网络数字身份认证术

网络数字身份认证术

这篇文章是《HTTP API 认证授权术》的姊妹篇,在那篇文章中,主要介绍了 HTTP API 认证和授权技术中用到的 HTTP Basic, Digest Access, HMAC, OAuth, JWT 等各种方式,主要是 API 上用到的一些技术,这篇文章主要想说的是另一个话题——身份认证。也就是说,怎么确认这个数据就是这个人发出来的?

用户密码

要解决这个问题,我们先来看一个最简单的解——使用密码,通常来说,在网络上要证明一个人的身份的话,都需要这个人的一些私密而唯一的东西。比如,像密码这样的东西,很多地方,只要你提供了你的用户名+密码,就可以确定这个人是你(注明:关于密码管理,强密码设定,密码泄漏,密码破解以及密码哄骗不在这篇文章的话题中),也就是说,这个密码是非常私密的事,我们可以假设,这个事全世界只能有当事人一个人知道,所以,当事人得供正确的密码,我们就可以认证这个人了。

为了加强密码的安全程度,一般会使用 2FA(Two-factor authentication)或 MFA(Multi-factor authentication),双因认证或多因认证,这需要用户提供一个唯一的可信设备,比如用户的手机,然后通过验证手机短信,或是像 Google Authenticator  这样的动态口令来完成。这样的安全级别已经算是比较高了。如果能够再加上经常性的变更密码,那么安全级别就更好了。

另外,一些公司还使用了生物密码来进行用户的身份验证,比如人脸识别。但是,我个人觉得人脸识别或是生物识别是比较糟糕的方式,因为:

  • 目前能被验证的生物信息(如人脸和指纹)太容易被别人获得和伪造了。
  • 这样东西不能被变更和吊销,密码可以被吊销和重置,人脸则不能。

密钥对和证书

密码可以解决身证认证的问题有很多问题,最重要的一个问题就是,你要把你的密码提供给对方,对方才能验证你的身份。你不可能把你的密码提供给全世界的人吧,这样的话,全世界的人都有你的密码了,那么任何人都能变成你了。所以,用户密码这个事只能存在于权威机构和普通用户之间,不能存在于普遍应用中。所以,这里需要使用更好的解决方案。

使用 ECC(Elliptic-Curve Cryptography)椭圆曲线密码术,可以通过一个“密钥对”进行非对称加密。这种技术,在对信息进行加密和解密时,使用两个不同的密钥,其中一个用来做加密,另一个做解密。这样一来,我们就可以把其中一个密钥公布出去,称之为公钥,另一个密钥私密地保管好,称之为私钥。

比如,我用我的私钥加密信息,然后,我把这个私钥所配对的公钥发布给所有人,大家都用公钥解密信息,不用我的公钥你解密不了这个信息。这样一来,就可以保证这个信息是我发出来的,不但保证了信息安全,还完成了身份认证。

这样的现实案例一般用于网站,也就是用户得要知道我访问的这个网站是真实的,不是别人做的。因为 DNS 很容易被 hack,你连上一个不可信的网络,这个网络里的 DNS 把这个网站的 IP 地址解析成什么 就是什么了。但是有了这个加密的机制后,网站把自己的信息加密后连同公钥给到访问者,访问解密后就知道是不是这个网站了。

但是,这里还是会有一个很严重的问题,那就是中间人攻击。如下图所示:

中间人 Chad 把自己伪装成 Bob 向 Alice 要信息,然后,再伪装成 Alice 对 Bob 说,这就是 Alice 的公钥,于是 Bob 也无法验证是不是 Alice 的公钥,因为公钥里就是一堆乱七八糟的数据,我们完全不能分辨哪个公钥属于 Alice 的。试想,如果我们收到声称属于银行的密钥。我们怎么知道它确实属于你的银行?

这里的答案就是使用数字证书。证书跟我们的身份证非常类似,其需要一个可信机构来颁发和验证的。这个证书机构 CA(Certificate Authority)是一个是大家都相信的权威机构,他用他的人品保证(当然一般会被严格管理和审计),CA 机构同样使用这样的非对称加密的技术来完成颁发和验证的事。下图展示了这一过程。

说明一下上面这个图:

  1. 为了解决公钥认证的问题的,我们需要一个权威的CA 机构。
  2. Alice 把自己的信息(姓名、组织,地址,电邮,网址等)和自己的公钥打包成一个 CSR 的文件,发给 CA 机构,
  3. CA 机构会来找 Alice 做物理世界的认证,如果通过后,就会用自己的机构私钥,把CSR 变成一个签名证书。
  4. Bob 同学拿到 Alice 的证书,用 CA 机构的公钥解密后,得到 Alice 的公钥
  5. 后面就可以签证 信息是否来自 Alice 了。

是的,这个过程就是在“套娃”,这种证书机构还可以给下级的证书机构发证,于是就会一层套一层地,形成一个证书链,顶层的叫根证书,你得绝对信任之。对于验证证书真实性的客户端,它需要能够验证链中所有 CA 的签名,这意味着客户端需要访问链中所有 CA 的证书。

证书生成过程演示

并不是所有的场景都需要向这些大型的 CA 机构申请公钥证书,在任何一个企业,组织或是团体内都可以自己形这样的“小王国”,也就是说,你可以自行生成这样的证书,只需要你自己保证自己的生成证书的私钥的安全,以及不需要扩散到整个互联网。下面,我们用 openssl命令来演示这个过程。

1)生成 CA 的证书(公钥) ca.crt 和私钥 ca.key

openssl req -newkey rsa:2048 \
    -new -nodes -x509 \
    -days 365 \
    -out ca.crt \
    -keyout ca.key \
    -subj "/C=SO/ST=Earth/L=Mountain/O=CoolShell/OU=HQ/CN=localhost"

2)  生成 alice 的私钥

openssl genrsa -out alice.key 2048

3)生成 Alice 的 CSR – Certificate Signing Request

openssl req -new -key alice.key 365 -out alice.csr \
    -subj "/C=CN/ST=Beijing/L=Haidian/O=CoolShell/OU=Test/CN=localhost.alice"

4)使用 CA 给 Alice 签名证书

openssl x509  -req -in alice.csr \
    -extfile <(printf "subjectAltName=DNS:localhost.alice") \ 
    -CA ca.crt -CAkey ca.key  \
    -days 365 -sha256 -CAcreateserial \
    -out alice.crt

双向认证 mTLS

上面,我们说的基本上都是单向认证,大量的场景都是确保用户方访问的是真正的服务方,如:银行,电商网站,等。这样可以保证用户不会被钓鱼网站或是中间人攻击。但是,很多时候,我们也是需要双向认证的。下面是一个典型的场景——微信支付和商户间交互

  • 用户到商家那边买东西,商家要求用户进行支付。
  • 用户选择了微信支付,于是,界面从商户侧切到了微信侧
  • 微信那边支付完成后,商户这边收到微信那边支付完成的通知,于是开始发货。

这个过程中有件事非常重要——就是微信通知商户支付完成的时候。

  • 微信得确保通知到的就是用户所支付商户,而不是别个。
  • 商户也得要能确认,来通知我的就是微信,不是别人。

一般来说,微信会给商户一个 AppID和一个 AppSerct,用这个来确保是我认证过的商户来调用我,然后,需要商户在自己的系统里填一个回调的 URL,并通过平台设置的 key来做 MD5/HMAC的签名来确保是官方的回调。这都是在《HTTP API 认证授权术》中提到过的技术,是相对传统的技术。

如今,mTLS是确保云原生应用程序中服务之间的通信安全的首选协议。 也就是双向认证。

传统的 TLS 认证过程是:

  1. 客户端连接到服务器
  2. 服务器提供其 TLS 证书
  3. 客户端验证服务器的证书
  4. 客户端和服务器通过加密的 TLS 连接交换信息

在 mTLS 中,客户端和服务器都有一个证书,双方都使用他们的公钥/私钥对进行身份验证。与常规 TLS 相比,mTLS 中有额外的步骤来验证双方(以粗体显示的额外步骤):

  1. 客户端连接到服务器
  2. 服务器提供其 TLS 证书
  3. 客户端验证服务器的证书
  4. 客户端出示其 TLS 证书
  5. 服务器验证客户端的证书
  6. 服务器授予访问权限
  7. 客户端和服务器通过加密的 TLS 连接交换信息

mTLS 需要“根”TLS 证书;这我们自己来完成证书颁发机构的职责。授权客户端和服务器使用的证书必须与此根证书相对应。根证书是自签名的,这意味着我们需要自己创建它。(注:此方法不适用于公共 Internet 上的单向 TLS,因为外部证书颁发机构必须颁发这些证书)

那么,为什么整个互联网上都用了 TLS 了,为什么 不升级一下使用 mTLS?这里有两方面的原因:

  • 公共互联网上要解决的问题是:A) 确保用户访问到的是正确的网站,而不是钓鱼网站。B)网站传输的内容是安全和私密且不会被篡改的。
  • 将 TLS 证书分发到所有最终用户设备将非常困难。生成、管理和验证为此所需的数十亿个证书几乎是不可能的任务。

在较小的范围内,mTLS 对于单个组织非常有用且非常实用,尤其是当这些组织采用零信任方法来确保网络安全时。由于默认情况下零信任方法不信任任何用户、设备或请求,因此组织必须能够在每次尝试访问网络中的任何点时对每个用户、设备和请求进行身份验证。mTLS 通过对用户进行身份验证和设备验证来帮助实现这一目标。

关于 mTLS,这里有一个我用 Golang 写的示例 – https://github.com/haoel/mTLS,大家可以参考一下。

P.S. 本文图版中的卡司来自安全圈的标准 Cast,参看 Alice and Bob

(全文完)


关注CoolShell微信公众账号和微信小程序

(转载本站文章请注明作者和出处 酷 壳 – CoolShell ,请勿用于任何商业用途)

——=== 访问 酷壳404页面 寻找遗失儿童。 ===——
好烂啊有点差凑合看看还不错很精彩 (24 人打了分,平均分: 4.38 )
Loading...

网络数字身份认证术》的相关评论

  1. 公网上 TLS 依赖了 CA 机构。因此偶尔还是会出一些问题。比如前段时间 Let’s Encrypt 的根证书过期问题。
    所以偶尔也在思考,有没有可能实现一种更加可靠,或者不需要第三方,而实现自己证明是自己的方式

    1. 目前已经有了不依赖三方CA的一些技术,必须是完全的分布式架构(也可称之为去中心化,但是个人不喜欢这个名称),比如区块链。

    2. 不过缺点也非常明显,就是非常低效,且安全性受各种证明方式的不同影响较大,比如著名的51%算力攻击。

  2. StartCom 支持 mTLS 认证。银行、支付类网站的客户端证书也使用了 mTLS 认证技术吧?

  3. 应该是「中间人 Chad 先伪装成 Bob 向 Alice 要信息,然后,再伪装成 Alice 对 Bob 说」

  4. 似乎搞混了加解密 (ECIES) 和签名 (ECDSA)。from wikipedia “Public-key cryptography”: In such a system, any person can encrypt a message using the intended receiver’s public key, but that encrypted message can only be decrypted with the receiver’s private key.

  5. 2) 生成 alice 的私钥
    openssl genrsa -out alice.key 2048

    3)生成 Alice 的 CSR – Certificate Signing Request
    openssl req -new -key alice.key 365 -out alice.csr \
    -subj “/C=CN/ST=Beijing/L=Haidian/O=CoolShell/OU=Test/CN=localhost.alice”

    按原理解说,第3步应该用alice的公钥,但代码中却用了第2步生成的私钥,是不是文字写错了?

Jacob进行回复 取消回复

您的电子邮箱地址不会被公开。