前言

对于 ECDH，Wikipedia 如下描述:

Elliptic curve Diffie–Hellman (ECDH) is an anonymous key agreement protocol that allows two parties, each having an elliptic curve public–private key pair, to establish a shared secret over an insecure channel.

ECDH 是基于 ECC(Elliptic Curve Cryptosystems，椭圆曲线密码体制)的 DH( Diffie-Hellman)密钥交换算法。交换双方可以在不共享任何秘密的情况下协商出一个密钥。与 Diffie-Hellman 相比 ECDH 具有 ECC 的高强度、短密钥长度、计算速度快等优点。

由于 ECDH 每次用一个固定的 DH key, 导致不能向前保密(forward secrecy)，安全性会降低，所以一般都是用 ECDHE(ECDH 的 ephemeral version)或其他版本的 ECDH 算法。

本文只对 ECDH 进行介绍，只为测试。

环境说明

CentOS 7.2(CentOS_7_x86_64_1151)

OpenSSL 1.0.2e

安装 OpenSSL

1.查看本机安装的版本

#openssl version

OpenSSL 1.0.1e-fips 11 Feb 2013

2.OpenSSL 应在1.0.2以上，这里使用 1.0.2e，去官网下载，源码安装一下，请根据实际情况更改下载地址。

#cd /usr/src

#wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.0.2e.tar.gz

#tar -zxf openssl-1.0.2e.tar.gz

3.编译安装 OpenSSL

#cdopenssl-1.0.2e

#./config

#make

#make test

#make install

4.如果旧版本还在，可以先备份，并修改一个

#mv /usr/bin/openssl /root/

#ln -s /usr/local/ssl/bin/openssl /usr/bin/openssl

5.查看版本

# openssl version

OpenSSL 1.0.2e 3 Dec 2015

制作CA证书

ECDH 密钥交换算法，不能自签名，所以制作证书，需要一个 CA 进行颁发。

CA 要给别人颁发证书，首先自己得有一个作为根证书，我们得在一切工作之前修改好 CA 的配置文件、序列号、索引等等。这些参数都是在 openssl.cnf 里面配置的。

#vi /etc/pki/tls/openssl.cnf

openssl.cnf 配置文件中主要关注 [CA_default] 和 [policy_match] 规则

......

[ CA_default ]

dir = /etc/pki/CA # Where everything is keptcerts = $dir/certs # Where the issued certs are keptcrl_dir = $dir/crl # Where the issued crl are keptdatabase = $dir/index.txt # database index file.

#unique_subject = no # Set to 'no' to allow creation of # several ctificates with same subject.new_certs_dir = $dir/newcerts # default place for new certs.

certificate = $dir/cacert.pem # The CA certificateserial = $dir/serial # The current serial numbercrlnumber = $dir/crlnumber # the current crl number # must be commented out to leave a V1 CRLcrl = $dir/crl.pem # The current CRLprivate_key = $dir/private/cakey.pem# The private keyRANDFILE = $dir/private/.rand # private random number file......

......

# For the CA policy[ policy_match ]

countryName = match

stateOrProvinceName = optional

organizationName = optional

organizationalUnitName = optional

commonName = supplied

emailAddress = optional

......

1.先初始化 index.txt 和 serial 文件

#cd /etc/pki/CA/

#touchindex.txt serial

#echo01 > serial

2.生成 CA 的私钥(private key)

#cd /etc/pki/CA/

#openssl genrsa -out private/cakey.pem 2048

3.生成 CA 的证书(certificate)，使用 req 命令生成自签证书

#openssl req -new -x509 -key private/cakey.pem -out cacert.pem

会提示输入一些内容，请按提示输入即可。

制作 ECDH 密钥交换的证书

将根证书拷贝到 $HOME 目录，省去输入目录的麻烦，本文只为示例作用。

#cd /etc/pki/CA/private/

#cpcakey.pem ~

#cd /etc/pki/CA/

#cpcacert.pem ~

#cd ~

1.生成 private key 之前，先查看一下那种椭圆曲线可以使用

#openssl ecparam -list_curves

结果如下，OpenSSL 1.0.2e 支持很多。

......secp521r1 : NIST/SECG curve over a 521 bit prime field

prime192v1: NIST/X9.62/SECG curve over a 192 bit prime field

prime192v2: X9.62 curve over a 192 bit prime field

prime192v3: X9.62 curve over a 192 bit prime field

prime239v1: X9.62 curve over a 239 bit prime field

prime239v2: X9.62 curve over a 239 bit prime field

prime239v3: X9.62 curve over a 239 bit prime field

prime256v1: X9.62/SECG curve over a 256 bit prime field......

本例使用 prime256v1

2.生成 ECDH 的私钥(private key)

#openssl ecparam -out ecparam.pem -name prime256v1

#openssl genpkey -paramfile ecparam.pem -out ecdhkey.pem

3.生成 ECDH 的公钥(public key)

#openssl pkey -in ecdhkey.pem -pubout -out ecdhpubkey.pem

4.生成 CSR(Certificate Request)文件，CSR 是需要自签名的，不能使用 ECDH 算法，因为 ECDH 不是签名算法，本例使用RSA算法生成。

#openssl genrsa -out rsakey.pem 1024

#openssl req -new -key rsakey.pem -out ecdhrsacsr.pem

5.最后，使用 ECDH 的公钥和 RSA 的 CSR 制作 ECDH 证书，由于 ECDH 不是自签名算法，不能自签名生成。本例使用刚才制作的 CA 证书生成。

#openssl x509 -req -in ecdhrsacsr.pem -CAkey cakey.pem -CA cacert.pem -force_pubkey ecdhpubkey.pem -out ecdhcert.pem -CAcreateserial

本例后来使用的 RSA 算法生成的 CSR 文件，所以生成的 ecdhcert.pem 支持 ECDH_RSA 的密码套件。

目前生成的证书列表如下：

cakey.pem# CA private key(RSA算法的)

cacert.pem# CA certificate

ecparam.pem# EC Parameters

ecdhkey.pem# ECDH private key

ecdhpubkey.pem# ECDH public key

rsakey.pem# RSA private key(用于请求证书的)

ecdhrsacsr.pem# RSA 的 CSR文件

ecdhcert.pem# ECDH certificate(RSA算法的)

验证 ECDH

使用 OpenSSL 测试

1.服务端

#openssl s_server -cert ecdhcert.pem -key ecdhkey.pem -port 8888

2.客户端 (需要打开一个新的Terminal进行)

#cd ~

#vi test_ciphers

输入如下内容

#!/usr/bin/env bash

# OpenSSL requires the port number.

SERVER=127.0.0.1:8888

DELAY=1

ciphers=$(openssl ciphers 'ECDH:eNULL' | sed -e 's/:/ /g')

echoObtaining cipher list from $(openssl version).

forcipher in ${ciphers[@]}

doecho -n Testing $cipher...

result=$(echo -n | openssl s_client -cipher "$cipher" -connect $SERVER 2>&1)

if [[ "$result" =~ ":error:" ]] ; thenerror=$(echo -n $result | cut -d':' -f6)

echoNO \($error\)

else

if [[ "$result" =~ "Cipher is${cipher}" || "$result" =~ "Cipher :" ]] ; thenechoYES

elseechoUNKNOWN RESPONSE

echo $result

fi

fisleep $DELAY

done

此脚本会验证包含 ECDH 密钥交换算法的密码套件的支持程度，可以修改

ciphers=$(openssl ciphers 'ECDH:eNULL' | sed -e 's/:/ /g')

保存文件后，更改文件为可执行

#chmod +x test_ciphers

执行测试

#./test_ciphers

结果如下

Obtaining cipher list from OpenSSL 1.0.2e 3 Dec 2015.

Testing ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384...NO (sslv3 alert handshake failure)

Testing ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384...YES

Testing ECDHE-RSA-AES256-SHA384...NO (sslv3 alert handshake failure)

Testing ECDHE-ECDSA-AES256-SHA384...YES

Testing ECDHE-RSA-AES256-SHA...NO (sslv3 alert handshake failure)

Testing ECDHE-ECDSA-AES256-SHA...YES

Testing AECDH-AES256-SHA...NO (sslv3 alert handshake failure)

Testing ECDH-RSA-AES256-GCM-SHA384...YES

Testing ECDH-ECDSA-AES256-GCM-SHA384...NO (sslv3 alert handshake failure)

Testing ECDH-RSA-AES256-SHA384...YES

Testing ECDH-ECDSA-AES256-SHA384...NO (sslv3 alert handshake failure)

Testing ECDH-RSA-AES256-SHA...YES......

可以发现，包含 ECDH-RSA 的密码套件的，都是通过的。

参考资料