Алгоритм работы протокола SSH

Периодически читая статьи, посвящённые SSH, обратил внимание, что их авторы порой не имеют понятия, как работает этот протокол. В большинстве случаев они ограничиваются рассмотрением темы генерации ключей и описанием опций основных команд. Даже опытные системные администраторы часто несут полную ахинею при обсуждении вопросов работы SSH, выдавая опусы в стиле: передаваемые данные шифруются открытым SSH-ключом клиента, а расшифровываются закрытым, или: для шифрования данных при передаче используется алгоритм RSA.

Попытаюсь внести немного ясности в работу протокола SSH, а заодно рассмотреть роль алгоритма RSA и ключей авторизации пользователя…

Алгоритм протокола SSH можно разделить на три уровня, каждый из которых располагается над предыдущим: транспорт (открытие защищённого канала), аутентификация, подключение. Для целостности картины я также добавлю уровень установки сетевого соединения, хотя официально этот уровень находится ниже SSH.

1. Установка TCP-соединения

Не буду подробно останавливаться на принципе работы стека TCP/IP, так как эта тема достаточно хорошо задокументирована в Рунете. При необходимости вы легко найдёте информацию.

На этом этапе происходит сетевое подключение клиента к серверу на TCP-порт, указанный в опции Port (по умолчанию: 22) в файле конфигурации сервера /etc/ssh/sshd_config.

2. Открытие защищенного канала

2.1 Обмен идентификационными данными

После установки TCP-соединения, клиент и сервер (далее по тексту – стороны) обмениваются версиями SSH-протокола и другими вспомогательными данными, необходимыми для выяснения совместимости протоколов и для выбора алгоритмов работы.

2.2 Выбор алгоритмов: обмена ключами, шифрования, сжатия и т.п.

При работе SSH используется довольно много алгоритмов, одни из них используются для шифрования, вторые для обмена ключами, третьи для сжатия передаваемых данных и т.п. На этом шаге стороны отсылают друг другу списки поддерживаемых алгоритмов, наибольший приоритет имеют алгоритмы в начале каждого списка. Затем сравнивают алгоритмы в полученных списках с алгоритмами, имеющимися в системе, и выбирают первый совпавший в каждом списке.

Список доступных алгоритмов обмена ключами на стороне клиента (используются для получения сессионного ключа) можно посмотреть командой:

ssh -Q kex

Список доступных в системе симметричных алгоритмов (используются для шифрования канала):

ssh -Q cipher

Список типов ключей для авторизации у клиента:

ssh -Q key-cert

2.3 Получение сессионного ключа шифрования

Процесс получения сессионного ключа может отличаться в зависимости от версии алгоритма, но в общих чертах сводится к следующему:

• Сервер отсылает клиенту свой ключ (DSA, RSA или т.п. согласно договорённости между сторонами, произведёнными в п.2.2).
• Если клиент производит соединение с данным сервером впервые (о чем говорит отсутствие записи в файле /home/username/.ssh/known_hosts у клиента), то пользователю будет задан вопрос о доверии ключу сервера. Если же соединение с данным сервером уже устанавливалось ранее, то клиент сравнивает присланный ключ с ключом, записанным в /home/username/.ssh/known_hosts. Если ключи не совпадают, то пользователь получит предупреждение о возможной попытке взлома. Впрочем, эту проверку можно пропустить, если вызвать ssh с опцией StrictHostKeyChecking:

  ssh -o StrictHostKeyChecking=no username@servername

  Также, если пользователю нужно удалить старый ключ сервера (например, когда есть точная уверенность, что ключ был изменён на сервере), то используется команда:

  ssh-keygen -R servername

• Как только клиент определился с доверием к ключу сервера, с помощью одной из реализаций (версия определяется в п.2.2) алгоритма Диффи-Хеллмана клиент и сервер генерируют сеансовый ключ, который будет использоваться для симметричного шифрования канала.

Сеансовый ключ создается исключительно на период жизни канала и уничтожается при закрытии соединения.

3. Аутентификация клиента

И только теперь, когда клиент и сервер установили канал для зашифрованной передачи данных, они могут произвести аутентификацию по паролю или ключам.

В общих чертах, аутентификация посредством ключей происходит следующим образом:

• Клиент отсылает серверу имя пользователя (username) и свой публичный ключ.
• Сервер проверяет в файле /home/username/.ssh/authorized_keys наличие присланного клиентом открытого ключа. Если открытый ключ найден, то сервер генерирует случайное число и шифрует его открытым ключом клиента, после чего результат отправляется клиенту.
• Клиент расшифровывает сообщение своим приватным ключом и отправляет результат серверу.
• Сервер проверяет полученный результат на совпадение с тем числом, которое он изначально зашифровал открытым ключом клиента, и в случае совпадения считает аутентификацию успешной.

4. Уровень подключения

После проведения всех вышеперечисленных процедур, пользователь получает возможность передавать команды серверу или копировать файлы.

На этом уровне обеспечивается: мультиплицирование каналов (возможность работы множества каналов к одному серверу за счет объединения их в один канал), туннелирование и т.п.

От теории к практике

Ну а теперь, думаю, у читателей назрел вполне закономерный вопрос: а зачем нужно знать все эти тонкости работы SSH-протокола, если для повседневной работы достаточно знаний команд создания ключей (ssh-keygen), открытия терминальной сессии (ssh), передачи файлов (scp)?

В качестве ответа, можно вспомнить тему о смене стандартного порта SSH на какой-то другой, которая постоянно становится причиной холивара на Хабре…

В собственной практике я не припомню ни одного смотрящего во внешнюю сеть сервера, который бы ежедневно не подвергался долбёжке на 22-й порт. В ситуации, если SSH у вас работает на стандартном порту (и ничем дополнительно не защищён), даже если аутентификация исключительно по ключам и никакие подборы паролей не пугают, то по причине постоянно валящихся запросов от недобросовестных клиентов сервер всё равно вынужден совершать массу бесполезной работы: устанавливать TCP-соединение, выбирать алгоритмы, генерировать сессионный ключ, отправлять запросы аутентификации, писать лог-файл.

В ситуации же, когда на 22-м порту ничего нет, или порт защищён с помощью iptables (либо надстройками над ним типа fail2ban), то злоумышленник будет дропнут ещё на этапе установки TCP-соединения.

Наиболее интересно описанное выглядит в виде таблицы*

* — значения параметров (высокий, средний, низкий) носят относительный характер и служат только для сравнения показателей.
** — имеется ввиду расход ресурсов сервера (процессор, диск, сетевой канал и т.п.) на обработку лавины запросов, обычно идущих на 22-й порт.
*** — произвести взлом, если для авторизации используются RSA-ключи, очень сложно, однако неограниченное количество попыток авторизации делает это возможным.
**** — количество попыток авторизации ограничено, но серверу всё равно приходится обрабатывать их от большого количества злоумышленников.

Дополнительные материалы

• Исходники SSH
• Спецификации протокола SSH (en)
• Алгоритм Диффи-Хелмана
• Алгоритм RSA
• Как SSH появился на 22 порту
• Что записано в файле .ssh/known_hosts
• Памятка пользователям ssh

Автор: o-pod

Источник