程主机上。登录的时候,远程主机会向用户发送一段随机字符串,用户用自己的私钥加密后,再发回来。远程主机用事先储存的公钥进行解密,如果成功,就证明用户是可信的,直接允许登录shell,不再要求密码。

这种方法要求用户必须提供自己的公钥。如果没有现成的,可以直接用ssh-keygen生成一个:

  $ ssh-keygen

运行上面的命令以后,系统会出现一系列提示,可以一路回车。其中有一个问题是,要不要对私钥设置口令(passphrase),如果担心私钥的安全,这里可以设置一个。

运行结束以后,在$HOME/.ssh/目录下,会新生成两个文件:id_rsa.pub和id_rsa。前者是你的公钥,后者是你的私钥。

这时再输入下面的命令,将公钥传送到远程主机host上面:

  $ ssh-copy-id user@host

好了,从此你再登录,就不需要输入密码了。

如果还是不行,就打开远程主机的/etc/ssh/sshd_config这个文件,检查下面几行前面"#"注释是否取掉。

  RSAAuthentication yes
  PubkeyAuthentication yes
  AuthorizedKeysFile .ssh/authorized_keys

然后,重启远程主机的ssh服务。

  // ubuntu系统
  service ssh restart

  // debian系统
  /etc/init.d/ssh restart

六、authorized_keys文件

远程主机将用户的公钥,保存在登录后的用户主目录的$HOME/.ssh/authorized_keys文件中。公钥就是一段字符串,只要把它追加在authorized_keys文件的末尾就行了。

这里不使用上面的ssh-copy-id命令,改用下面的命令,解释公钥的保存过程:

  $ ssh user@host 'mkdir -p .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub

这条命令由多个语句组成,依次分解开来看:(1)"$ ssh user@host",表示登录远程主机;(2)单引号中的mkdir .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys,表示登录后在远程shell上执行的命令:(3)"$ mkdir -p .ssh"的作用是,如果用户主目录中的.ssh目录不存在,就创建一个;(4)'cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub的作用是,将本地的公钥文件~/.ssh/id_rsa.pub,重定向追加到远程文件authorized_keys的末尾。

写入authorized_keys文件后,公钥登录的设置就完成了。


远程操作与端口转发

(Image credit: Tony Narlock

七、远程操作

SSH不仅可以用于远程主机登录,还可以直接在远程主机上执行操作。

上一节的操作,就是一个例子:

  $ ssh user@host 'mkdir -p .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub

单引号中间的部分,表示在远程主机上执行的操作;后面的输入重定向,表示数据通过SSH传向远程主机。

这就是说,SSH可以在用户和远程主机之间,建立命令和数据的传输通道,因此很多事情都可以通过SSH来完成。

下面看几个例子。

【例1】

将$HOME/src/目录下面的所有文件,复制到远程主机的$HOME/src/目录。

  $ cd && tar czv src | ssh user@host 'tar xz'

【例2】

将远程主机$HOME/src/目录下面的所有文件,复制到用户的当前目录。

  $ ssh user@host 'tar cz src' | tar xzv

【例3】

查看远程主机是否运行进程httpd。

  $ ssh user@host 'ps ax | grep [h]ttpd'

八、绑定本地端口

既然SSH可以传送数据,那么我们可以让那些不加密的网络连接,全部改走SSH连接,从而提高安全性。

假定我们要让8080端口的数据,都通过SSH传向远程主机,命令就这样写:

  $ ssh -D 8080 user@host

SSH会建立一个socket,去监听本地的8080端口。一旦有数据传向那个端口,就自动把它转移到SSH连接上面,发往远程主机。可以想象,如果8080端口原来是一个不加密端口,现在将变成一个加密端口。

九、本地端口转发

有时,绑定本地端口还不够,还必须指定数据传送的目标主机,从而形成点对点的"端口转发"。为了区别后文的"远程端口转发",我们把这种情况称为"本地端口转发"(Local forwarding)。

假定host1是本地主机,host2是远程主机。由于种种原因,这两台主机之间无法连通。但是,另外还有一台host3,可以同时连通前面两台主机。因此,很自然的想法就是,通过host3,将host1连上host2。

我们在host1执行下面的命令:

  $ ssh -L 2121:host2:21 host3

命令中的L参数一共接受三个值,分别是"本地端口:目标主机:目标主机端口",它们之间用冒号分隔。这条命令的意思,就是指定SSH绑定本地端口2121,然后指定host3将所有的数据,转发到目标主机host2的21端口(假定host2运行FTP,默认端口为21)。

这样一来,我们只要连接host1的2121端口,就等于连上了host2的21端口。

  $ ftp localhost:2121

"本地端口转发"使得host1和host3之间仿佛形成一个数据传输的秘密隧道,因此又被称为"SSH隧道"。

下面是一个比较有趣的例子。

  $ ssh -L 5900:localhost:5900 host3

它表示将本机的5900端口绑定host3的5900端口(这里的localhost指的是host3,因为目标主机是相对host3而言的)。

另一个例子是通过host3的端口转发,ssh登录host2。

  $ ssh -L 9001:host2:22 host3

这时,只要ssh登录本机的9001端口,就相当于登录host2了。

  $ ssh -p 9001 localhost

上面的-p参数表示指定登录端口。

十、远程端口转发

既然"本地端口转发"是指绑定本地端口的转发,那么"远程端口转发"(remote forwarding)当然是指绑定远程端口的转发。

还是接着看上面那个例子,host1与host2之间无法连通,必须借助host3转发。但是,特殊情况出现了,host3是一台内网机器,它可以连接外网的host1,但是反过来就不行,外网的host1连不上内网的host3。这时,"本地端口转发"就不能用了,怎么办?

解决办法是,既然host3可以连host1,那么就从host3上建立与host1的SSH连接,然后在host1上使用这条连接就可以了。

我们在host3执行下面的命令:

  $ ssh -R 2121:host2:21 host1

R参数也是接受三个值,分别是"远程主机端口:目标主机:目标主机端口"。这条命令的意思,就是让host1监听它自己的2121端口,然后将所有数据经由host3,转发到host2的21端口。由于对于host3来说,host1是远程主机,所以这种情况就被称为"远程端口绑定"。

绑定之后,我们在host1就可以连接host2了:

  $ ftp localhost:2121

这里必须指出,"远程端口转发"的前提条件是,host1和host3两台主机都有sshD和ssh客户端。

十一、SSH的其他参数

SSH还有一些别的参数,也值得介绍。

N参数,表示只连接远程主机,不打开远程shell;T参数,表示不为这个连接分配TTY。这个两个参数可以放在一起用,代表这个SSH连接只用来传数据,不执行远程操作。

  $ ssh -NT -D 8080 host

f参数,表示SSH连接成功后,转入后台运行。这样一来,你就可以在不中断SSH连接的情况下,在本地shell中执行其他操作。

  $ ssh -f -D 8080 host

要关闭这个后台连接,就只有用kill命令去杀掉进程。

十二、参考文献

  * SSH, The Secure Shell: The Definitive Guide: 2.4. Authentication by Cryptographic Key, O'reilly

  * SSH, The Secure Shell: The Definitive Guide: 9.2. Port Forwarding, O'reilly

  * Shebang: Tips for Remote Unix Work (SSH, screen, and VNC)

  * brihatch: SSH Host Key Protection

  * brihatch: SSH User Identities

  * IBM developerWorks: 实战 SSH 端口转发

  * Jianing YANG:ssh隧道技术简介

  * WikiBooks: Internet Technologies/SSH

  * Buddhika Chamith: SSH Tunneling Explained

(完)
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