OpenSSL 加密入门

简介

在本实验中，我们将使用 OpenSSL 探索密码学的奇妙世界。OpenSSL 是一个用于安全通信的强大工具包。想象一下，你是一名特工，需要向总部发送机密信息。你如何确保即使信息被截获，未经授权的人也无法读取？这就是加密的用武之地。

加密是一种将信息编码的过程，只有授权方才能访问它。这是网络安全中的一个基本概念，用于保护从在线银行交易到安全消息应用的所有内容。

在这个动手实验中，你将学习：

如何安装和设置 OpenSSL
对称加密的基础知识
如何使用 OpenSSL 加密和解密文件
安全密钥管理的重要性

让我们一起踏上这段激动人心的密码学之旅吧！

Skills Graph

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安装 OpenSSL

在我们开始加密消息之前，需要在系统上安装 OpenSSL。OpenSSL 是一个功能强大的工具包，支持传输层安全协议（TLS）和安全套接层协议（SSL），同时也是一个通用的密码学库。

首先，打开终端。在实际应用中，许多加密操作都是通过命令行界面完成的，因此熟悉它非常重要。在桌面上找到并打开 Xfce 终端。

注意：免费用户无法连接到互联网，因此 OpenSSL 已在实验室环境中预安装。你可以跳到列表中的第 4 项（检查 OpenSSL 是否已安装）。升级为专业用户以练习自行安装 OpenSSL。

仅限 Pro 用户

终端打开后，我们需要更新软件包列表。这可以确保我们获取到最新的可用软件信息。输入以下命令并按回车：

sudo apt-get update

sudo 用于以管理员权限运行命令。系统可能会提示你输入密码。输入密码时看不到字符是正常的——出于安全原因，Linux 不会显示密码。

现在我们的软件包列表已经更新，接下来安装 OpenSSL。输入以下命令：

sudo apt-get install openssl -y

-y 标志会自动对所有提示回答“是”，使安装过程更加顺畅。你会看到大量文本滚动——这是正常的！这只是系统在下载和安装必要的文件。

安装完成后，建议验证 OpenSSL 是否正确安装。我们可以通过检查其版本来确认。输入：

openssl version

你应该会看到类似以下的输出：

OpenSSL 3.0.2 15 Mar 2022 (Library: OpenSSL 3.0.2 15 Mar 2022)

如果版本号或日期不同，不用担心——OpenSSL 会定期更新。

恭喜！你已经安装了一个强大的密码学工具包。OpenSSL 就像一把加密和安全通信的瑞士军刀。它有许多功能，从简单的文件加密到高级的证书管理。在本实验中，我们将重点介绍其基本用法，帮助你了解它的功能。

如果你对 OpenSSL 的其他功能感到好奇，可以在终端中输入 man openssl。这将显示 OpenSSL 的手册页，详细列出所有选项和功能。你可以自由探索，但不必担心现在就要理解所有内容——我们将在本实验中涵盖最重要的部分。

创建秘密消息

现在我们的加密工具已经准备就绪，让我们创建一个需要加密的秘密消息吧！

首先，我们需要确保在计算机上的正确位置。在终端中输入：
```
cd ~/project
```
这条命令将当前目录（cd 是“change directory”的缩写）切换到主目录下的 project 文件夹。~ 符号是“主目录”的快捷方式。
接下来，让我们创建秘密消息。我们将使用 echo 命令来完成。输入：
```
echo "LabEx has the best labs for fun, hands-on learning." > secret.txt
```
让我们分解一下这条命令：
- echo 就像让计算机重复某件事
- 引号中的文本是我们的秘密消息
- > 符号告诉计算机将这段文本放入一个文件中
- secret.txt 是我们创建的文件名
太棒了！我们已经创建了文件。但如何确认它是否成功呢？让我们检查一下文件内容：
```
cat secret.txt
```
cat 命令就像让计算机“大声读出”文件的内容。你应该会在终端中看到你的秘密消息显示出来。
此时，我们的消息处于所谓的“明文”状态。这意味着任何查看此文件的人都可以读取我们的秘密！在接下来的步骤中，我们将使用加密来保护这些敏感信息。

使用 OpenSSL 加密消息

现在到了最激动人心的部分——我们将把秘密消息转换成只有我们才能理解的代码！

我们将使用一种叫做 AES-256-CBC 的加密方式。如果这听起来很复杂，不用担心——以下是它的含义：
- AES 代表高级加密标准（Advanced Encryption Standard）——这是一种非常安全的加密方法
- 256 指的是密钥长度——可以把它想象成一个非常复杂的密码
- CBC 代表密码分组链接（Cipher Block Chaining）——这是一种确保消息的每个部分都被唯一加密的方式
让我们加密文件。输入以下命令：
```
openssl enc -aes-256-cbc -salt -in secret.txt -out secret.enc -pbkdf2
```
这条命令可能看起来有点吓人，让我们分解一下：
- openssl enc 告诉 OpenSSL 我们要加密某些内容
- -aes-256-cbc 是我们使用的加密方法
- -salt 添加一些随机数据，使加密更加安全
- -in secret.txt 是我们要加密的文件
- -out secret.enc 是我们将创建的加密文件的名称
- -pbkdf2 使用一种特殊方法从密码生成强密钥
输入这条命令后，系统会提示你输入密码。这非常重要——它就像你的秘密代码的钥匙。请务必记住这个密码，因为稍后你需要用它来解密消息！

系统会要求你输入两次密码，以确保你没有输错。记住，在 Linux 中，输入密码时屏幕上不会显示任何字符或星号。这是一种安全功能，可以防止他人看到你的密码长度。只需输入密码并按回车，即使看起来没有任何反应。
让我们检查加密文件是否已创建：
```
ls -l secret.enc
```
这条命令会列出当前目录中的文件。你应该会在列表中看到 secret.enc。
现在，让我们尝试读取加密文件：
```
cat secret.enc
```
你会看到一堆看起来随机的字符。这就是你的加密消息——它现在变成了只有拥有密码的人才能理解的秘密代码！

解密消息

现在我们有了秘密代码（加密消息），让我们学习如何将其解码回原始消息。

要解密文件，我们将使用与加密时类似的命令。输入：
```
openssl enc -aes-256-cbc -d -in secret.enc -out decrypted.txt -pbkdf2
```
让我们看看这条命令中的新内容：
- -d 告诉 OpenSSL 我们要解密
- -in secret.enc 现在是我们的加密文件
- -out decrypted.txt 是存放解密消息的文件名
运行此命令时，系统会提示你输入密码。这需要与你加密文件时使用的密码相同。记住，和之前一样，输入密码时不会显示任何字符。如果你输入了错误的密码，你会得到乱码而不是你的秘密消息！
让我们检查解密是否成功。我们将再次使用 cat 命令：
```
cat decrypted.txt
```
你应该会看到原始的机密消息：“LabEx has the best labs for fun, hands-on learning.”
为了双重检查解密后的消息是否与原始消息完全相同，我们可以使用 diff 命令：
```
diff secret.txt decrypted.txt
```
如果你没有看到任何输出，那是个好消息！这意味着文件是相同的。

理解密钥管理的重要性

在这最后一步中，我们将探讨为什么保护你的加密密钥（或密码）如此重要。

让我们再次尝试解密文件，但这次我们故意使用错误的密码。运行：

openssl enc -aes-256-cbc -d -in secret.enc -out wrong.txt -pbkdf2

当系统提示输入密码时，输入一个与之前不同的密码。现在，让我们看看发生了什么：

cat wrong.txt

你可能会看到一条错误信息或一堆随机字符。这表明，如果没有正确的密码，加密数据仍然是安全的。

这个小实验展示了密钥管理在密码学中的关键重要性。如果你忘记了密码（或丢失了加密密钥），你将无法访问加密的数据。这就像把你的贵重物品锁在保险箱里，却忘记了密码组合！另一方面，如果其他人获得了你的密码，他们可以解密并读取你的秘密消息。这就像把日记的钥匙交给别人。在现实世界中，公司通常使用特殊的安全系统来存储和管理加密密钥，定期更换密钥，有时甚至使用特殊的硬件设备来确保密钥的额外安全。记住，在密码学中，加密数据的安全性完全取决于你的密钥管理实践！

总结

恭喜！你已经完成了在密码学世界的第一次冒险。让我们回顾一下你学到的东西：

如何安装 OpenSSL，一个强大的加密工具。
对称加密的概念——使用相同的密钥（密码）来锁定和解锁你的秘密消息。
如何使用 OpenSSL 加密文件，将你的秘密消息转换为代码。
如何解密加密文件，将代码转换回可读的消息。
保护你的加密密钥（密码）安全的重要性。

记住，加密是一个强大的工具，但它只是保护信息安全的一部分。随着你继续学习网络安全，你会发现更多有趣的技术和工具。

这次动手实验让你体验了现代加密的工作原理。无论你是想保护自己的数据安全，还是考虑从事网络安全职业，理解这些基础知识都是一个很好的起点。继续探索吧，记住：在网络安全的世界里，学习永无止境！