OpenSSL предоставляет SSL, TLS и криптографию 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 размером 2048 бит и записывает её в текущий каталог.

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, получивший доступ к ключу, может его использовать, если он не зашифрован. Для безопасного экспорта ключа вы можете экспортировать его с парольной фразой.

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-256-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 вашу парольную фразу при загрузке зашифрованного ключа. Если у вас не будет возможности ввести парольную фразу, вы можете предоставить 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 предоставляет 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 уязвимо к атакам в случаях, когда оно используется без заполнения или для прямого шифрования больших блоков данных. Типичные случаи использования шифрования RSA включают «обертывание» симметричного ключа с открытым ключом получателя, который бы «разворачивал» этот симметричный ключ снова с помощью своего закрытого ключа. Однако на практике это не должно использоваться, стандартные протоколы всегда предпочтительнее.

wrapped_key = key.public_encrypt key

Симметричный ключ, зашифрованный открытым ключом, можно расшифровать только с помощью соответствующего закрытого ключа получателя.

original_key = key.private_decrypt wrapped_key

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

Подписи

Использование «private_encrypt» для шифрования некоторых данных закрытым ключом эквивалентно применению цифровой подписи к данным. Верифицирующая сторона может проверить подпись, сравнив результат расшифровки подписи с помощью «public_decrypt» с исходными данными. Однако OpenSSL::PKey уже имеет методы «sign» и «verify», которые обрабатывают цифровые подписи стандартным способом — «private_encrypt» и «public_decrypt» не следует использовать на практике.

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

signature = key.sign 'SHA256', document

Для проверки подписи снова вычисляется хэш документа, и подпись расшифровывается с помощью открытого ключа. Результат сравнивается с только что вычисленным хэшем; если они равны, подпись была действительной.

if key.verify 'SHA256', signature, document
  puts 'Valid'
else
  puts 'Invalid'
end

Шифрование с паролем PBKDF2

Если это поддерживается используемой версией OpenSSL, шифрование с паролем должно использовать возможности PKCS5. Если это не поддерживается или требуется старыми приложениями, также поддерживаются более старые, менее безопасные методы, указанные в RFC 2898 (см. ниже).

PKCS5 поддерживает PBKDF2, как это было определено 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 взлома полученного ключа.

Шифрование

Стратегия состоит в том, чтобы сначала создать экземпляр Cipher для шифрования, а затем сгенерировать случайный IV плюс ключ, выведенный из пароля с помощью PBKDF2. PKCS #5 v2.0 рекомендует использовать не менее 8 байтов для соли, количество итераций в значительной степени зависит от используемого оборудования.

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-256-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.new('SHA256')

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, для получения симметричного ключа AES, на этот раз настройте Cipher для дешифрования.

cipher = OpenSSL::Cipher.new 'AES-256-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.new('SHA256')

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

Шифрование с паролем PKCS #5

PKCS #5 — это стандарт шифрования с паролем, документированный в RFC2898. Он позволяет использовать короткий пароль или парольную фразу для создания безопасного ключа шифрования. Если это возможно, следует использовать PBKDF2, как описано выше, если обстоятельства позволяют.

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 шифр для шифрования

encryptor = OpenSSL::Cipher.new 'AES-256-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-256-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

В этом примере создаётся 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 возможные значения) можно получить из файла «objects.h» в исходном коде OpenSSL.

Подпись сертификата

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

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

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 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 проверять право собственности на неизвестные сертификаты. ЦС выдает подписи ключей, которые указывают на то, что он доверяет пользователю этого ключа. Пользователь, столкнувшийся с ключом, может проверить подпись, используя открытый ключ ЦС.

Ключ ЦС

Ключи ЦС ценны, поэтому мы шифруем и сохраняем их на диске и гарантируем, 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-256-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 мы создавали 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 самоподписываются.

ca_cert.sign ca_key, OpenSSL::Digest.new('SHA1')

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.new('SHA1')

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 подписью. Минимальной проверкой будет проверка 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 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.new('SHA1')

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

SSL и TLS-соединения

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

context = OpenSSL::SSL::SSLContext.new

SSL сервер

Серверу SSL 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

Клиент SSL 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 лежащий в основе сокет. Установите SSLSocket#sync_close в значение true, если вы хотите.

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 участников

Непроверенное SSL соединение не обеспечивает достаточной безопасности. Для повышения безопасности клиент или сервер могут проверить сертификат своего участника.

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 установлено при проверке участников, будет поднято исключение OpenSSL::SSL::SSLError.