OpenSSL предоставляет SSL, TLS и криптографические средства общего назначения. Он оборачивает библиотеку OpenSSL.

Примеры

Все примеры предполагают, что вы загрузили OpenSSL с помощью:

require 'openssl'

Эти примеры построены друг на друге. Например, ключ, созданный в следующем примере, используется во всех последующих примерах.

Ключи

Создание ключа

Этот пример создаёт пару ключей RSA с размером 2048 бит и сохраняет их в текущей директории.

key = OpenSSL::PKey::RSA.new 2048

open 'private_key.pem', 'w' do |io| io.write key.to_pem end
open 'public_key.pem', 'w' do |io| io.write key.public_key.to_pem end

Экспорт ключа

Ключи, сохранённые на диске без шифрования, небезопасны, так как любой, у кого есть доступ к ключу, может его использовать, если он не зашифрован. Для безопасного экспорта ключа можно экспортировать его с парольной фразой.

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-128-CBC'
pass_phrase = 'my secure pass phrase goes here'

key_secure = key.export cipher, pass_phrase

open 'private.secure.pem', 'w' do |io|
  io.write key_secure
end

OpenSSL::Cipher.ciphers возвращает список доступных шифров.

Загрузка ключа

Ключ также можно загрузить из файла.

key2 = OpenSSL::PKey::RSA.new File.read 'private_key.pem'
key2.public? # => true
key2.private? # => true

или

key3 = OpenSSL::PKey::RSA.new File.read 'public_key.pem'
key3.public? # => true
key3.private? # => false

Загрузка зашифрованного ключа

OpenSSL запросит у вас парольную фразу при загрузке зашифрованного ключа. Если у вас нет возможности ввести парольную фразу, вы можете указать её при загрузке ключа:

key4_pem = File.read 'private.secure.pem'
pass_phrase = 'my secure pass phrase goes here'
key4 = OpenSSL::PKey::RSA.new key4_pem, pass_phrase

Шифрование RSA

RSA обеспечивает шифрование и дешифрование с использованием открытых и закрытых ключей. Вы можете использовать различные методы заполнения в зависимости от предполагаемого использования зашифрованных данных.

Шифрование и дешифрование

Асимметричное шифрование с открытым/закрытым ключом медленное и уязвимо к атакам в случаях, когда оно используется без заполнения или непосредственно для шифрования больших блоков данных. Типичные случаи использования шифрования RSA включают «обёртку» симметричного ключа с открытым ключом получателя, который затем «распакует» этот симметричный ключ с помощью своего закрытого ключа. Тем не менее, в практике не следует использовать этот упрощённый пример схемы передачи ключей, следует всегда отдавать предпочтение стандартизированным протоколам.

wrapped_key = key.public_encrypt key

Симметричный ключ, зашифрованный открытым ключом, может быть расшифрован только соответствующим закрытым ключом получателя.

original_key = key.private_decrypt wrapped_key

По умолчанию используется заполнение PKCS#1, но также возможно использовать и другие формы заполнения, см. PKey::RSA для получения дополнительной информации.

Подписи

Использование «private_encrypt» для шифрования данных с помощью закрытого ключа эквивалентно применению цифровой подписи к данным. Проверяющая сторона может проверить подпись, сравнив результат расшифрования подписи с помощью «public_decrypt» с исходными данными. Однако OpenSSL::PKey уже имеет методы «sign» и «verify», которые обрабатывают цифровые подписи стандартизированным способом - в практике не следует использовать «private_encrypt» и «public_decrypt».

Для подписи документа сначала вычисляется криптографически безопасный хэш документа, который затем подписывается с использованием закрытого ключа.

digest = OpenSSL::Digest::SHA256.new
signature = key.sign digest, document

Для проверки подписи вычисляется хэш документа, и подпись расшифровывается с использованием открытого ключа. Затем результат сравнивается с только что вычисленным хэшем. Если они совпадают, подпись действительна.

digest = OpenSSL::Digest::SHA256.new
if key.verify digest, signature, document
  puts 'Valid'
else
  puts 'Invalid'
end

PBKDF2 Шифрование на основе паролей

Если это поддерживается используемой версией OpenSSL, для шифрования на основе пароля следует использовать возможности PKCS5. Если это не поддерживается или если этого требуют устаревшие приложения, также поддерживаются более старые, менее безопасные методы, определённые в RFC 2898 (см. ниже).

PKCS5 поддерживает PBKDF2, как это было определено в PKCS#5 v2.0. Он по-прежнему использует пароль, соль и, дополнительно, количество итераций, которые замедлят процесс вывода ключа. Чем медленнее этот процесс, тем больше усилий требуется для взлома полученного ключа.

Шифрование

Стратегия заключается в том, чтобы сначала создать Cipher для шифрования, а затем сгенерировать случайный IV и ключ, полученный из пароля с использованием PBKDF2. PKCS #5 v2.0 рекомендует использовать как минимум 8 байт для соли, количество итераций в значительной степени зависит от используемого оборудования.

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-128-CBC'
cipher.encrypt
iv = cipher.random_iv

pwd = 'some hopefully not to easily guessable password'
salt = OpenSSL::Random.random_bytes 16
iter = 20000
key_len = cipher.key_len
digest = OpenSSL::Digest::SHA256.new

key = OpenSSL::PKCS5.pbkdf2_hmac(pwd, salt, iter, key_len, digest)
cipher.key = key

Now encrypt the data:

encrypted = cipher.update document
encrypted << cipher.final

Расшифровка

Используйте те же шаги, что и раньше, чтобы вывести симметричный ключ AES, но на этот раз настройте Cipher для расшифровки.

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-128-CBC'
cipher.decrypt
cipher.iv = iv # the one generated with #random_iv

pwd = 'some hopefully not to easily guessable password'
salt = ... # the one generated above
iter = 20000
key_len = cipher.key_len
digest = OpenSSL::Digest::SHA256.new

key = OpenSSL::PKCS5.pbkdf2_hmac(pwd, salt, iter, key_len, digest)
cipher.key = key

Now decrypt the data:

decrypted = cipher.update encrypted
decrypted << cipher.final

PKCS #5 Шифрование на основе паролей

PKCS #5 - это стандарт шифрования на основе пароля, описанный в RFC2898. Он позволяет использовать короткий пароль или пароль для создания безопасного ключа шифрования. Если возможно, следует использовать PBKDF2, как описано выше, если обстоятельства позволяют это.

PKCS #5 использует Cipher, парольную фразу и соль для генерации ключа шифрования.

pass_phrase = 'my secure pass phrase goes here'
salt = '8 octets'

Шифрование

Сначала настройте шифратор для шифрования

encryptor = OpenSSL::Cipher.new 'AES-128-CBC'
encryptor.encrypt
encryptor.pkcs5_keyivgen pass_phrase, salt

Затем передайте данные, которые вы хотите зашифровать

encrypted = encryptor.update 'top secret document'
encrypted << encryptor.final

Расшифровка

Используйте новый экземпляр Cipher, настроенный для расшифровки

decryptor = OpenSSL::Cipher.new 'AES-128-CBC'
decryptor.decrypt
decryptor.pkcs5_keyivgen pass_phrase, salt

Затем передайте данные, которые вы хотите расшифровать

plain = decryptor.update encrypted
plain << decryptor.final

Сертификаты

Создание сертификата

Этот пример создаёт самозаверяющий сертификат с использованием ключа RSA и подписи SHA1.

key = OpenSSL::PKey::RSA.new 2048
name = OpenSSL::X509::Name.parse 'CN=nobody/DC=example'

cert = OpenSSL::X509::Certificate.new
cert.version = 2
cert.serial = 0
cert.not_before = Time.now
cert.not_after = Time.now + 3600

cert.public_key = key.public_key
cert.subject = name

Расширения сертификата

Вы можете добавить расширения к сертификату с помощью OpenSSL::SSL::ExtensionFactory, чтобы указать назначение сертификата.

extension_factory = OpenSSL::X509::ExtensionFactory.new nil, cert

cert.add_extension    extension_factory.create_extension('basicConstraints', 'CA:FALSE', true)

cert.add_extension    extension_factory.create_extension(
    'keyUsage', 'keyEncipherment,dataEncipherment,digitalSignature')

cert.add_extension    extension_factory.create_extension('subjectKeyIdentifier', 'hash')

Список поддерживаемых расширений (и в некоторых случаях их возможных значений) можно получить из файла «objects.h» в исходном коде OpenSSL.

Подписание сертификата

Для подписи сертификата установите издателя и используйте OpenSSL::X509::Certificate#sign с алгоритмом дайджеста. Это создаёт самозаверяющий сертификат, потому что мы используем одно и то же имя и ключ для подписи сертификата, что и для создания сертификата.

cert.issuer = name
cert.sign key, OpenSSL::Digest::SHA1.new

open 'certificate.pem', 'w' do |io| io.write cert.to_pem end

Загрузка сертификата

Как и ключ, сертификат также можно загрузить из файла.

cert2 = OpenSSL::X509::Certificate.new File.read 'certificate.pem'

Проверка сертификата

Certificate#verify вернёт true, если сертификат был подписан заданным открытым ключом.

raise 'certificate can not be verified' unless cert2.verify key

Центр сертификации

Центр сертификации (ЦС) - это доверенная третья сторона, которая позволяет вам проверить владение неизвестными сертификатами. ЦС выдает подписи ключей, которые указывают, что он доверяет пользователю этого ключа. Пользователь, столкнувшийся с ключом, может проверить подпись с помощью открытого ключа ЦС.

Ключ ЦС

Ключи ЦС ценны, поэтому мы шифруем и сохраняем их на диске, убеждаясь, что они недоступны для других пользователей.

ca_key = OpenSSL::PKey::RSA.new 2048
pass_phrase = 'my secure pass phrase goes here'

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-128-CBC'

open 'ca_key.pem', 'w', 0400 do |io|
  io.write ca_key.export(cipher, pass_phrase)
end

Сертификат ЦС

Сертификат ЦС создаётся так же, как и сертификат выше, но с другими расширениями.

ca_name = OpenSSL::X509::Name.parse 'CN=ca/DC=example'

ca_cert = OpenSSL::X509::Certificate.new
ca_cert.serial = 0
ca_cert.version = 2
ca_cert.not_before = Time.now
ca_cert.not_after = Time.now + 86400

ca_cert.public_key = ca_key.public_key
ca_cert.subject = ca_name
ca_cert.issuer = ca_name

extension_factory = OpenSSL::X509::ExtensionFactory.new
extension_factory.subject_certificate = ca_cert
extension_factory.issuer_certificate = ca_cert

ca_cert.add_extension    extension_factory.create_extension('subjectKeyIdentifier', 'hash')

Это расширение указывает, что ключ ЦС может использоваться как ключ ЦС.

ca_cert.add_extension    extension_factory.create_extension('basicConstraints', 'CA:TRUE', true)

Это расширение указывает, что ключ ЦС может использоваться для проверки подписей как на сертификатах, так и на отзывах сертификатов.

ca_cert.add_extension    extension_factory.create_extension(
    'keyUsage', 'cRLSign,keyCertSign', true)

Корневые сертификаты ЦС самозаверяющие.

ca_cert.sign ca_key, OpenSSL::Digest::SHA1.new

Сертификат ЦС сохраняется на диске, чтобы его можно было распространить всем пользователям ключей, которые этот ЦС будет подписывать.

open 'ca_cert.pem', 'w' do |io|
  io.write ca_cert.to_pem
end

Запрос на подписание сертификата

ЦС подписывает ключи через запрос на подписание сертификата (CSR). CSR содержит информацию, необходимую для идентификации ключа.

csr = OpenSSL::X509::Request.new
csr.version = 0
csr.subject = name
csr.public_key = key.public_key
csr.sign key, OpenSSL::Digest::SHA1.new

CSR сохраняется на диске и отправляется в ЦС для подписи.

open 'csr.pem', 'w' do |io|
  io.write csr.to_pem
end

Создание сертификата из CSR

Получив CSR, ЦС проверит его перед подписанием. Минимальная проверка заключалась бы в проверке подписи CSR.

csr = OpenSSL::X509::Request.new File.read 'csr.pem'

raise 'CSR can not be verified' unless csr.verify csr.public_key

После проверки создаётся сертификат, отмечается для различных применений, подписывается ключом ЦС и возвращается запросившему.

csr_cert = OpenSSL::X509::Certificate.new
csr_cert.serial = 0
csr_cert.version = 2
csr_cert.not_before = Time.now
csr_cert.not_after = Time.now + 600

csr_cert.subject = csr.subject
csr_cert.public_key = csr.public_key
csr_cert.issuer = ca_cert.subject

extension_factory = OpenSSL::X509::ExtensionFactory.new
extension_factory.subject_certificate = csr_cert
extension_factory.issuer_certificate = ca_cert

csr_cert.add_extension    extension_factory.create_extension('basicConstraints', 'CA:FALSE')

csr_cert.add_extension    extension_factory.create_extension(
    'keyUsage', 'keyEncipherment,dataEncipherment,digitalSignature')

csr_cert.add_extension    extension_factory.create_extension('subjectKeyIdentifier', 'hash')

csr_cert.sign ca_key, OpenSSL::Digest::SHA1.new

open 'csr_cert.pem', 'w' do |io|
  io.write csr_cert.to_pem
end

SSL и TLS-соединения

Используя созданный ключ и сертификат, мы можем создать SSL или TLS-соединение. SSLContext используется для настройки SSL-сессии.

context = OpenSSL::SSL::SSLContext.new

SSL сервер

Для безопасной коммуникации с клиентами SSL-серверу необходим сертификат и закрытый ключ:

context.cert = cert
context.key = key

Затем создайте SSLServer с сокетом сервера TCP и контекстом. Используйте SSLServer как обычный TCP-сервер.

require 'socket'

tcp_server = TCPServer.new 5000
ssl_server = OpenSSL::SSL::SSLServer.new tcp_server, context

loop do
  ssl_connection = ssl_server.accept

  data = connection.gets

  response = "I got #{data.dump}"
  puts response

  connection.puts "I got #{data.dump}"
  connection.close
end

SSL клиент

Клиент SSL создаётся с сокетом TCP и контекстом. Для инициализации SSL-рукопожатия и начала шифрования необходимо вызвать SSLSocket#connect. Ключ и сертификат не требуются для сокета клиента.

Обратите внимание, что SSLSocket#close по умолчанию не закрывает лежащий в основе сокет. Установите SSLSocket#sync_close в true, если вы хотите это сделать.

require 'socket'

tcp_socket = TCPSocket.new 'localhost', 5000
ssl_client = OpenSSL::SSL::SSLSocket.new tcp_socket, context
ssl_client.sync_close = true
ssl_client.connect

ssl_client.puts "hello server!"
puts ssl_client.gets

ssl_client.close # shutdown the TLS connection and close tcp_socket

Проверка подлинности узла

Непроверенное SSL-соединение не обеспечивает достаточной безопасности. Для повышения безопасности клиент или сервер могут проверять сертификат своего узла.

Клиент может быть изменён для проверки сертификата сервера по отношению к сертификату центра сертификации:

context.ca_file = 'ca_cert.pem'
context.verify_mode = OpenSSL::SSL::VERIFY_PEER

require 'socket'

tcp_socket = TCPSocket.new 'localhost', 5000
ssl_client = OpenSSL::SSL::SSLSocket.new tcp_socket, context
ssl_client.connect

ssl_client.puts "hello server!"
puts ssl_client.gets

Если сертификат сервера недействителен или context.ca_file не установлен при проверке узлов, будет поднята ошибка OpenSSL::SSL::SSLError.