合天网安实验室：安全通信协议SSH应用与分析

安全通信协议SSH应用与分析（实验截图在下方！！！）

一.预备知识

 1.Telnet

      Telnet协议是TCP/IP协议族的其中之一，是Internet远端登录服务的标准协议和主要方式，常用于网页服务器的远端控制，可供使用者在本地主机执行远端主机上的工作。

      使用者首先在电脑执行Telnet程序，连线至目的地服务器，然后输入帐号和密码以验证身份。使用者可以在本地主机输入命令，然后让已连接的远端主机执行，就像直接在对方的控制台上输入一样。

      传统Telnet会话所传输的资料并未加密，帐号和密码等敏感资料容易会被窃听，因此很多服务器都会封锁Telnet服务，改用更安全的SSH。

2.SSH

      Secure Shell（缩写为SSH），由IETF的网络工作小组（Network Working Group）所制定；SSH为一项创建在应用层和传输层基础上的安全协议，为计算机上的Shell（壳层）提供安全的传输和使用环境。

      SSH是目前较可靠，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。利用SSH协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题。通过SSH可以对所有传输的数据进行加密，也能够防止DNS欺骗和IP欺骗。

      SSH之另一项优点为其传输的数据可以是经过压缩的，所以可以加快传输的速度。SSH有很多功能，它既可以代替Telnet，又可以为FTP、POP、甚至为PPP提供一个安全的“通道”。

3.SSH的安全验证

      在客户端来看，SSH提供两种级别的安全验证。

      第一种级别（基于密码的安全验证），知道帐号和密码，就可以登录到远程主机，并且所有传输的数据都会被加密。但是，可能会有别的服务器在冒充真正的服务器，无法避免被“中间人”攻击。

      第二种级别（基于密钥的安全验证），需要依靠密钥，也就是你必须为自己创建一对密钥，并把公有密钥放在需要访问的服务器上。客户端软件会向服务器发出请求，请求用你的密钥进行安全验证。服务器收到请求之后，先在你在该服务器的用户根目录下寻找你的公有密钥，然后把它和你发送过来的公有密钥进行比较。如果两个密钥一致，服务器就用公有密钥加密“质询”（challenge）并把它发送给客户端软件。从而避免被“中间人”攻击。

      在服务器端，SSH也提供安全验证。在第一种方案中，主机将自己的公用密钥分发给相关的客户端，客户端在访问主机时则使用该主机的公开密钥来加密数据，主机则使用自己的私有密钥来解密数据，从而实现主机密钥认证，确保数据的保密性。在第二种方案中，存在一个密钥认证中心，所有提供服务的主机都将自己的公开密钥提交给认证中心，而任何作为客户端的主机则只要保存一份认证中心的公开密钥就可以了。在这种模式下，客户端必须访问认证中心然后才能访问服务器主机。

二.实验环境

1：Windows Server 2003作为server

2：Windows XP作为client

辅助工具

1）Wireshark：网络数据包监听工具：http://tools.hetianlab.com/tools/SSH/Wireshark-win32-1.11.2.exe 

2）OpenSSH：ssh服务端：http://tools.hetianlab.com/tools/SSH/OpenSSH.exe

3）freeSSHd：另一个更灵活的ssh服务端：http://tools.hetianlab.com/tools/SSH/freeSSHd.exe 

4）putty：ssh客户端：http://tools.hetianlab.com/tools/SSH/putty.exe

三.实验步骤

实验步骤1

本实验主要了解Telnet服务和SSH服务的区别，那么要分别搭建两个服务器，并且用Wireshark来抓包分析。

搭建Telnet服务器

Server上：

      首先打开运行，输入tlntsvr /service，启动Telnet服务程序，再打开运行，输入services.msc，打开服务管理程序。

      

      找到Telnet服务,然后更改启动类型为自动,并且启动Telnet服务

      

      通过netstat –an查看23端口是否开放

      

      下面Telnet本机

      

      

      退出请输入exit。

      至此server配置结束。

实验步骤2

Client：到xp上，安装好Wireshark，然后Telnet server的IP，如telnet 10.1.1.44，然后就能看到欢迎界面

      

      使用server的用户名和密码登录，注意密码没有回显，并不是没有输入进去。

      

      成功登录10.1.1.44，此时的操作如同在10.1.1.44上用命令提示符操作一样。

      打开Wireshark，在过滤栏中输入Telnet，点击应用。

      重新连接Telnet，然后在Wireshark中找到包

      

      这是服务器发给的信息，输入信息就在下面了

      

      用户名的第一个字母，注意，Telnet是一个一个字符的包

      

      这个包往下就是输入的密码了，也是一个一个字符形式。

      至此Telnet实验结束。

 

实验步骤3

     搭建SSH服务器

      Server：安装OpenSSH.exe。

      安装完成后，打开命令提示符

      执行 cd C:\Program Files\OpenSSH\bin，然后执行如下两条命令：

      mkgroup -l >> ..\etc\group （导入本地组）

      mkpasswd -l >> ..\etc\passwd（导入本地用户名和密码）

      

      最后执行 net start opensshd，开启ssh服务。

      

      此时查看端口

      

      发现22端口已经开启

      Client：打开putty，输入server的IP，点击open

      

      会弹出一个警告，点击是，然后输入server的用户名

      

      输入密码后，成功登录

      

      由于SSH是Unix-Like系统的标配，其目录显示方式是/home/user类似，所以有这个报错，但是不影响使用

      

      继续打开Wireshark，输入过滤条件ssh。

      

      可以看到，server和client使用的软件版本，然后是密钥交换等信息

      

      下面的包全是密文传输，还带有MAC信息。

实验截图：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

四.思考与分析

   1）本实验是在客户端使用Wireshark监听的，请配置第三台机器来监听这server和client之间的信息传输。

​    使用Telnet这个用来访问远程计算机的TCP/IP协议以控制你的网络设备相当于在离开某个建筑时大喊你的用户名和口令。很快会有人进行监听，并且他们会利用你安全意识的缺乏。传统的网络服务程序如：ftp、pop和telnet在本质上都是不安全的，因为它们在网络上用明文传送口令和数据，别有用心的人非常容易就可以截获这些口令和数据。而且，这些服务程序的安全验证方式也是有其弱点的，就是很容易受到“中间人”（man-in-the-middle）这种方式的攻击。所谓“中间人”的攻击方式，就是“中间人”冒充真正的服务器接收你的传给服务器的数据，然后再冒充你把数据传给真正的服务器。服务器和你之间的数据传送被“中间人”一转手做了手脚之后，就会出现很严重的问题。

   2）对数据包进行分析，比较使用Telnet和SSH有什么不同？  

  SSH是替代Telnet和其他远程控制台管理应用程序的行业标准。SSH命令是加密的并以几种方式进行保密。
在使用SSH的时候，一个数字证书将认证客户端(你的工作站)和服务器(你的网络设备)之间的连接，并加密受保护的口令。SSH1使用RSA加密密钥，SSH2使用数字签名算法(DSA)密钥保护连接和认证。加密算法包括Blowfish，数据加密标准(DES)，以及三重DES(3DES)。SSH保护并且有助于防止欺骗，“中间人”攻击，以及数据包监听。
通过使用SSH把所有传输的数据进行加密，这样“中间人”这种攻击方式就不可能实现了，而且也能够防止DNS和IP欺骗。还有一个额外的好处就是传输的数据是经过压缩的，所以可以加快传输的速度。SSH有很多功能，它既可以代替telnet，又可以为ftp、pop、甚至ppp提供一个安全的“通道”。

   3）SSH还有一种是免密码用密钥登录使用的方式，请尝试配置。

  ssh详细登录过程

首先说下相关概念:
明文：需要秘密传送的消息。
密文：明文经过密码变换后的消息。
加密：由明文到密文的变换。
解密：从密文恢复出明文的过程。
破解：非法接收者试图从密文分析出明文的过程。
加密算法：对明文进行加密时采用的一组规则。
解密算法：对密文进行解密时采用的一组规则。
密钥：加密和解密时使用的一组密码信息。
对称加密：是采用单钥密码系统的加密方法，使用同一密钥对信息进行加密和解密的加密方法。
非对称加密：需要两个密钥：公共密钥和私有密钥，它们成对出现，公钥加密的数据有且只有私钥能解密，私钥加密的数据有且只有公钥解密，相对于“对称加密”，“非对称加密”加密方法加密和解密使用不同的密钥，所以叫“非对称加密”加密方法。
对称加密和非对称加密的区别：在于加密和解密是否使用的同一个密钥。
加密、身份认证、数字签名认证：
加密：将数据资料加密，使得非法用户即便获取加密后的资料，也无法获取正确的资料内容，所以数据加密可以保证数据防止监听攻击；其重点在于数据的安全性。
身份认证：判断某身份的真实性，确认身份后，系统才可以依不同的身份赋予不同的权限；其重点在于用户的真实性。
数字签名认证：首先"数字签名"就是附加在数据单元上的一些数据，或是对数据单元所作的密码变换。这种数据或变换允许接收者判断数据的来源和数据的完整性，防止被伪造篡改。数字签名认证侧重于把保证数据的完整性，防止被伪造和篡改。

认证原理:
有2种认证方式：
基于账号和口令的验证方式 和 基于公钥和私钥的验证方式
ssh的登录过程分为5个阶段
1、版本号协商阶段
2、密钥和算法协商阶段
3、认证阶段
4、会话请求阶段
5、会话交互阶段
1、版本号协商阶段
服务端打开端口22，等待客户连接。
客户端向服务端发起TCP连接，连接建立后，服务端向客户端发送第一个报文，包括版本标志字符串，格式为“协议版本号 次协议版本号 软件版本号”。
客户端收到报文后，解析协议版本号，如果服务端的协议版本号比自己的低，且客户端能支持服务端的低版本，就使用服务端的协议号，否则使用自己的协议版本号。
客户端回复服务端一个报文，包含了客户端决定使用的协议版本号。
服务端比较客户端发过来的版本号，决定是否能同客户端交互。
如果协商成功，就进入密钥和算法协商阶段。否则服务端断开TCP连接。

2、密钥和算法协商阶段
服务端和客户端分别发送算法协商报文给对方，报文中包含自己支持的公钥算法列表、加密算法列表、消息验证码算法列表、压缩算法列表等。
服务端和客户端根据对方和自己支持的算法得出最终使用的算法。
服务端和客户端利用DH交换算法、主机密钥对等参数，生成会话密钥和会话ID。
c公 客户端公钥
c密 客户端密钥
s公 服务端公钥
s密 服务端密钥
在版本号协商阶段完成后：
服务端将 s公 发送给客户端。
服务端生成会话ID ，设为 id ，发送给客户端。
客户端生成会话密钥，设为 key ，并计算 res = id 异或 key。
客户端将 res 用 s公 进行加密，将结果发送给服务端。
服务端用 s密 进行解密，得到 res。
服务器计算 res 异或 id，得到 key。
至此服务端和客户端都知道了会话密钥和会话ID，以后的数据传输都使用会话密钥进行加密和解密。

3、认证阶段
基于账号和口令的验证方式：
客户端使用密钥和算法协商阶段生成的会话密钥加密账号、认证方法、口令，将结果发送给服务器。
服务端使用获得的会话密钥解密报文，得到账号和口令。
服务端对这个账号和口令进行判断，如果失败，向客户端发送认证失败报文，其中包含了可以再次认证的方法列表。
客户端从认证方法列表中选择一种方法进行再次认证。
这个过程反复进行，直到认证成功或者认证次数达到上限，服务端关闭本次TCP连接。
基于公钥和私钥的验证方式：
使用ssh-keygen程序生成公钥 id_dsa.pub 和私钥 id_dsa，一般是在客户端上生成，然后把 id_dsa.pub 通过某种方式发送给服务端。
服务端放在将要远程登录过来的那个账号的目录的.ssh目录下面。
客户端使用密钥和算法协商阶段生成的会话密钥加密账号、认证方法、id_dsa.pub，将结果发送给服务端。
服务端使用会话密钥解密报文，得到账号、id_dsa.pub。 服务端在这个账号的目录的.ssh目录下找对应的公钥，如果没有找到，发送失败消息给客户端，如果找到，比较客户发送过来的这个公钥和找到的公钥，如果内容相同，服务端生成一个随机的字符串，简称“质询”，然后使用找到的公钥加密这个质询，然后使用会话密钥再次加密。
服务端把这个双重加密的数据发送给客户端。
客户端使用会话密钥解密报文，然后使用id_dsa再次解密数据，得到质询。
客户端使用会话密钥加密质询，发送给服务端。
服务端使用会话密钥解密报文，得到质询，判断是不是自己生成的那个质询，如果不相同，发送失败消息给客户端，如果相同，认证通过。

   4）我们在这个实验中，是导入了当前的用户组和用户，请使用给出的freeSSHd软件，灵活得配置SSH，使其支持更多用户。

 

五.课后习题