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 строятся друг на друге. Например, ключ, созданный в следующем примере, используется во всех этих примерах.

Ключи

Создание ключа

Этот пример создаёт пару ключей RSA с размером 2048 бит и сохраняет её в текущем каталоге.

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, кто получит ключ, может им воспользоваться, если ключ не зашифрован. Чтобы безопасно экспортировать ключ, вы можете 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 пароль при загрузке зашифрованного ключа. Если вы не сможете ввести пароль, вы можете предоставить его 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 открытого и закрытого 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 подвержено атакам в тех случаях, когда оно используется без заполнения или непосредственно для шифрования больших блоков данных. Типичные случаи использования шифрования RSA включают «обертывание» симметричного ключа с открытым ключом получателя, который «разоберёт» этот симметричный ключ с использованием своего закрытого ключа. Однако в практических приложениях не стоит использовать этот метод, всегда предпочтительны стандартизированные протоколы.

wrapped_key = key.public_encrypt key

Симметричный ключ, зашифрованный с использованием открытого ключа, может быть расшифрован только с использованием соответствующего закрытого ключа получателя.

original_key = key.private_decrypt wrapped_key

По умолчанию используется заполнение PKCS#1, но также возможно использование других форм заполнения, см. PKey::RSA для получения дополнительной информации.

Цифровые подписи

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

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 снова вычисляется хэш документа, и подпись расшифровывается с помощью открытого ключа. Результат затем сравнивается с только что вычисленным хэшем; если они совпадают, подпись является действительной.

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

PBKDF2 Шифрование, основанные на пароле

Если это поддерживается используемой версией OpenSSL, шифрование, основанные на пароле, должно использовать возможности PKCS5. Если это не поддерживается или требуется в старых приложениях, также поддерживаются более старые, менее безопасные методы, определённые в RFC 2898 (см. ниже).

PKCS5 поддерживает PBKDF2, как он был определён в PKCS#5 v2.0. Он всё ещё использует пароль, соль и дополнительно количество итераций, которые замедлят процесс вывода ключа. Чем медленнее это происходит, тем больше работы требуется для подбора ключа.

Шифрование

Стратегия заключается в том, чтобы сначала создать Cipher для шифрования, а затем сгенерировать случайный IV плюс ключ, полученный из пароля с помощью PBKDF2. PKCS #5 v2.0 рекомендует использовать по крайней мере 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

Дешифрование

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

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, основанные на пароле

PKCS #5 — это стандарт шифрования, основанный на пароле, документированный в RFC2898. Он позволяет использовать короткий пароль или пароль для создания безопасного ключа шифрования. Если возможно, PBKDF2, как описано выше, должен использоваться, если это позволяет ситуация.

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

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

Шифрование

Сначала настройте шифр 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

Дешифрование

Используйте новый экземпляр Cipher, настроенный для дешифрования

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 самоподписанный 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.

Подпись сертификата

Чтобы подписать сертификат, установите эмитента и используйте OpenSSL::X509::Certificate#sign с алгоритмом дайджеста. Это создаёт самоподписанный сертификат, потому что мы используем 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, когда сертификат был подписан данным 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, указывающие на то, что он доверяет пользователю этого ключа. Пользователь, столкнувшийся с ключом, может проверить подпись с помощью открытого ключа ЦС.

Ключ ЦС

Ключи ЦС ценные, поэтому мы шифруем и сохраняем их на диске и убеждаемся, что они не могут быть прочитаны другими пользователями.

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 быть использован в качестве ключа ЦС.

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

Это расширение указывает, что ключ ЦС может быть использован для проверки подписей на сертификатах и отзывах сертификатов.

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

Корневые сертификаты ЦС самоподписанные.

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

После получения 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, помечается для различных применений, подписывается ключом ЦС и возвращается запрашивающему.

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 подключения

Используя созданный ключ и сертификат, мы можем создать SSL или TLS подключение. Используется SSLContext для настройки SSL сессии.

context = OpenSSL::SSL::SSLContext.new

SSL сервер

SSL-серверу требуется сертификат и закрытый ключ для безопасной связи с клиентами:

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

SSL-клиент создаётся с помощью сокета TCP и контекста. SSLSocket#connect необходимо вызвать для инициирования SSL рукопожатия и начала шифрования. Клиентский сокет не требует ключа и сертификата.

Обратите внимание, что SSLSocket#close по умолчанию не закрывает базовый сокет. Установите SSLSocket#sync_close в значение true, если вам это нужно.

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 клиента

Непроверенное SSL подключение не обеспечивает достаточной безопасности. Для повышения безопасности клиент или сервер может проверить сертификат своего собеседника.

Клиент может быть изменён для проверки сертификата сервера против сертификата 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 собеседников, будет поднята ошибка OpenSSL::SSL::SSLError.