Описание протокола SSH (Secure Shell)

В настоящей статье рассматривается ssh (secure shell), одно из самых распространенных программных средств повышения компьютерной безопасности при работе Unix-систем в Internet.

Число как средств защиты, так и инструментов, способствующих взлому, в Internet огромно. Однако складывается впечатление, что по крайней мере два средства tcpwrapper и ssh входят в состав своеобразного джентльменского набора ОС Unix, который можно рекомендовать любому системному администратору. В частности, эти средства используют все отечественные Internet-провайдеры, с которыми мне приходилось иметь дело. Возможно, это связано и со стандартной_ комплектацией ssh операционной системы FreeBSD, весьма популярной среди наших провайдеров.

Причиной нашего внимания к этой теме является не только популярность ssh среди пользователей, работающих в самых разных областях. Хотя ssh появился лишь в 1995 г., в настоящее время он уже рассматривается как проект стандарта Internet, подготовкой которого занимается специальная рабочая группа secsh в IETF Security Area. Строго говоря, в этой рабочей группе стандартизуется, конечно, не ssh как программный продукт, а набор протоколов ssh.



Тем временем, ssh уже завоевал статус фактического стандарта Internet на безопасные терминальные соединения. Автором первоначального варианта ssh является Т. Ялонен. В настоящее время выпущена вторая версия ssh; разработкой программного продукта SSH2 занимается компания SSH Communication Security Кроме версии ssh, доступной бесплатно, имеется и усовершенствованный коммерчески доступный вариант. Кроме того, с использованием этой программы разработаны и некоторые другие коммерческие продукты. Поставками коммерческой версии ssh занимается Data Fellows; эта компания предлагает, в частности, программные продукты F-secure SSH Server и F-Secure SSH Tunell & Terminal.

Под ssh понимают как собственно программу, так и задействованный в ней протокол. Что касается программы, то для ее краткой характеристики следует сказать, что ssh представляет собой средство организации безопасного доступа к компьютерам при работе по небезопасным каналам связи. Для организации безопасного доступа применяется процедура аутентификации с использованием асимметричного шифрования с открытым ключом. Это обеспечивает более высокую безопасность, чем при использовании симметричного шифрования, хотя и порождает дополнительную вычислительную нагрузку. При последующем обмене данными применяется уже симметричное шифрование, более экономичное в смысле затрат процессорного времени.

Что касается типов обеспечиваемого удаленного доступа, ssh поддерживает возможности работы с telnet; безопасную работу с протоколом X11 благодаря возможности перенаправления соответствующих данных по надежным ssh-каналам; безопасную замену многим r_-командам Unix (rsh, rlogin и т.д.), с которыми, как известно, традиционно связаны проблемы обеспечения безопасности.

Впрочем, рассмотрение ssh следует начать с протоколов. Для того чтобы чтение статьи оказалось полезным для потребителей ssh_ и в первую очередь для системных администраторов, ранее не пользовавшихся средствами, подобными ssh, рассмотрение будет ориентировано на практически важные аспекты.

Протокол ssh

Проект стандарта ssh описывает протоколы ssh и состоит из нескольких документов, которые описывают общую архитектуру протокола, а также протоколы трех уровней: протокол транспортного уровня, протокол аутентификации и протокол соединения. Их задача _ обеспечивать безопасную сетевую службу наподобие удаленного login поверх небезопасной_ сети.

Протокол транспортного уровня обеспечивает аутентификацию сервера, конфиденцальность и целостность. Протокол аутентификации обеспечивает аутентификацию клиента для сервера. Наконец, протокол соединения ssh мультиплексирует безопасный (шифруемый) канал, представляя его в виде нескольких логических каналов, которые используются для различных целей (различных видов служб).

Протокол транспортного уровня предусматривает возможность сжатия данных. Этот протокол работает поверх соединения TCP/IP. Протокол аутентификации работает поверх протокола транспортного уровня, а протокол соединения ' поверх протокола аутентификации.

С целью повышения безопасности осуществляется не только аутентификация клиента для сервера, к которому обращается клиент, но и аутентификация сервера клиентом _ другими словами, происходит аутентификация обеих сторон.

Клиент шлет запрос на обслуживание в первый раз, когда устанавливается безопасное соединение транспортного уровня ssh. Второй запрос направляется уже после завершения аутентификации пользователя (клиента).

Прежде чем анализировать протоколы ssh подробнее, следует определить понятие ключ хоста_. Каждый работающий с ssh хост, на котором может выполняться как клиент, так и сервер, может иметь не менее одного ключа, причем для шифрования допускаются различные криптографические алгоритмы. Несколько хостов могут иметь общий ключ хоста. Однако каждый хост должен иметь хотя бы один ключ, с которым работает каждый из требуемых алгоритмов работы с открытыми ключами. В проекте стандарта в настоящее время требуемый алгоритм только один _ DSS (Digital Signature Standard).

Ключ хоста-сервера используется при обмене открытыми ключами с целью проверки того, что клиент действительно общается с настоящим_ (а не подмененным) сервером. Для этого клиент должен знать открытый ключ хоста-сервера. Это знание реализуется в рамках одной из двух моделей.

В первой клиент просто имеет некий локальный файл, в котором каждому имени хоста ставится в соответствие его открытый ключ. Во второй модели вводится понятие сертификационного агента_, который и отвечает за проверку соответствия имени хоста его открытому ключу. При этом клиент знает только открытый ключ самого сертификационного агента. В последнем случае упрощается поддержка клиента (ему нужно знать всего один открытый ключ), но появляются высокие требования к сертификационному агенту, который должен иметь открытые ключи всех хостов, к которым обращаются клиенты.

Протоколом предусмотрена возможность отказа от проверки ключа хоста-сервера при самом первом обращении клиента к этому серверу. При этом соединение клиент-сервер будет защищено от пассивного прослушивания сети, но возникает опасность атаки типа человек в середине_ (man-in-the-middle), т. е. попытки временной подмены сервера. Если эта возможность используется, ключ хоста-сервера будет автоматически передан клиенту и сохранен в его локальном файле.

Разработчики проекта протокола ssh особенно заботились о его долголетии_. Протокол будет расширяемым; планируется возможность дополнения криптографических алгоритмов, используемых при работе ssh. C этой целью проектом предусмотрено, что между клиентом и сервером происходят переговоры_, в результате которых выбираются методы шифрования, форматы открытых ключей и т.п., которые будут использованы в данном сеансе. При этом с целью обеспечения интероперабельности должен поддерживаться некоторый минимальный набор алть национальные криптографические стандарты.

Интервал номеров Тип сообщений Протокол
Интервал номеров Тип сообщений Протокол
1-19 Транспортный уровень (общая часть) Транспортный
20-29 Переговоры клиента и сервера о выборе алгоритма
30-49 Специфические для метода обмена ключами
50-59 Протокол аутентификации (общая часть) Аутентификации
60-79 Протокол аутентификации (часть, специфическая для метода аутентификации)
80-89 Протокол соединения (общая часть) Cоединения
90-127 Cообщения, относящиеся к каналам
90-128 Резерв (для протоколов клиентов)
192-255 Локальные расширения



Таблица 1. Номера сообщений ssh и их назначение

Отдельного упоминания заслуживают вопросы увеличения трафика в связи с применением протоколов ssh. Ясно, что при передаче в сети больших пакетов дополнительная нагрузка, вызванная передачей управляющих заголовков ssh, невелика. Основное внимание следует обратить на приложения, для которых характерны короткие пакеты _ например, telnet. Минимальный размер заголовка TCP/IP равен 32 байта; минимальный же размер пакета при использовании ssh увеличится с 33 до (примерно) 51 байта.

Учитывая, что в Ethernet минимальная длина поля данных пакета равна 46 байт, дополнительный нагрузкой _ в 5 байт _ можно пренебречь. Наиболее существенным влияние ssh оказывается, вероятно, при использовании протокола PPP на низкоскоростных модемных соединениях, поскольку PPP сжимает заголовки TCP/IP. Однако существенный прогресс в скоростях передачи данных позволяет рассчитывать, что дополнительные задержки будут измеряться несколько миллисекундами и останутся незаметны человеку.

Наконец, несколько слов о кодировании сетевых адресов. Поскольку DNS ' ненадежный протокол, в ssh он не используется. При адресации применяются IP-адреса, причем в проекте заложена поддержка IPv6.

Все сообщения (пакеты) ssh содержат номер сообщения _ число от 1 до 255. Этот диапазон разбит на подинтервалы, причем разным уровням протокола ssh отвечают разные диапазоны.

Установка

При установке всякого бесплатно распространяемого по Internet программного продукта и ssh здесь не исключение ' часто приходится сталкиваться с тем, что используемая Вами версия ОС Unix чуть-чуть_ отличается от того, чего ждали от нее разработчики данного продукта. В результате программный продукт может оказаться не вполне работоспособен, или вовсе транслироваться с ошибками. Автор столкнулся с некоторыми особенностями установки ssh в средах SGI Irix и Linux; о них будет рассказано ниже. Формально наше изложение относится к ssh версии 1.2.26, если явно не оговорено противное (процедуры установки различных версий ничем кардинальным не отличаются).

После того, как дистрибутив ssh получен и разархивирован, процедура установки включает три простых стадии. На первой следует выполнить командный файл configure. Все основные особенности создаваемого варианта ssh задаются параметрами, указываемыми при запуске configure. Можно задать целый ряд ключей (операндов).

В частности, указывается, какие методы шифрования сеанса будут использованы при работе ssh (предлагается, в частности, IDEA, DES, тройной_ DES, ARCFOUR, BLOWFISH). Поскольку в ARCFOUR найдена дыра_, по умолчанию этот метод исключается, а остальные, наоборот, включены. Основным по умолчанию является IDEA, использующий 128-разрядные ключи. Если он исключен, основным алгоритмом становится 3DES, трехкратное последовательное DES-шифрование c 56-разрядным ключом. Учитывая несколько нашумевших вскрытий_ однократного DES-ключа, это выглядит разумной предосторожностью. Нужно отметить также метод BLOWFISH, который при той же длине ключа (от 32 до 448 разрядов) работает быстрее IDEA и DES. Используемый по умолчанию метод шифрования можно указать явно, установив нужное значение SSH_FALL BACK_CIPHER во включаемом файле ssh.h.

При запуске configure можно специфицировать поддержку Kerberos 5, cредств работы с сервером аутентификации TIS, с Secure Dynamics Secure ID card и т.д. Можно разрешить или запретить перенаправление портов TCP/IP клиентского и серверного хостов, а также ' отдельно _ перенаправление портов протокола X11.

Можно задать также замену стандартных команд rlogin и rsh соответствующими одноименными модулями из дистрибутива ssh. Тогда для соединений будет использоваться протокол ssh ' конечно, если удаленный компьютер его поддерживает (в противном случае после предупреждения будет осуществлен переход к обычным средствам rlogin/rsh).

Поскольку подразумеваемые значения ключей configure установлены весьма разумно, при вызове configure обычно не приходится задавать большого числа операндов и можно обойтись чем-то наподобие



./configure 'verbose
'with-libwrap=ПУТЬ 'with-X




где ПУТЬ задает путь к библиотеке libwarp.a, которая требуется при использовании tcp_wrapper (в этом случае кроме libwrap.a для установки ssh понадобится также файл tcp.h). Последний операнд указывает на работу с протоколом X11.

При работе configure используется Autoconf, известная программа с лицензией GNU, которая автоматически определяет массу характеристик установленного на локальном компьютере программного обеспечения. При наличии операнда verbose выполнение configure сопровождается выдачей информационных сообщений, позволяющих проконтролировать генерируемые параметры.

В результате выполнения сonfigure создает ряд новых файлов и каталогов, но главное для понимания процесса установки _ то, что при этом из файла-заготовки Makefile.in создается собственно Makefile.

На второй стадии установки запуск make приводит к компиляции всех основных модулей ssh. Наконец, третья стадия установки запускается по команде make install. При этом происходит запись порожденных программ в целевые_ каталоги (по умолчанию /usr/local/bin, /usr/local/sbin, /usr/local/man), а также создание нескольких файлов в каталоге /etc: ssh_config, sshd_config и ssh_host_key_pub.

В случае неудачи команда make distclean должна удалить все следы проделанного эксперимента_, кроме самого дистрибутива. Так написано в документации; на самом деле: в /usr/local/sbin и /usr/local/bin все остается.

В реальной жизни, конечно, возникают проблемы. Приведем некоторые конкретные примеры. Так, с ОС Irix не рекомендуется использовать версии ssh от 1.2.21 и более ранние из-за большого числа ошибок; желательно применять версии 1.2.25 и выше.

Поскольку применение ssh может вызвать задержки из-за загрузки процессора операциями шифрования, ssh желательно компилировать с оптимизацией. configure, кстати, имеет специальный операнд, разрешающий оптимизацию на уровне ассемблера. В качестве иллюстрации укажем, что для рабочей станции SGI O2 c микропроцессором R5000SC и ОС Irix 6.3, включение оптимизации Си-компилятора дает прирост производительности примерно на 25%. Однако есть сообщения, что такая оптимизация иногда вызывает ошибки при перенаправлении портов X11.

ОС ssh 1.2.26 ssh 2.0.9
SGI Irix 5.2, 5.3, 6.0.1 6.2-6.4 6.2 6.4
Digital Unix 4.0, 4.0a, 4.0b OSF/1: 3.0-3.2 4.0
Sun Solaris 2.3-2.6 SunOS 4.1 Solaris 2.5.1 2.6
HP-UX 9.x 10.x 10 20
IBM AIX 4.1 4.2 4.1 4.2
Linux Slackware 3.x RedHat 5.1 2.0.34
FreeBSD 1.x 2.x 3.0 2.x 3.0



Таблица 2. Некоторые поддерживаемые ssh операционные системы

В ssh 2.0.8 при трансляции в ОС Irix рекомендуется использовать Си-компилятор версии 7.2, поскольку он позволяет создать более производительную программу по сравнению с 7.1. Однако следует использовать cc 7.2.1, поскольку исходный_ Си-компилятор версии 7.2 дает неработоспособный ssh.

В качестве еще одной иллюстрации обсудим Linux. Для компиляции ssh не годится gcc популярной версии 2.7.2: нужна версия 2.7.2.3 или новее. В RedHat Linux для работы с аутентификацией RSA домашний каталог пользователя и его подкаталог .ssh не должны иметь разрешение на запись членами группы.

Файлы ssh

Обратимся сначала к образующимся после установки исполняемым файлам. Основных файлов два: cобственно демон sshd в /usr/local/sbin и клиент ssh в /usr/local/bin. В последнем каталоге располагается также модуль scp (ssh-аналог rcp) и ряд модулей с префиксом ssh_, среди которых отметим модули ssh_agent (аутентификационный агент, хранящий RSA-ключи аутентификации) и ssh_add, служащий для регистрации новых ключей в этом агенте. Кроме того, в /usr/local/bin имеется две важных вспомогательных утилиты: ssh-keygen и make-ssh-known-hosts.

Неисполняемые файлы ssh (кроме справочных файлов, помещаемых в /usr/local/man) располагаются в каталогe /etc и в домашних каталогах пользователей. В каталоге /etc расположены конфигурационные файлы sshd_config и ssh_config, задающие конфигурационные параметры соответственно sshd и ssh; эти файлы образуются автоматически по завершению установки.

В каталог /etc помещается информация о ключах. В файле ssh_host_key задается ключ хоста-сервеssh_host_key_pub) помещается в файл ssh_known_hosts. Естественно, его надо создавать самостоятельно.

В каталоге /etc образуется также рабочий файл ssh_random_seed, который автоматически модифицируется при запуске демона sshd. Наконец, в каталоге /etc могут располагаться еще два файла. Файл shosts.equiv является аналогом файла rhosts.equiv при работе с ssh. Файл sshrc выполняется при процедуре login перед вызовом оболочки.

Файлы, отражающие пользовательские настройки, располагаются в их домашних каталогах _ в подкаталоге .ssh. В этом подкаталоге располагается, в частности, RSA _ ключ пользователя (в файле identity) и соответствующий открытый ключ (в файле identity.pub). Кроме того, в каталоге .ssh может иметься коллекция открытых ключей удаленных_ пользователей (из их файлов identity.pub), находящаяся в файлe authorized.keys. Пользователь может создать также свой личный аналог файла /etc/ssh_known_hosts в файле known_hosts.

При первом вызове ssh (клиента) cоздается и автоматически корректируется при последующих вызовах файл random_seed. Собственные подразумеваемые параметры ssh можно задать в файле config. В файле rc можно указать действия, выполняемые при login до вызова пользовательской оболочки. Наконец, файл .shosts, аналог .rhosts при работе с ssh, располагается в домашнем каталоге пользователя.

Для генерации ключей заданной длины, как ключей хостов, так и ключей пользователей, применяется утилита ssh-keygen. Она автоматически вызывается в процессе установки для создания файлов, содержащих ключи хоста-сервера.

Типичный вызов ssh-keygen (квадратные скобки, как обычно, означают возможность опустить соответствующий операнд) выглядит так:

ssh-keygen [-b длина] [-N парольная_фраза] [-c комментарий]

позволяет создать файлы identity и identity.pub с RSA-ключами, длина которых задается операндом b. По умолчанию длина ключа равна 1024; она не должна быть меньше 512. Поле комментария по умолчанию генерируется в форме user@host. ПАРОЛЬНАЯ_ФРАЗА используется для шифрования личного ключа пользователя; ее рекомендуемая длина _ от 10 до 30 символов. При генерации ключа хоста ПАРОЛЬНАЯ_ФРАЗА должна отсутствовать; такой вызов автоматически происходит в процессе установки.

Утилита make-ssh-known-hosts представляет собой сценарий на языке Perl5 и служит для автоматизации создания файлов типа ssh_known_hosts. Если на компьютере Perl5 не установлен, подобные файлы придется создавать вручную.

Данная утилита обладает развитые средства взаимодействия с DNS-серверами и позволяет выполнять достаточно изощренный опрос этих серверов. Простейшая форма вызова имеет следующий вид:

make-ssh-known-hosts some.domain > /etc/ssh_known_hosts

Это позволяет найти и записать в файл ssh_known_hosts открытые ключи всех хостов домена some.domain. Утилита имеет, в частности, средства работы с WKS-записями DNS-сервера. Если в этих записях указан признак наличия ssh, то можно сразу отобрать только хосты, поддерживающие ssh. Аналогично можно отобрать хосты, поддерживающие telnet:

make-ssh-known-hosts some.domain Ё^wks=.*telnetё > our_hosts

Утилита может работать аналогичным образом с записями hinfo. Механизм ее работы следующий.

Получив от DNS-сервера список отобранных хостов, make-ssh-known-hosts пытается получить открытые ключи каждого из них. Для этого делается попытка соединиться на порт sshd (22 по умолчанию), и если соединение успешно, пытается выполнить на удаленном хосте команду cat /etc/ ssh_host_key.pub. Если это не удается, утилита проверяет, был ли получен ей в сеансе открытый ключ удаленного хоста; если да _ то он и используется (эту возможность можно отменить при вызове сценария).

Демон sshd

Запуск демона sshd обычно происходит автоматически при загрузке операционной системы из командного файла наподобие /etc/rc.local. Поскольку sshd должен сгенерировать ключ еще до установления соединения, что требует определенного времени, sshd не рекомендуют запускать через демон inetd. Однако, если процессор достаточно быстр, и длина ключа мала (меньше 512 разрядов), демон может периодически запускаться через inetd при каждой попытке соединиться на порт 22.

Напомним, что в целях безопасности не рекомендуют применять ключи короче 512 разрядов. При запуске sshd длину ключа можно указать в операнде -b (по умолчанию 768 разрядов). Подчеркнем, что здесь речь идет о ключе сервера (демона sshd), используемом в сеансе, а не о ключе хоста-сервера.

Запуск sshd с операндом -d включает режим отладки, что рекомендуется при проверке работоспособности, поскольку при этом выдается ряд информационных сообщений, позволяющих отслеживать происходящее. При нормальной эксплуатации этот режим следует отключить.

Параметры демон sshd читает из файла /etc/sshd_conf. В нем задаются, в частности, ссылки на файлы ssh_host_key и ssh_random_seed, длина ключа сервера, разрешенные методы шифрования, номер используемого sshd порта, уровень протоколирования работы sshd в системном журнале и др. Обычно этот файл является вполне подходящим, и необходимости его корректировать не возникает.

Клиент ssh

Клиент ssh cлужит в качестве замены командам rsh и rlogin. Типичная форма вызова ssh выглядит так:

ssh [-l имя_пользоваетля] ИМЯ_ХОСТА [команда]

Здесь ИМЯ_ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ означает имя пользователя на удаленном хосте, с которым происходит соединение (задается операндом ИМЯ_ХОСТА). Операнд КОМАНДА, если он не опущен, указывает выполняемую на удаленном хосте команду.

Команда ssh имеет еще целый ряд операндов. В операнде -с можно указать метод шифрования (idea/blowfish/des/3des/arcfour); в операнде -p указывается номер порта. Операнд -v рекомендуется использовать для получения информации о том, что происходит в процессе установления сеанса, например, при возникновении каких-либо проблем, в первую очередь задержках в соединении.

Два операнда позволяют осуществлять перенаправление портов:

- L ПОРТ:ХОСТ:ПОРТХОСТА

позволяет перенаправить ПОРТ локального компьютера на ПОРТХОСТА удаленного компьютера, заданного в аргументе ХОСТ;

-R ПОРТ:ХОСТ:ПОРТХОСТА

осуществляет перенаправление ПОРТа на удаленном ХОСТе на порт локального хоста (последний аргумент).

Конфигурационные файлы клиента включают общий файл /etc/ssh_config и личные пользовательские config-файлы. Последние перекрывают_ действие общего файла, и их, в свою очередь, можно заменить явным заданием операндов ssh. В конфигурационном файле задаются такие параметры, как методы шифрования, возможность перенаправления портов, разрешение на использование обычных механизмов rsh/rlogin при невозможности ssh-аутентификации, номер используемого на удаленном сервере порта и др.