SSH 證書登入教程

阮一峰發表於2020-07-08

SSH 是伺服器登入工具，提供密碼登入和金鑰登入。

但是，SSH 還有第三種登入方法，那就是證書登入。很多情況下，它是更合理、更安全的登入方法，本文就介紹這種登入方法。

一、非證書登入的缺點

密碼登入和金鑰登入，都有各自的缺點。

密碼登入需要輸入伺服器密碼，這非常麻煩，也不安全，存在被暴力破解的風險。

金鑰登入需要伺服器儲存使用者的公鑰，也需要使用者儲存伺服器公鑰的指紋。這對於多使用者、多伺服器的大型機構很不方便，如果有員工離職，需要將他的公鑰從每臺伺服器刪除。

二、證書登入是什麼？

證書登入就是為了解決上面的缺點而設計的。它引入了一個證書頒發機構（Certificate1 authority，簡稱 CA），對信任的伺服器頒發伺服器證書，對信任的使用者頒發使用者證書。

登入時，使用者和伺服器不需要提前知道彼此的公鑰，只需要交換各自的證書，驗證是否可信即可。

證書登入的主要優點有兩個：（1）使用者和伺服器不用交換公鑰，這更容易管理，也具有更好的可擴充套件性。（2）證書可以設定到期時間，而公鑰沒有到期時間。針對不同的情況，可以設定有效期很短的證書，進一步提高安全性。

三、證書登入的流程

SSH 證書登入之前，如果還沒有證書，需要生成證書。具體方法是：（1）使用者和伺服器都將自己的公鑰，發給 CA；（2）CA 使用伺服器公鑰，生成伺服器證書，發給伺服器；（3）CA 使用使用者的公鑰，生成使用者證書，發給使用者。

有了證書以後，使用者就可以登入伺服器了。整個過程都是 SSH 自動處理，使用者無感知。

第一步，使用者登入伺服器時，SSH 自動將使用者證書發給伺服器。

第二步，伺服器檢查使用者證書是否有效，以及是否由可信的 CA 頒發。

第三步，SSH 自動將伺服器證書發給使用者。

第四步，使用者檢查伺服器證書是否有效，以及是否由信任的 CA 頒發。

第五步，雙方建立連線，伺服器允許使用者登入。

四、生成 CA 的金鑰

證書登入的前提是，必須有一個 CA，而 CA 本質上就是一對金鑰，跟其他金鑰沒有不同，CA 就用這對金鑰去簽發證書。

雖然 CA 可以用同一對密碼簽發使用者證書和伺服器證書，但是出於安全性和靈活性，最好用不同的金鑰分別簽發。所以，CA 至少需要兩對金鑰，一對是簽發使用者證書的金鑰，假設叫做user_ca，另一對是簽發伺服器證書的金鑰，假設叫做host_ca。

使用下面的命令，生成user_ca。


# 生成 CA 簽發使用者證書的金鑰
$ ssh-keygen -t rsa -b 4096 -f ~/.ssh/user_ca -C user_ca

上面的命令會在~/.ssh目錄生成一對金鑰：user_ca（私鑰）和user_ca.pub（公鑰）。

這個命令的各個引數含義如下。

  • -t rsa：指定金鑰演算法 RSA。
  • -b 4096：指定金鑰的位數是4096位。安全性要求不高的場合，這個值可以小一點，但是不應小於1024。
  • -f ~/.ssh/user_ca：指定生成金鑰的位置和檔名。
  • -C user_ca：指定金鑰的識別字串，相當於註釋，可以隨意設定。

使用下面的命令，生成host_ca。


# 生成 CA 簽發伺服器證書的金鑰
$ ssh-keygen -t rsa -b 4096 -f host_ca -C host_ca

上面的命令會在~/.ssh目錄生成一對金鑰：host_ca（私鑰）和host_ca.pub（公鑰）。

現在，~/.ssh目錄應該至少有四把金鑰。

  • ~/.ssh/user_ca
  • ~/.ssh/user_ca.pub
  • ~/.ssh/host_ca
  • ~/.ssh/host_ca.pub

五、CA 簽發伺服器證書

有了 CA 以後，就可以簽發伺服器證書了。

簽發證書，除了 CA 的金鑰以外，還需要伺服器的公鑰。一般來說，SSH 伺服器（通常是sshd）安裝時，已經生成金鑰/etc/ssh/ssh_host_rsa_key了。如果沒有的話，可以用下面的命令生成。


$ sudo ssh-keygen -f /etc/ssh/ssh_host_rsa_key -b 4096 -t rsa

上面命令會在/etc/ssh目錄，生成ssh_host_rsa_key（私鑰）和ssh_host_rsa_key.pub（公鑰）。然後，需要把伺服器公鑰ssh_host_rsa_key.pub，複製或上傳到 CA 所在的伺服器。

上傳以後，CA 就可以使用金鑰host_ca為伺服器的公鑰ssh_host_rsa_key.pub簽發伺服器證書。


$ ssh-keygen -s host_ca -I host.example.com -h -n host.example.com -V +52w ssh_host_rsa_key.pub

上面的命令會生成伺服器證書ssh_host_rsa_key-cert.pub（伺服器公鑰名字加字尾-cert）。這個命令各個引數的含義如下。

  • -s：指定 CA 簽發證書的金鑰。
  • -I：身份字串，可以隨便設定，相當於註釋，方便區分證書，將來可以使用這個字串撤銷證書。
  • -h：指定該證書是伺服器證書，而不是使用者證書。
  • -n host.example.com：指定伺服器的域名，表示證書僅對該域名有效。如果有多個域名，則使用逗號分隔。使用者登入該域名伺服器時，SSH 通過證書的這個值，分辨應該使用哪張證書發給使用者，用來證明伺服器的可信性。
  • -V +52w：指定證書的有效期，這裡為52周（一年）。預設情況下，證書是永遠有效的。建議使用該引數指定有效期，並且有效期最好短一點，最長不超過52周。
  • ssh_host_rsa_key.pub：伺服器公鑰。

生成證書以後，可以使用下面的命令，檢視證書的細節。


$ ssh-keygen -L -f ssh_host_rsa_key-cert.pub

最後，為證書設定許可權。


$ chmod 600 ssh_host_rsa_key-cert.pub

六、CA 簽發使用者證書

下面，再用 CA 簽發使用者證書。這時需要使用者的公鑰，如果沒有的話，客戶端可以用下面的命令生成一對金鑰。


$ ssh-keygen -f ~/.ssh/user_key -b 4096 -t rsa

上面命令會在~/.ssh目錄，生成user_key（私鑰）和user_key.pub（公鑰）。

然後，將使用者公鑰user_key.pub，上傳或複製到 CA 伺服器。接下來，就可以使用 CA 的金鑰user_ca為使用者公鑰user_key.pub簽發使用者證書。


$ ssh-keygen -s user_ca -I user@example.com -n user -V +1d user_key.pub

上面的命令會生成使用者證書user_key-cert.pub（使用者公鑰名字加字尾-cert）。這個命令各個引數的含義如下。

  • -s：指定 CA 簽發證書的金鑰
  • -I：身份字串，可以隨便設定，相當於註釋，方便區分證書，將來可以使用這個字串撤銷證書。
  • -n user：指定使用者名稱，表示證書僅對該使用者名稱有效。如果有多個使用者名稱，使用逗號分隔。使用者以該使用者名稱登入伺服器時，SSH 通過這個值，分辨應該使用哪張證書，證明自己的身份，發給伺服器。
  • -V +1d：指定證書的有效期，這裡為1天，強制使用者每天都申請一次證書，提高安全性。預設情況下，證書是永遠有效的。
  • user_key.pub：使用者公鑰。

生成證書以後，可以使用下面的命令，檢視證書的細節。


$ ssh-keygen -L -f user_key-cert.pub

最後，為證書設定許可權。


$ chmod 600 user_key-cert.pub

七、伺服器安裝證書

CA 生成伺服器證書ssh_host_rsa_key-cert.pub以後，需要將該證書發回伺服器，可以使用下面的scp命令，將證書拷貝過去。


$ scp ~/.ssh/ssh_host_rsa_key-cert.pub root@host.example.com:/etc/ssh/

然後，將下面一行新增到伺服器配置檔案/etc/ssh/sshd_config。


HostCertificate /etc/ssh/ssh_host_rsa_key-cert.pub

上面的程式碼告訴 sshd，伺服器證書是哪一個檔案。

重新啟動 sshd。


$ sudo systemctl restart sshd
# 或者
$ sudo service sshd restart

八、伺服器安裝 CA 公鑰

為了讓伺服器信任使用者證書，必須將 CA 簽發使用者證書的公鑰user_ca.pub，拷貝到伺服器。


$ scp ~/.ssh/user_ca.pub root@host.example.com:/etc/ssh/

上面的命令，將 CA 簽發使用者證書的公鑰user_ca.pub，拷貝到 SSH 伺服器的/etc/ssh目錄。

然後，將下面一行新增到伺服器配置檔案/etc/ssh/sshd_config。


TrustedUserCAKeys /etc/ssh/user_ca.pub

上面的做法是將user_ca.pub加到/etc/ssh/sshd_config，這會產生全域性效果，即伺服器的所有賬戶都會信任user_ca簽發的所有使用者證書。

另一種做法是將user_ca.pub加到伺服器某個賬戶的~/.ssh/authorized_keys檔案，只讓該賬戶信任user_ca簽發的使用者證書。具體方法是開啟~/.ssh/authorized_keys，追加一行，開頭是@cert-authority principals="..."，然後後面加上user_ca.pub的內容，大概是下面這個樣子。


@cert-authority principals="user" ssh-rsa AAAAB3Nz...XNRM1EX2gQ==

上面程式碼中，principals="user"指定使用者登入的伺服器賬戶名，一般就是authorized_keys檔案所在的賬戶。

重新啟動 sshd。


$ sudo systemctl restart sshd
# 或者
$ sudo service sshd restart

至此，SSH 伺服器已配置為信任user_ca簽發的證書。

九、客戶端安裝證書

客戶端安裝使用者證書很簡單，就是從 CA 將使用者證書user_key-cert.pub複製到客戶端，與使用者的金鑰user_key儲存在同一個目錄即可。

十、客戶端安裝 CA 公鑰

為了讓客戶端信任伺服器證書，必須將 CA 簽發伺服器證書的公鑰host_ca.pub，加到客戶端的/etc/ssh/ssh_known_hosts檔案（全域性級別）或者~/.ssh/known_hosts檔案（使用者級別）。

具體做法是開啟ssh_known_hosts或known_hosts檔案，追加一行，開頭為@cert-authority *.example.com，然後將host_ca.pub檔案的內容（即公鑰）貼上在後面，大概是下面這個樣子。


@cert-authority *.example.com ssh-rsa AAAAB3Nz...XNRM1EX2gQ==

上面程式碼中，*.example.com是域名的模式匹配，表示只要伺服器符合該模式的域名，且簽發伺服器證書的 CA 匹配後面給出的公鑰，就都可以信任。如果沒有域名限制，這裡可以寫成*。如果有多個域名模式，可以使用逗號分隔；如果伺服器沒有域名，可以用主機名（比如host1,host2,host3）或者 IP 地址（比如11.12.13.14,21.22.23.24）。

然後，就可以使用證書，登入遠端伺服器了。


$ ssh -i ~/.ssh/user_key user@host.example.com

上面命令的-i引數用來指定使用者的金鑰。如果證書與金鑰在同一個目錄，則連線伺服器時將自動使用該證書。

十一、廢除證書

廢除證書的操作，分成使用者證書的廢除和伺服器證書的廢除兩種。

伺服器證書的廢除，使用者需要在known_hosts檔案裡面，修改或刪除對應的@cert-authority命令的那一行。

使用者證書的廢除，需要在伺服器新建一個/etc/ssh/revoked_keys檔案，然後在配置檔案sshd_config新增一行，內容如下。


RevokedKeys /etc/ssh/revoked_keys

revoked_keys檔案儲存不再信任的使用者公鑰，由下面的命令生成。


$ ssh-keygen -kf /etc/ssh/revoked_keys -z 1 ~/.ssh/user1_key.pub

上面命令中，-z引數用來指定使用者公鑰儲存在revoked_keys檔案的哪一行，這個例子是儲存在第1行。

如果以後需要廢除其他的使用者公鑰，可以用下面的命令儲存在第2行。


$ ssh-keygen -ukf /etc/ssh/revoked_keys -z 2 ~/.ssh/user2_key.pub

十二、參考連結

（完）

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