密码学之二 —— GPG、SSH

一、GPG
是什么？

  • GPG（GNU Privacy Guard）是基于 OpenPGP 协议的开源加密 / 签名工具链，并非单一的签名算法，而是将 RSA、ECDSA、Ed25519 等底层数字签名算法，与分层密钥体系、信任模型、密钥管理结合的完整解决方案 —— 它解决了纯算法层面 “密钥难管理、身份难验证、跨平台不兼容” 的问题，是开源社区、软件开发、文件分发场景中最常用的签名验证工具（如 Linux 发行版验证、Git 提交签名、开源软件包校验）。

  • GPG 不是 “发明了新的签名算法”，而是对 RSA、ECDSA、Ed25519 等底层数字签名算法的封装，并增加了：

    • 分层密钥体系（主密钥 + 子密钥，降低核心密钥泄露风险）；
    • 信任模型（Web of Trust，验证密钥持有者的真实身份）；
    • 完整的密钥生命周期管理（生成、导出、导入、吊销、过期）；
    • 跨平台的签名 / 验签工具链（命令行 / 图形界面适配所有系统）。

  • GPG与PGP
    PGP（Pretty Good Privacy）和 GPG 是同协议、不同实现的加密 / 签名工具，核心底层均遵循OpenPGP 密码学协议，二者的签名、加密逻辑完全一致，生成的签名 / 密钥文件互相兼容（GPG 可验证 PGP 签名，PGP 也可验证 GPG 签名）；
    核心差异在于PGP 是商业闭源的原始实现，GPG 是开源免费的替代方案，也是目前绝大多数开发者、开源社区的首选。

为什么？

  • 分层密钥体系
    采用主密钥 + 子密钥的分层设计，所有签名操作均由子密钥完成，主密钥可离线存储（冷备份）。

    • 主密钥（Primary Key），唯一标识身份，签署子密钥/证书，离线存储（U 盘 / 冷钱包）。主密钥仅用于 “管理子密钥”（签署、吊销子密钥），不参与日常签名 / 加密，即使子密钥泄露，可吊销子密钥并生成新的，主密钥仍安全，避免核心身份丢失。
    • 签名子密钥 对文件 / 代码 / 邮件做数字签名 高 日常使用的设备（电脑）
    • 加密子密钥 加密数据（非签名用途，可选） 高 日常使用的设备（电脑）
    • 认证子密钥 SSH 认证 / 身份验证（可选）

  • 密钥核心属性（生成 / 使用时必须关注）

    • 密钥算法：GPG 支持 RSA、ECDSA、Ed25519（推荐 Ed25519，安全高效）；
    • 密钥长度：RSA 建议 4096 位，Ed25519 固定 256 位（安全级别更高）；
    • 过期时间：建议设置（如 1 年），避免永久密钥泄露风险；
    • 用户 ID：绑定身份（如张三 zhangsan@example.com），便于识别；
    • 密钥指纹：密钥的唯一哈希标识（40 位十六进制），用于验证密钥真实性（如D88E 0F8A 3773 8837 6A2A 86E3 F947 8044 9446 867F）；
    • ASCII Armor：将二进制密钥 / 签名转换为 Base64 格式的文本，便于传输（如邮件附件、网页发布）。

  • GPG 信任模型：Web of Trust（信任链）
    GPG 不依赖中心化机构（如 CA 证书），而是通过 “信任链” 验证密钥身份：你验证 A 的密钥指纹后，标记 “A 的密钥可信”；A 验证 B 的密钥后，你可通过 A 的信任关系，间接信任 B 的密钥；核心：密钥指纹是信任的唯一锚点，验证指纹时必须通过线下 / 可信渠道（如作者官网、线下见面）确认，避免中间人攻击。

怎么用？
1、GPG 签名的完整流程（从密钥生成到验签）
阶段 1：生成 GPG 密钥对（核心步骤，仅需一次）

点击查看代码 
#生成密钥
gpg --full-generate-key
# 列出本地所有GPG密钥
gpg --list-keys
# 输出示例（核心信息：密钥ID、用户ID、指纹）
/home/xxx/.gnupg/pubring.kbx
------------------------------
pub   ed25519 2026-02-02 [SC] [expires: 2027-02-02]
      D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F  # 密钥指纹（核心）
uid           [ultimate] Zhang San <zhangsan@example.com>
sub   ed25519 2026-02-02 [E] [expires: 2027-02-02]  # 加密子密钥
sub   ed25519 2026-02-02 [A] [expires: 2027-02-02]  # 认证子密钥

pub：主密钥（SC=Sign+Certify，签名 + 证书）；
sub：子密钥（E=Encrypt，加密；A=Authenticate，认证）；
密钥指纹：D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F（40 位，唯一标识）。

阶段 2：GPG 签名（两种核心类型，覆盖所有场景）

点击查看代码 
#类型 1：明文签名（签名与内容合并，适合文本 / 代码）
将签名信息直接附加在文本末尾，生成新的 “签名 + 内容” 文件，适合邮件、代码提交说明等场景
# 对文件file.txt做明文签名，生成file.txt.asc（ASCII格式）
~> gpg --clearsign file.txt

# 对文本直接签名（输出到终端
~> echo "Hello GPG" | gpg --clearsign
-----BEGIN PGP SIGNED MESSAGE-----
Hash: SHA512

Hello GPG
-----BEGIN PGP SIGNATURE-----

iHUEARYKAB0WIQRTRknnl5aEqIQZZnal9qKQn5fxzwUCaYF03QAKCRCl9qKQn5fx
z5V/AQDBjTn5XRAI4cJZZXNG4T5pbwcqjSDpOKwKFagC3zEjVQD/QPBrJHYzFuMg
c8fq6k4+cpTol83UFzy2guNyYK5E8QU=
=GqEC
-----END PGP SIGNATURE-----

#类型 2：分离签名（签名单独文件，适合二进制 / 大文件）
签名结果生成独立的.sig/.asc文件，原始文件和签名文件分离，适合软件安装包、ISO 镜像、视频等二进制文件：

# 对file.bin做分离签名，生成file.bin.sig（二进制格式）
gpg --detach-sign file.bin

# 生成ASCII格式的分离签名（便于传输），生成file.bin.asc
gpg --detach-sign --armor file.bin

核心区别：分离签名不修改原始文件，仅生成签名文件，是文件分发的主流方式（如 Linux 镜像的签名验证）。

阶段 3：GPG 验签（验证签名的真实性和内容完整性）

点击查看代码 
前提：导入对方的公钥（仅需一次）
# 方式1：手动导入公钥文件（如对方提供的public.key）
gpg --import public.key

# 方式2：从GPG密钥服务器获取（通过密钥ID/指纹/邮箱）
gpg --recv-keys D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F  # 密钥指纹

# 验证公钥（关键：核对指纹是否与对方公布的一致）
gpg --fingerprint zhangsan@example.com

验签操作（分场景）：
场景 1：验证明文签名文件
# 验证file.txt.asc（明文签名文件）
gpg --verify file.txt.asc
场景 2：验证分离签名 + 原始文件
# 验证二进制分离签名（file.bin + file.bin.sig）
gpg --verify file.bin.sig file.bin

# 验证ASCII分离签名（file.bin + file.bin.asc）
gpg --verify file.bin.asc file.bin
验签成功 / 失败的输出示例：
成功（核心：Good signature from）：
gpg: Signature made Thu 02 Feb 2026 10:00:00 CST
gpg:                using ED25519 key D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F
gpg: Good signature from "Zhang San <zhangsan@example.com>" [ultimate]
失败（核心：BAD signature）：
gpg: Signature made Thu 02 Feb 2026 10:00:00 CST
gpg:                using ED25519 key D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F
gpg: BAD signature from "Zhang San <zhangsan@example.com>" [ultimate]

2、密钥生命周期管理
1）备份密钥（重中之重，避免丢失）
备份存储：私钥备份文件需存放在离线设备（U 盘 / 硬盘），公钥可上传到密钥服务器 / 官网。

点击查看代码 
# 导出私钥（包含主密钥+子密钥，加密保护，需输入密码）
gpg --export-secret-keys --armor zhangsan@example.com > private_key_backup.asc

# 导出公钥（可公开）
gpg --export --armor zhangsan@example.com > public_key.asc

2）吊销密钥（子密钥泄露时紧急处理）
若子密钥泄露，可吊销子密钥并生成新的，主密钥仍可用：

点击查看代码 
# 生成吊销证书（需主密钥，离线操作）
gpg --gen-revoke zhangsan@example.com > revoke_cert.asc

# 导入吊销证书并发布（吊销子密钥）
gpg --import revoke_cert.asc
gpg --send-keys D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F  # 发布到密钥服务器

3）更换子密钥（定期轮换，降低风险）

点击查看代码 
# 编辑密钥（进入交互模式）
gpg --edit-key zhangsan@example.com

# 在交互模式中执行：
gpg> addkey  # 添加新的签名子密钥
gpg> trust   # 设置信任级别
gpg> save    # 保存修改

4）删除本地密钥（不再使用时）

点击查看代码 
# 删除公钥
gpg --delete-keys zhangsan@example.com

# 删除私钥（需确认）
gpg --delete-secret-keys zhangsan@example.com

3、GPG 签名的典型应用场景（贴合开发 / 运维）
1）Git 提交签名（证明代码提交者身份）
配置 Git 使用 GPG 签名，确保提交记录不可伪造：

点击查看代码 
# 配置Git使用GPG
git config --global user.signingkey D88E0F8A377388376A2A86E3F94780449446867F  # 密钥指纹
git config --global commit.gpgsign true  # 自动签名所有提交

# 提交代码（自动签名）
git commit -m "feat: add GPG signature"

# 验证提交签名
git log --show-signature

2）验证下载的软件 / 镜像（防篡改）

点击查看代码 
# 下载ISO和签名文件
wget https://releases.ubuntu.com/24.04/ubuntu-24.04-desktop-amd64.iso
wget https://releases.ubuntu.com/24.04/SHA256SUMS.gpg

# 验证签名
gpg --verify SHA256SUMS.gpg SHA256SUMS
# 验证哈希（确保ISO未被篡改）
sha256sum -c SHA256SUMS 2>&1 | grep OK

3）邮件加密签名（防篡改 + 保密）
搭配 Thunderbird/Outlook 等邮件客户端，对邮件做 “签名 + 加密”：
签名：证明邮件是你发送的，未被篡改；
加密：只有收件人能解密邮件内容。

二、SSH
是什么？
SSH（Secure Shell，安全外壳协议）是一种加密的网络通信协议，核心目的是替代传统的 Telnet、FTP、rlogin 等明文传输协议，为远程登录、服务器管理、数据传输提供 “端到端加密” 的安全通道。
✅ 加密性：所有传输的数据（密码、指令、文件）都经过强加密，即使被监听也无法破解；
✅ 认证性：严格验证服务器和客户端的身份，防止 “中间人攻击”（伪装服务器窃取信息）；
✅ 完整性：确保传输的数据不被篡改，接收方能验证数据的原始性。

怎么用？
1、SSH 的主流实现：OpenSSH
SSH 是 “协议标准”，而我们日常使用的 SSH 工具（Linux/macOS 内置、Git Bash）都是OpenSSH—— 这是 SSH 协议的开源免费实现，由 OpenBSD 团队维护，也是目前唯一的主流实现（无商业闭源版）。

2、SSH 的核心组件：客户端 + 服务端 + 密钥体系
SSH 的工作依赖 “客户端 - 服务端” 架构，加上密钥体系完成认证，三者缺一不可
（1）SSH 客户端（你操作的一端）
定义：发起 SSH 连接的工具，运行在你的本地电脑 / 设备上；
常见客户端：

  • Linux/macOS：内置ssh/scp/sftp命令（OpenSSH 客户端）；
  • Windows：Git Bash、PuTTY、Windows Terminal（内置 OpenSSH）、Xshell；
    特殊场景：Git（底层调用 OpenSSH 客户端，实现 GitLab SSH 连接）。

（2）SSH 服务端（被连接的一端）
定义：接收 SSH 连接的程序，运行在远程服务器 / GitLab 服务器上；
核心程序：sshd（Linux），默认监听 22 端口，需提前安装并启动；
核心配置：/etc/ssh/sshd_config（Linux），控制端口、认证方式、用户权限等。

（3） SSH 的密钥体系（认证的核心）
SSH 的认证依赖两类密钥：

  • 客户端密钥对 客户端身份认证（如 GitLab 的 SSH key） 客户端：~/.ssh/ 私钥设密码、权限 600，绝不泄露
  • 服务端主机密钥 验证服务器身份（防中间人攻击） 服务端：/etc/ssh/ 自动生成，客户端缓存到known_hosts

3、SSH完整工作流程
SSH 的核心是 “先建立安全通道，再认证身份，最后加密传输数据”，完整流程分 4 个阶段，每一步都保证安全：

阶段 1：TCP 基础连接（握手前的准备）
客户端向服务端的 22 端口（默认）发起 TCP 连接请求；服务端接受连接，建立基础的 TCP 通道（此时数据仍未加密）。

阶段 2：SSH 协议握手（协商 “加密规则”+ 验证服务器身份）
这是 SSH 安全的核心第一步，双方协商 “怎么加密”，并验证服务器是 “真的”：

  • 版本协商：仅支持 SSH-2.0（SSH-1.0 有安全漏洞，已淘汰）；
  • 加密套件协商：双方选 “最优且兼容” 的算法组合，比如：
    • 对称加密（数据传输）：AES-256-GCM（高效、安全）；
    • 非对称加密（密钥交换）：X25519（爱德华曲线，替代 RSA）；
    • 哈希算法（完整性校验）：SHA-256；
  • 主机公钥验证：客户端第一次连接服务器时，会提示 “是否信任该主机”，确认后将主机公钥缓存到~/.ssh/known_hosts—— 后续连接时，若服务器主机公钥变化（比如被中间人伪造），SSH 会直接拒绝连接，这是防中间人攻击的核心；
  • 会话密钥：握手阶段生成的临时对称密钥，仅用于本次 SSH 会话的 Data 传输，会话结束即失效，避免长期密钥泄露风险。

阶段 3：身份认证（验证 “你是你”，核心是 SSH key）
握手完成后，服务端需要验证客户端的身份，SSH 支持多种认证方式，这里只推荐公钥认证方式：
公钥认证（推荐，GitLab / 服务器首选）

  • 客户端向服务端发送 “自己的公钥指纹 + 请求用公钥认证”；
  • 服务端检查：该公钥是否在~/.ssh/authorized_keys（服务器端，对应用户的授权列表）中；
  • 若存在，服务端用该公钥加密一个 “随机字符串”，发给客户端；
  • 客户端用本地私钥解密该字符串，返回给服务端；
  • 服务端验证解密结果：正确则认证通过，错误则拒绝。

阶段 4：加密数据传输（认证后的正常操作）

  • 身份认证通过后，客户端和服务端就进入 “加密数据传输阶段”：
  • 所有数据（指令、文件、Git 操作）都用 “会话密钥”（对称加密）加密后传输；
  • 每段数据都附加哈希值，接收方验证哈希，确保数据未被篡改；
  • 会话结束（断开 SSH），会话密钥立即失效，下次连接重新生成。

4、SSH key
是什么？
SSH key（SSH 密钥对）是基于 SSH（Secure Shell）协议的非对称加密身份认证机制，也是目前远程服务器 / 代码仓库最主流的安全认证方式。SSH key 是由「公钥（Public Key）+ 私钥（Private Key）」组成的密钥对，基于非对称加密算法生成（推荐 Ed25519，次之 RSA）。
在SSH场景里的认证核心：“你拥有私钥” = “你是合法身份”，服务器只需验证你能解密公钥加密的内容，即可确认身份，无需传输密码。

怎么用？
1）SSH key 的核心组成（两个文件，缺一不可）
生成 SSH key 后，本地会生成两个文件（默认路径：~/.ssh/，Windows 为C:\Users\你的用户名.ssh\）：ed25519算法：

  • id_ed25519：私钥，本地保存，用于解密服务器的认证信息，极高：设置密码、文件权限 600、绝不泄露；
  • id_ed25519.pub：公钥，上传到 GitLab / 服务器，用于加密认证信息 无：可公开，泄露无风险
    注：若用 RSA 算法（必须使用 4096 位（2048 位已不安全）），文件名为id_rsa/id_rsa.pub；优先选 Ed25519（更安全、效率更高）。

2）GitLab 配置 SSH key 的完整步骤
步骤 1：生成 Ed25519 SSH 密钥对

点击查看代码 
# 生成Ed25519密钥对，-C是备注（建议填GitLab绑定的邮箱，便于识别）
ssh-keygen -t ed25519 -C "your_email@example.com"
Generating public/private ed25519 key pair.
Enter file in which to save the key (/home/yourname/.ssh/id_ed25519):  # 直接回车，用默认路径
Enter passphrase (empty for no passphrase):  # 建议设置私钥密码（防止私钥文件泄露后被滥用）
Enter same passphrase again:  # 重复密码

生成成功后，~/.ssh/目录下会出现id_ed25519（私钥）和id_ed25519.pub（公钥）。

步骤 2：查看并复制公钥

点击查看代码 
# 查看公钥内容（Linux/macOS）
cat ~/.ssh/id_ed25519.pub

# Windows（Git Bash）
cat /c/Users/你的用户名/.ssh/id_ed25519.pub

步骤 3：上传公钥到 GitLab

  • 登录 GitLab，点击右上角头像 →「Settings」→「SSH Keys」；
  • 在「Key」输入框粘贴复制的公钥内容；
  • （可选）在「Title」输入密钥名称（如 “我的办公电脑”），便于识别；
  • 点击「Add key」，完成公钥绑定。

步骤 4：测试 SSH 连接（验证配置是否成功）

点击查看代码 
# 测试与GitLab的SSH连接
ssh -T git@gitlab.com
posted @ 2026-02-03 17:35  cac2020  阅读(1)  评论(0)    收藏  举报