Создание безопасного чата в Netcat

Введение

В этом практическом занятии (лабораторной работе) вы научитесь устанавливать безопасную связь между двумя конечными точками с использованием Netcat и OpenSSL. Вы будете практиковать создание зашифрованных туннелей с использованием SSL-сертификатов, настраивая как компоненты прослушивателя, так и клиента для защищенной передачи сообщений.

С помощью практических упражнений вы сгенерируете самоподписанные сертификаты, настройте сервер OpenSSL и подключитесь с помощью Netcat для проверки шифрования от начала до конца. Этот практический опыт поможет вам лучше понять основные инструменты кибербезопасности для защиты сетевых коммуникаций.

Skills Graph

Установка Netcat и OpenSSL

На этом этапе вы установите два важных сетевых инструмента: Netcat и OpenSSL. Netcat (часто называемый nc) можно сравнить с цифровой швейцарской армейской ножкой для сетевого взаимодействия - он позволяет напрямую читать и записывать данные в сетевые соединения из командной строки. OpenSSL - это мощный набор инструментов, предоставляющий функции шифрования, которые мы будем использовать для защиты наших чат-сообщений.

Перед установкой любого программного обеспечения хорошей практикой является обновление списка пакетов. Это гарантирует, что вы получите последние стабильные версии инструментов:

sudo apt update

Теперь давайте установим Netcat. Эта команда автоматически загрузит и установит пакет:

sudo apt install -y netcat

Далее мы установим OpenSSL. Он обеспечит нам необходимые функции шифрования для безопасного общения:

sudo apt install -y openssl

После установки мы должны проверить, что оба инструмента работают корректно. Следующие команды покажут информацию о версиях - первая строка покажет версию Netcat, а вторая - версию OpenSSL:

nc -h | head -n 1
openssl version

Вы должны увидеть вывод, похожий на этот, хотя номера версий могут отличаться:

OpenBSD netcat (Debian patchlevel 1.217-2ubuntu1)
OpenSSL 3.0.2 15 Mar 2022 (Library: OpenSSL 3.0.2 15 Mar 2022)

Если вы видите такую информацию о версиях, поздравляем! Вы успешно установили оба инструмента и готовы перейти к следующему этапу, где мы будем использовать их для создания безопасного чата.

Настройка зашифрованного туннеля

На этом этапе вы создадите зашифрованный туннель с использованием OpenSSL для защиты вашего Netcat-общения. Этот туннель будет шифровать все данные, передаваемые между двумя конечными точками, обеспечивая конфиденциальность ваших сетевых коммуникаций. Шифрование является важным, так как оно предотвращает возможность несанкционированного доступа к вашим чат-сообщениям при их передаче по сети.

1. Сначала сгенерируйте самоподписанный SSL-сертификат и закрытый ключ в директории вашего проекта. Сертификат можно сравнить с цифровой удостоверяющей карточкой, которая помогает подтвердить идентификацию вашего чат-сервера, а закрытый ключ используется для шифрования данных:

cd ~/project
openssl req -x509 -newkey rsa:4096 -keyout key.pem -out cert.pem -days 365 -nodes -subj "/CN=localhost"

Эта команда создает два важных файла: key.pem (ваш закрытый ключ) и cert.pem (ваш публичный сертификат). Опция -days 365 делает сертификат действительным в течение одного года, а -nodes означает, что закрытый ключ не будет защищен паролем для упрощения в рамках этой практической работы.

2. Проверьте, что сертификатные файлы были успешно созданы, выведя их список:

ls -l key.pem cert.pem

Вы должны увидеть оба файла размером около 3 - 4 КБ. Флаг -l показывает подробную информацию, включая права доступа к файлам и их размеры. Если эти файлы существуют, вы успешно создали материалы для шифрования.

3. Запустите сервер OpenSSL, который будет обрабатывать зашифрованные коммуникации. Этот сервер будет выступать в роли безопасного посредника для вашего чата:

openssl s_server -quiet -key key.pem -cert cert.pem -port 12345

Флаг -quiet уменьшает количество выводимых сообщений, а -key и -cert указывают на файлы, которые мы только что создали. Порт 12345 - это место, где сервер будет ожидать входящих подключений. Оставьте это окно терминала открытым и работающим - теперь он ожидает безопасного общения с клиентами. В следующих шагах мы подключимся к этому безопасному серверу.

Запуск прослушивателя

На этом этапе вы настройте прослушиватель Netcat, который будет получать зашифрованные коммуникации через туннель OpenSSL, созданный на предыдущем этапе. Этот прослушиватель будет выступать в роли приемной стороны нашего безопасного канала связи. Представьте себе, что вы настраиваете безопасную почтовую ящик, к которой может получить доступ только вы, и все сообщения автоматически блокируются перед доставкой.

1. Сначала убедитесь, что сервер OpenSSL из шага 2 все еще работает в одном из окон терминала. Этот сервер действует как посредник по шифрованию/расшифрованию между участниками нашего чата. Если он не работает, перезапустите его:

cd ~/project
openssl s_server -quiet -key key.pem -cert cert.pem -port 12345

Флаг -quiet уменьшает количество лишних сообщений в выводе, а -key и -cert указывают на наши учетные данные для шифрования. Порт 12345 - это место, где работает наш безопасный туннель.

2. В новом окне (или вкладке) терминала перейдите в директорию проекта. Это разделение помогает управлять различными компонентами нашей системы безопасного чата:

cd ~/project

3. Запустите прослушиватель Netcat, который подключится к нашему зашифрованному туннелю. Netcat будет обрабатывать фактическую передачу сообщений, в то время как OpenSSL управляет шифрованием:

nc localhost 12345

Здесь localhost означает, что мы подключаемся к собственному компьютеру, а 12345 соответствует порту, который использует наш сервер OpenSSL.

4. Теперь окно терминала, по-видимому, "замерзнет" - это нормально, так как Netcat ожидает входящих подключений. Оставьте это окно терминала открытым - мы будем использовать его для безопасного общения на следующем этапе. "Заморозка" означает, что Netcat активно прослушивает, как телефон, ожидающий звонка.

Примечание: Соединение между Netcat и OpenSSL теперь установлено, и все коммуникации автоматически шифруются OpenSSL перед передачей. Это означает, что любой текст, который вы введете, сначала будет зашифрован OpenSSL, отправлен по сети, а затем расшифрован получателем - что делает его нечитаемым для потенциальных шпионов.

Подключение и чат

На этом этапе вы установите безопасную чат-сессию между двумя окнами терминала с использованием зашифрованного туннеля, который мы создали ранее. Это демонстрирует, как безопасно передавать сообщения по ненадежной сети. Шифрование гарантирует, что даже если кто-то перехватит коммуникацию, он не сможет прочитать ваши сообщения.

1. Убедитесь, что у вас открыты три окна терминала:

   • Терминал 1: Запущен сервер OpenSSL (из шага 2) - Он обрабатывает шифрование/расшифрование.
   • Терминал 2: Запущен прослушиватель Netcat (из шага 3) - Он получает и отображает расшифрованные сообщения.
   • Терминал 3: Будет использоваться для отправки сообщений - Это ваше интерфейс для ввода текста.

2. В Терминале 3 подключитесь к зашифрованному туннелю в качестве клиента. Эта команда сообщает OpenSSL подключиться к нашему безопасному туннелю на порту 12345:

cd ~/project
openssl s_client -quiet -connect localhost:12345

3. Введите тестовое сообщение в Терминале 3 и нажмите Enter. Это сообщение будет автоматически зашифровано перед отправкой:

Hello secure world!

4. Переключитесь на Терминал 2 (прослушиватель) - вы должны увидеть ваше зашифрованное сообщение отображенное в обычном тексте. Это показывает, что сообщение было успешно расшифровано на другой стороне.

5. Теперь введите ответ в Терминале 2 и нажмите Enter. Сообщение будет зашифровано перед отправкой обратно:

This is a secure reply!

6. Ответ должен появиться в Терминале 3. Теперь у вас есть двусторонний безопасный чат-канал, где обе стороны могут отправлять и получать зашифрованные сообщения.

7. Чтобы выйти из чата, нажмите Ctrl+C во всех окнах терминала по завершении. Это корректно закроет все соединения и остановит процессы шифрования.

Проверка шифрования

На этом последнем этапе мы проверим, что наше SSL/TLS-шифрование работает корректно, изучив необработанный сетевой трафик. Эта практическая демонстрация покажет вам, как именно шифрование защищает ваши данные от чтения неавторизованными лицами. Когда мы используем OpenSSL с Netcat, вся коммуникация преобразуется в нечитаемый шифротекст во время передачи.

1. Сначала нам нужен инструмент для анализа сетевого трафика. Установите tcpdump, который является мощным пакетным анализатором командной строки:

sudo apt install -y tcpdump

2. Откройте новое окно терминала для мониторинга трафика. Мы будем конкретно наблюдать за локальным интерфейсом (lo), который обрабатывает локальный сетевой трафик на вашем компьютере. Флаг -X показывает как шестнадцатеричный, так и ASCII-вывод, а -n предотвращает разрешение DNS для более ясного вывода:

sudo tcpdump -i lo -X -n port 12345

3. В другом окне терминала перезапустим нашу зашифрованную чат-сессию точно так же, как мы делали ранее. Эта команда устанавливает SSL-соединение с нашим чат-сервером, работающим на порту 12345:

cd ~/project
openssl s_client -quiet -connect localhost:12345

4. Теперь отправьте тестовое сообщение через этот зашифрованный канал. Введите любое сообщение, которое вам нравится - мы используем этот простой пример:

This message should be encrypted

5. Посмотрите на окно tcpdump. Вместо того чтобы увидеть ваше читаемое сообщение, вы увидите зашифрованные данные, состоящие из шестнадцатеричных значений и случайных ASCII-символов. Это ваше сообщение после шифрования - абсолютно нечитаемое без соответствующего ключа расшифрования.

6. Чтобы оценить разницу, сравним это с незашифрованным трафиком:

   • Сначала остановите все запущенные процессы, нажав Ctrl+C во всех окнах терминала.
   • Запустите обычный сервер Netcat без шифрования: nc -l 12345
   • Подключитесь к нему из другого окна терминала: nc localhost 12345
   • Отправьте точно такое же тестовое сообщение.
   • Посмотрите, как tcpdump теперь четко показывает ваше простое текстовое сообщение в выводе.

Это сравнение ясно показывает, почему шифрование имеет значение - без него любой, кто контролирует сеть, может напрямую прочитать ваши сообщения.

Резюме

В этом лабораторном занятии вы научились создавать безопасный чат-канал с использованием Netcat и OpenSSL. Процесс включал в себя установку необходимых инструментов, генерацию SSL-сертификатов и установку зашифрованной связи через туннель OpenSSL.

Вы практиковались в настройке как серверной, так и клиентской конфигурации, одновременно проверяя эффективность шифрования. Это сочетание сетевых возможностей Netcat и функций безопасности OpenSSL демонстрирует, как защитить передачу данных от возможного прослушивания.