ssh原理与实践（二）

主页

• 个人微信公众号：密码应用技术实战
• 个人博客园首页：https://www.cnblogs.com/informatics/

引言

在上一篇文章【ssh原理与实践（一)】中我们详细介绍了SSH两种常用的认证方式，在认证流程中，我们简单提到了建立安全通道的流程，安全通道的建立是客户端和服务端通信安全的基础，本文我们将主要介绍安全通道建立的流程。

本文内容组织结构如下：

1. SSH安全通道简介
2. SSH1安全通道的建立
3. SSH2安全通道的建立

SSH安全通道简介

SSH协议提供了一种在不可信网络建立安全通信的方式，保证了SSH客户端和服务端在通信过程中数据的安全性。SSH建立安全通信的过程，其实就是客户端和服务端协商会话密钥的过程, 后文我们简称为密钥协商。

SSH协议目前主要有SSHv1和SSHv2两个版本，这两个版本在密钥协商流程上存在着较大的差异。在介绍具体协议之前，我们首先介绍下密钥协商过程中用到的几个关键密钥：

说明：

• User Key：客户端SSH公钥，由用户生成，代表SSH客户端身份，用于客户端身份认证，存储在~/.ssh/id_rsa。
• Host Key：服务端SSH公钥，由管理员生成，代表服务端身份，用于服务端身份认证，存储在/etc/ssh/ssh_host_rsa。
• Server Key：仅在SSH1中使用，定时更新（一般为一个小时），主要用于保证通信消息的前向安全, 存储在内存。
• Session Key：会话密钥与会话绑定，只在客户端和服务端本次会话中有效，用于加密通信数据。在SSH1中会话密钥为一个对称密钥，在SSH2中为一组密钥，逻辑功能上与SSH1会话密钥一致，但是提供了更高的安全性。存储在内存。

上述密钥在SSH中存储和应用示意图：

• User Key、Host Key、Server Key用于密钥协商
• Session Key用于加密通信

SSH1安全通道的建立

SSH1密钥协商流程如下：

1. 客户端Client访问服务端Server，触发密钥协商
2. 客户端和服务端对SSH协议版本进行协商，并进行兼容性检查，如果不兼容，则密钥协商失败。
3. 服务端生成Server Key和随机数，这里的Server Key用于保证前向安全，随机数用于防止重放攻击。
4. 服务端将Host Key公钥、Server Key公钥以及随机数发送给客户端，同时基于上述数据本地生成会话ID（会话ID用于标识本次会话，在【ssh原理与实践（一)】的公钥认证流程中有应用）
5. 客户端本地生成会话ID和会话密钥（在SSH1密钥协商中，会话密钥由客户端生成，并发送给服务端）
6. 客户端对会话密钥加密，并发送给服务端。（这里的加密用到了服务端的Server Key，由于Server Key为临时密钥，每次协商会变化，因此即使服务端Host Key被窃取，也无法恢复历史会话密钥，解密通信数据）
7. 服务端首先使用Server Key私钥解密密文，然后使用Host Key私钥进一步解密，得到会话密钥
8. 服务端发送确认消息，并使用会话密钥加密；客户端进行解密验证
9. 密钥协商成功后，后续通信使用会话密钥进行加密通信。

SSH2安全通道的建立

由于SSH2在安全性、扩展性以及架构上具有更大的优势，目前服务器已广泛支持SSH2版本，这里我们重点介绍下SSH2的密钥协商流程：

1. 客户端和服务端对SSH协议版本进行协商，并进行兼容性检查，如果不兼容，则密钥协商失败。
2. 客户端和服务端对加密套件进行协商，对后续使用的签名算法、加密算法、MAC算法进行共识。该步骤中客户端和服务端会分别发送临时随机数Cookie（Cookie用于生成会话ID）
3. 客户端本地生成EC密钥对，并将公钥（DH密钥协商参数）发送给服务端
4. 服务端本地生成EC密钥对，并基于客户端DH参数生成DH共享密钥（运行DH算法得到，略），最后基于DH共享密钥生成一组会话密钥，该组会话密钥又分为3组：
   • 对称加密算法的初始向量IV
   • 对称算法的密钥
   • MAC算法密钥

由于SSH2中不同方向使用的会话密钥不同，因此密钥协商一共