SSH公钥认证与私钥保护机制详解

1. 知识点描述
SSH公钥认证是一种基于非对称加密的身份验证方式，用于替代密码登录，提高安全性和便利性。其核心原理是客户端生成一对密钥（公钥和私钥），将公钥上传到服务器，登录时通过数字签名验证客户端身份。私钥的安全保护是该机制的关键，涉及文件加密、密码学硬件（如HSM）等措施。

2. 公钥认证的完整流程
步骤1：密钥对生成

• 客户端使用工具（如ssh-keygen）生成非对称密钥对：
  • 私钥（如id_rsa）保留在客户端，必须严格保密。
  • 公钥（如id_rsa.pub）可公开分发，需上传至服务器的~/.ssh/authorized_keys文件。
• 生成命令示例：

  ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "your_email@example.com"  
  

  • -t rsa：指定算法为RSA；-b 4096：密钥长度4096位。

步骤2：公钥部署到服务器

• 将公钥内容追加到服务器用户的authorized_keys文件中：

  ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub user@server_ip  
  

• 手动部署时需注意文件权限：
  • ~/.ssh目录权限为700（drwx------）。
  • authorized_keys文件权限为600（-rw-------）。

步骤3：认证流程

1. 客户端发起SSH连接请求。
2. 服务器生成随机挑战（Challenge），用客户端的公钥加密后发送给客户端。
3. 客户端使用私钥解密挑战并生成签名，返回给服务器。
4. 服务器用公钥验证签名，匹配则认证成功。

3. 私钥保护机制
（1）私钥文件加密（Passphrase保护）

• 生成密钥时可设置Passphrase，对私钥进行对称加密（如AES-128-CBC）。
• 使用时需输入Passphrase解密私钥，避免私钥泄露后直接被利用。
• 示例：

  ssh-keygen -p -f ~/.ssh/id_rsa  # 为现有私钥添加/修改Passphrase  
  

（2）ssh-agent密钥代理

• 将解密后的私钥暂存于内存中，避免重复输入Passphrase：

  eval "$(ssh-agent -s)"  # 启动agent  
  ssh-add ~/.ssh/id_rsa   # 添加私钥（需输入一次Passphrase）  
  

• 安全风险：若攻击者获取服务器权限，可能通过SSH_AUTH_SOCK环境变量窃取内存中的私钥。

（3）硬件安全模块（HSM）或智能卡

• 私钥存储在硬件设备中，签名操作在设备内完成，私钥永不离开设备。
• 支持标准如PKCS#11或FIDO2（如YubiKey）。

4. 常见攻击与防御

• 私钥泄露：
  • 风险：攻击者获取私钥文件后可冒充用户。
  • 防御：使用Passphrase加密私钥，限制私钥文件权限（600）。
• 中间人攻击：
  • 风险：首次连接时接受恶意服务器的公钥指纹。
  • 防御：验证服务器指纹（通过可信渠道获取），或使用SSH证书认证替代公钥认证。
• ** authorized_keys篡改**：
  • 风险：攻击者向文件添加恶意公钥。
  • 防御：设置authorized_keys为只读，并启用日志监控。

5. 进阶实践：证书认证

• 类似HTTPS证书，由CA签发客户端证书，服务器信任CA公钥即可验证所有客户端。
• 优势：无需在每台服务器部署公钥，适合大规模环境。

通过以上步骤，公钥认证在便利性与安全性之间取得平衡，而私钥保护是确保该机制不被攻破的核心。