SSH 原理与运用

SSH 是每一台 Linux 电脑的标准配置。

随着 Linux 设备从电脑逐渐扩展到手机、外设和家用电器,SSH 的使用范围也越来越广。不仅程序员离不开它,很多普通用户也每天使用。

SSH 具备多种功能,可以用于很多场合。有些事情,没有它就是办不成。本文是我的学习笔记,总结和解释了 SSH 的常见用法,希望对大家有用。

什么是 SSH

简单说,SSH 是一种网络协议,用于计算机之间的加密登录。

如果一个用户从本地计算机,使用 SSH 协议登录另一台远程计算机,我们就可以认为,这种登录是安全的,即使被中途截获,密码也不会泄露。

最早的时候,互联网通信都是明文通信,一旦被截获,内容就暴露无疑。1995 年,芬兰学者 Tatu Ylonen 设计了 SSH 协议,将登录信息全部加密,成为互联网安全的一个基本解决方案,迅速在全世界获得推广,目前已经成为 Linux 系统的标准配置。

需要指出的是,SSH 只是一种协议,存在多种实现,既有商业实现,也有开源实现。本文针对的实现是 OpenSSH,它是自由软件,应用非常广泛。

此外,本文只讨论 SSH 在 Linux Shell 中的用法。如果要在 Windows 系统中使用 SSH,会用到另一种软件 PuTTY,这需要另文介绍。

最基本的用法

SSH 主要用于远程登录。假定你要以用户名 user,登录远程主机 host,只要一条简单命令就可以了。

ssh user@host

如果本地用户名与远程用户名一致,登录时可以省略用户名。

ssh host

SSH 的默认端口是 22,也就是说,你的登录请求会送进远程主机的 22 端口。使用 p 参数,可以修改这个端口。

ssh -p 2222 user@host

上面这条命令表示,ssh 直接连接远程主机的 2222 端口。

中间人攻击

SSH 之所以能够保证安全,原因在于它采用了公钥加密。

整个过程是这样的:(1)远程主机收到用户的登录请求,把自己的公钥发给用户。(2)用户使用这个公钥,将登录密码加密后,发送回来。(3)远程主机用自己的私钥,解密登录密码,如果密码正确,就同意用户登录。

这个过程本身是安全的,但是实施的时候存在一个风险:如果有人截获了登录请求,然后冒充远程主机,将伪造的公钥发给用户,那么用户很难辨别真伪。因为不像 https 协议,SSH 协议的公钥是没有证书中心(CA)公证的,也就是说,都是自己签发的。

可以设想,如果攻击者插在用户与远程主机之间(比如在公共的 wifi 区域),用伪造的公钥,获取用户的登录密码。再用这个密码登录远程主机,那么 SSH 的安全机制就荡然无存了。这种风险就是著名的"中间人攻击"(Man-in-the-middle attack)。

SSH 协议是如何应对的呢?

如果你是第一次登录对方主机,系统会出现下面的提示:

$ ssh user@host
The authenticity of host 'host (12.18.429.21)' can't be established.
RSA key fingerprint is 98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?

这段话的意思是,无法确认 host 主机的真实性,只知道它的公钥指纹,问你还想继续连接吗?

所谓"公钥指纹",是指公钥长度较长(这里采用 RSA 算法,长达 1024 位),很难比对,所以对其进行 MD5 计算,将它变成一个 128 位的指纹。上例中是98:2e:d7:e0:de:9f:ac:67:28:c2:42:2d:37:16:58:4d,再进行比较,就容易多了。

很自然的一个问题就是,用户怎么知道远程主机的公钥指纹应该是多少?回答是没有好办法,远程主机必须在自己的网站上贴出公钥指纹,以便用户自行核对。

假定经过风险衡量以后,用户决定接受这个远程主机的公钥。

假定经过风险衡量以后,用户决定接受这个远程主机的公钥。系统会出现一句提示,表示 host 主机已经得到认可。然后,会要求输入密码。如果密码正确,就可以登录了。

当远程主机的公钥被接受以后,它就会被保存在文件$HOME/.ssh/known_hosts之中。下次再连接这台主机,系统就会认出它的公钥已经保存在本地了,从而跳过警告部分,直接提示输入密码。

每个 SSH 用户都有自己的known_hosts文件,此外系统也有一个这样的文件,通常是/etc/ssh/ssh_known_hosts,保存一些对所有用户都可信赖的远程主机的公钥。

公钥登录

使用密码登录,每次都必须输入密码,非常麻烦。好在 SSH 还提供了公钥登录,可以省去输入密码的步骤。

所谓"公钥登录",原理很简单,就是用户将自己的公钥储存在远程主机上。登录的时候,远程主机会向用户发送一段随机字符串,用户用自己的私钥加密后,再发回来。远程主机用事先储存的公钥进行解密,如果成功,就证明用户是可信的,直接允许登录 shell,不再要求密码。

这种方法要求用户必须提供自己的公钥。如果没有现成的,可以直接用 ssh-keygen 生成一个:

# 检查 ssh key 是否存在
ls -al ~/.ssh

# 生成新的 ssh key
ssh-keygen -t rsa -C "your_email@example.com"
ssh-keygen -t ed25519 -C "react-lister.CircleCI@alvinhtml.com"

运行上面的命令以后,系统会出现一系列提示,可以一路回车。其中有一个问题是,要不要对私钥设置口令(passphrase),如果担心私钥的安全,这里可以设置一个。

运行结束以后,在$HOME/.ssh/目录下,会新生成两个文件:id_rsa.pubid_rsa。前者是你的公钥,后者是你的私钥。

这时再输入下面的命令,将公钥传送到远程主机 host 上面:

ssh-copy-id user@host

好了,从此你再登录,就不需要输入密码了。

如果还是不行,就打开远程主机的/etc/ssh/sshd_config这个文件,检查下面几行前面"#"注释是否取掉。

RSAAuthentication yes
PubkeyAuthentication yes
AuthorizedKeysFile .ssh/authorized_keys

然后,重启远程主机的 ssh 服务。

#ubuntu系统
service ssh restart

# debian系统
/etc/init.d/ssh restart

authorized_keys 文件

远程主机将用户的公钥,保存在登录后的用户主目录的$HOME/.ssh/authorized_keys文件中。公钥就是一段字符串,只要把它追加在 authorized_keys 文件的末尾就行了。

这里不使用上面的 ssh-copy-id 命令,改用下面的命令,解释公钥的保存过程:

ssh user@host 'mkdir -p .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub

注意,其它用户不能对 authorized_keys 有写的权限,否则 sshd 将不允许使用该文件,因为它可能会被其他用户篡改。

chmod 700 .ssh
chmod 644 .ssh/authorized_keys

免密码登录无效问

执行 sudo cat /var/log/secure 查看系统的安全日志,如果出现:

pam_succeed_if(sshd:auth): requirement "uid >= 1000" not met by user "root".

表示 PAM 相关模块的策略配置,禁止了 UID 小于 1000 的用户进行登录。

解决方案为修改对应的 PAM 配置文件。

# 控制台(管理终端)对应配置文件
vi /etc/pam.d/login

# 登录对应配置文件
vi /etc/pam.d/sshd

# 系统全局配置文件
vi /etc/pam.d/system-auth

vim /etc/pam.d/password-auth
auth        required      pam_succeed_if.so uid <= 1000      # 修改策略
# auth        required      pam_succeed_if.so uid >= 1000   #取消相关配置

这条命令由多个语句组成,依次分解开来看:

  1. $ ssh user@host 表示登录远程主机;
  2. 单引号中的 mkdir .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys,表示登录后在远程 shell 上执行的命令:
  3. $ mkdir -p .ssh 的作用是,如果用户主目录中的.ssh 目录不存在,就创建一个;
  4. 'cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub 的作用是,将本地的公钥文件~/.ssh/id_rsa.pub,重定向追加到远程文件 authorized_keys 的末尾。

写入 authorized_keys 文件后,公钥登录的设置就完成了。

远程操作

SSH 不仅可以用于远程主机登录,还可以直接在远程主机上执行操作。

上一节的操作,就是一个例子:

ssh user@host 'mkdir -p .ssh && cat >> .ssh/authorized_keys' < ~/.ssh/id_rsa.pub

单引号中间的部分,表示在远程主机上执行的操作;后面的输入重定向,表示数据通过 SSH 传向远程主机。

这就是说,SSH 可以在用户和远程主机之间,建立命令和数据的传输通道,因此很多事情都可以通过 SSH 来完成。

下面看几个例子。

例 1

# 将$HOME/src/目录下面的所有文件,复制到远程主机的$HOME/src/目录。
cd && tar czv src | ssh user@host 'tar xz'

将远程主机$HOME/src/目录下面的所有文件,复制到用户的当前目录
ssh user@host 'tar cz src' | tar xzv

# 查看远程主机是否运行进程httpd。
ssh user@host 'ps ax | grep [h]ttpd'

绑定本地端口

既然 SSH 可以传送数据,那么我们可以让那些不加密的网络连接,全部改走 SSH 连接,从而提高安全性。

假定我们要让 8080 端口的数据,都通过 SSH 传向远程主机,命令就这样写:

ssh -D 8080 user@host

SSH 会建立一个 socket,去监听本地的 8080 端口。一旦有数据传向那个端口,就自动把它转移到 SSH 连接上面,发往远程主机。可以想象,如果 8080 端口原来是一个不加密端口,现在将变成一个加密端口。

本地端口转发

有时,绑定本地端口还不够,还必须指定数据传送的目标主机,从而形成点对点的"端口转发"。为了区别后文的"远程端口转发",我们把这种情况称为"本地端口转发"(Local forwarding)。

假定 host1 是本地主机,host2 是远程主机。由于种种原因,这两台主机之间无法连通。但是,另外还有一台 host3,可以同时连通前面两台主机。因此,很自然的想法就是,通过 host3,将 host1 连上 host2。

我们在 host1 执行下面的命令:

ssh -L 2121:host2:21 host3

命令中的 L 参数一共接受三个值,分别是"本地端口:目标主机:目标主机端口",它们之间用冒号分隔。这条命令的意思,就是指定 SSH 绑定本地端口 2121,然后指定 host3 将所有的数据,转发到目标主机 host2 的 21 端口(假定 host2 运行 FTP,默认端口为 21)。

这样一来,我们只要连接 host1 的 2121 端口,就等于连上了 host2 的 21 端口。

ftp localhost:2121

"本地端口转发" 使得 host1 和 host3 之间仿佛形成一个数据传输的秘密隧道,因此又被称为"SSH 隧道"。

下面是一个比较有趣的例子。

ssh -L 5900:localhost:5900 host3

它表示将本机的 5900 端口绑定 host3 的 5900 端口(这里的 localhost 指的是 host3,因为目标主机是相对 host3 而言的)。

另一个例子是通过 host3 的端口转发,ssh 登录 host2。

ssh -L 9001:host2:22 host3

这时,只要 ssh 登录本机的 9001 端口,就相当于登录 host2 了。

ssh -p 9001 localhost

上面的-p 参数表示指定登录端口。

科学上网实例

ssh -N -f -D 1080 root@181.215.182.246

执行命令后,设置代理 SOCKS5 127.0.0.1 1080

Mac & Linux 版

非常简单,只需一条命令即可建立 SSH 隧道。

ssh user@host -ND 127.0.0.1:1080

其实就是在常规的 SSH 命令加上-D 参数,开启动态端口转发,使 SSH 成为了 SOCKS server,在后台提供网络服务。

而-N 参数是让 ssh 不要返回命令行终端,因为我们不需要发送命令,只是做转发。

1080 是绑定的本地端口,也就是 SOCKS server 提供服务的端口,可以换成其他端口号。

127.0.0.1 表示只能有你本机访问这个服务,去掉 IP 只留下端口号的话,就没有这个限制了。

PS:SSH 隧道相当于在服务器的防火墙上打了个洞,可能有安全隐患,所以建议加上仅限本机访问的限制。

远程端口转发

既然"本地端口转发"是指绑定本地端口的转发,那么"远程端口转发"(remote forwarding)当然是指绑定远程端口的转发。

还是接着看上面那个例子,host1 与 host2 之间无法连通,必须借助 host3 转发。但是,特殊情况出现了,host3 是一台内网机器,它可以连接外网的 host1,但是反过来就不行,外网的 host1 连不上内网的 host3。这时,"本地端口转发"就不能用了,怎么办?

解决办法是,既然 host3 可以连 host1,那么就从 host3 上建立与 host1 的 SSH 连接,然后在 host1 上使用这条连接就可以了。

我们在 host3 执行下面的命令:

ssh -R 2121:host2:21 host1

R 参数也是接受三个值,分别是"远程主机端口:目标主机:目标主机端口"。这条命令的意思,就是让 host1 监听它自己的 2121 端口,然后将所有数据经由 host3,转发到 host2 的 21 端口。由于对于 host3 来说,host1 是远程主机,所以这种情况就被称为"远程端口绑定"。

绑定之后,我们在 host1 就可以连接 host2 了:

ftp localhost:2121

例子

  • A: ec2-user@18.217.233.182 公网
  • B: root@192.168.1.175 公司内网服务器,可以访问 A,但 A 和 C 都不能直接访问 B
  • C: 192.168.0.1 家庭网络 PC

家庭网络不能直接访问公司内网,通过远程端口转发实现 C 访问 B

# 修改 GatewayPorts yes
vi /etc/ssh/sshd_config


# 在公司内网服务器运行命令,输入公网服务器密码
ssh -Nf -R *:10175:localhost:22 ec2-user@18.217.233.182

# 在家庭网络PC上运行
ssh -p 10175 ec2-user@18.217.233.182


ssh -Nf -R *:17580:localhost:443 ec2-user@18.217.233.182

SSH 的其他参数

SSH 还有一些别的参数,也值得介绍。

N 参数,表示只连接远程主机,不打开远程 shell;T 参数,表示不为这个连接分配 TTY。这个两个参数可以放在一起用,代表这个 SSH 连接只用来传数据,不执行远程操作。

ssh -NT -D 8080 host

f 参数,表示 SSH 连接成功后,转入后台运行。这样一来,你就可以在不中断 SSH 连接的情况下,在本地 shell 中执行其他操作。

ssh -f -D 8080 host

要关闭这个后台连接,就只有用 kill 命令去杀掉进程。

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