LV02-ubuntu-SSH的使用

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本文主要是说明在ubuntu中安装使用SSH的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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PC端开发环境 Windows Windows11
Ubuntu Ubuntu20.04.6的64位版本（一开始使用的是16.04版本，后来进行了升级）
VMware® Workstation 17 Pro 17.0.0 build-20800274
终端软件 MobaXterm(Professional Edition v23.0 Build 5042 (license))
Win32DiskImager Win32DiskImager v1.0
Linux开发板环境 Linux开发板 正点原子 i.MX6ULL Linux 阿尔法开发板
uboot NXP官方提供的uboot，NXP提供的版本为uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga(使用的uboot版本为U-Boot 2016.03)
linux内核 linux-4.15(NXP官方提供)
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一、SSH简介

1. 简介

SSH，全称为Secure Shell，是一种网络协议，用于在不安全的网络中进行安全的数据传输和远程控制。通过加密和认证机制实现安全的访问和文件传输等业务。

传统远程登录和文件传输方式，例如Telnet、FTP，使用明文传输数据，存在很多的安全隐患。随着人们对网络安全的重视，这些方式已经慢慢不被接受。SSH协议通过对网络数据进行加密和验证，在不安全的网络环境中提供了安全的网络服务。作为Telnet和其他不安全远程shell协议的安全替代方案，目前SSH协议已经被全世界广泛使用，大多数设备都支持SSH功能。默认情况下，SSH服务器使用端口号22。

2. 为什么需要SSH？

SSH代表什么？SSH 代表 Secure Shell，也称为 Secure Socket Shell。传统的互联网通信使用明文传输数据，内容一旦被截获就会完全暴露，存在很多安全隐患。SSH协议通过对网络数据进行加密和验证，建立SSH客户端和SSH服务器之间的安全隧道，在不安全的网络环境中为网络服务提供了安全的传输通道。

在SSH协议出现之前，Telnet广泛应用于远程登录场景，为远程管理网络设备提供了极大便利，而FTP作为常用的文件传输协议，兼具操作简单和传输效率高的优点，但它们都存在相同的问题，即明文传输数据带来的安全隐患。SSH采用加密传输数据、提升认证强度等手段，克服了Telnet和FTP应用中的安全性问题，实现了安全的远程登录和文件传输业务。

SSH常用场景

3. SSH是如何工作的？

SSH由服务器和客户端组成，为建立安全的SSH通道，双方需要先建立TCP连接，然后协商使用的版本号和各类算法，并生成相同的会话密钥用于后续的对称加密。在完成用户认证后，双方即可建立会话进行数据交互。SSH的工作流程包括如下几个阶段。

SSH工作流程

3.1 连接建立

SSH依赖端口进行通信。在未建立SSH连接时，SSH服务器会在指定端口侦听连接请求，SSH客户端向SSH服务器该指定端口发起连接请求后，双方建立一个TCP连接，后续会通过该端口通信。

3.2 版本协商

SSH协议目前存在SSH1.X（SSH2.0之前的版本）和SSH2.0版本。SSH2.0协议相比SSH1.X协议来说，在结构上做了扩展，可以支持更多的认证方法和密钥交换方法，同时提高了服务能力。SSH服务器和客户端通过协商确定最终使用的SSH版本号，过程如下：

（1）SSH服务器通过建立好的连接向SSH客户端发送支持的SSH版本信息。

（2）SSH客户端收到版本信息后，根据自身支持的SSH版本决定使用的版本号，并将决定使用的版本号发送给SSH服务器。

（3）SSH服务器判断自己是否支持客户端决定使用的版本号，从而确定版本协商是否成功。

3.3 算法协商

SSH工作过程中需要使用多种类型的算法，包括用于产生会话密钥的密钥交换算法、用于数据信息加密的对称加密算法、用于进行数字签名和认证的公钥算法和用于数据完整性保护的HMAC算法。SSH服务器和客户端对每种类型中具体算法的支持情况不同，因此双方需要协商确定每种类型中最终使用的算法，过程如下：

（1）SSH服务器和客户端分别向对方发送自己支持的算法。

（2）SSH服务器和客户端依次协商每种类型中具体使用的算法。在每类算法的协商过程中，SSH服务器和客户端都会匹配出双方均支持的算法作为最终使用的算法。每类算法均匹配成功后，算法协商完成。如果某类算法全部匹配失败，则该类型的算法协商失败，这会导致SSH服务器和客户端之间算法协商失败并断开连接。

3.4 密钥交换

SSH服务器和客户端通过密钥交换算法，动态生成共享的会话密钥和会话ID，建立加密通道。会话密钥主要用于后续数据传输的加密，会话ID用于在认证过程中标识该SSH连接。在该阶段也会完成客户端对服务器的身份认证，服务器先使用服务器私钥对消息进行签名，客户端再使用服务器公钥验证签名，从而完成客户端对服务器的身份认证。

由于SSH服务器和客户端需要持有相同的会话密钥用于后续的对称加密，为保证密钥交换的安全性，SSH使用一种安全的方式生成会话密钥，由SSH服务器和客户端共同生成会话密钥，利用数学理论巧妙地实现不直接传递密钥的密钥交换，无需通过不安全通道传送该密钥，具体过程如下图所示。

SSH密钥交换
  1. SSH服务器生成素数G、P、服务器私钥b，并计算得到服务器公钥$y=(G^b)%P$。
  2. SSH服务器将素数G、P、服务器公钥y发送给SSH客户端。
  3. SSH客户端生成客户端私钥a，计算得到客户端公钥$x=(G^a)%P$。
  4. SSH客户端将客户端公钥x发送给SSH服务器。
  5. SSH服务器计算得到对称密钥$K=(x^b) % P$，SSH客户端计算得到对称密钥$K=(y^a)%P$，数学定律可以保证SSH服务器和SSH客户端生成的对称密钥相同。

3.5 用户认证

SSH客户端向SSH服务器发起认证请求，SSH服务器对SSH客户端进行认证。SSH支持以下几种认证方式：

  • 密码（password）认证：客户端通过用户名和密码的方式进行认证，将加密后的用户名和密码发送给服务器，服务器解密后与本地保存的用户名和密码进行对比，并向客户端返回认证成功或失败的消息。
  • 密钥（publickey）认证：客户端通过用户名、公钥以及公钥算法等信息来与服务器进行认证。
  • password-publickey认证：指用户需要同时满足密码认证和密钥认证才能登录。
  • all认证：只要满足密码认证和密钥认证其中一种即可。

SSH用户认证最基本的两种方式是密码认证和密钥认证。密码认证的基本原理是SSH客户端使用对称密钥对密码进行加密，SSH服务器使用对称密钥解密后验证密码的合法性，这种认证方式比较简单，且每次登录都需要输入用户名和密码。而密钥认证可以实现安全性更高的免密登录，基本原理是SSH客户端使用客户端私钥对消息进行签名，服务器再使用客户端公钥验证签名，这是一种广泛使用且推荐的登录方式。

3.6 会话请求

认证通过后，SSH客户端向服务器发送会话请求，请求服务器提供某种类型的服务，即请求与服务器建立相应的会话。服务器根据客户端请求进行回应。

3.7 会话交互

会话建立后，SSH服务器端和客户端在该会话上进行数据信息的交互，双方发送的数据均使用会话密钥进行加解密。

4. SSH端口号是什么？

默认情况下，SSH服务器使用端口号22。当SSH应用于NETCONF时，可以指定默认端口号是22或者830。SSH使用的端口号可以被更改为设备其他可用端口，更改后当前所有的连接都会断开，SSH服务器开始侦听新的端口。由于SSH默认端口号22为知名端口，在进行关键安全传输时，建议修改SSH端口号。

5. ssh工具

由于SSH是一套协议标准，需要依赖基于SSH实现的工具完成SSH客户端和SSH服务器之间的连接，PuTTY和OpenSSH应运而生。

PuTTY是Windows上经典的免费SSH连接工具，通常用于使用SSH协议远程登录设备，最新版本可以在PuTTY官网下载。

OpenSSH是SSH协议的开源实现，支持在Unix操作系统上运行，最新版本可以在OpenSSH官网下载。目前Windows10已经包含OpenSSH客户端和服务器软件，可在“设置—应用—应用与功能—可选功能”中搜索安装。

我自己常用的就是MobaXterm、SecureCRT和VScode的ssh remote插件等。

6. SSH和SSL的区别

SSH和SSL都是网络安全协议，通过加密和认证提升两台设备间传输数据的安全性。但SSH和SSL的生效方式和服务目标存在差异。

SSH在两台设备间创建安全隧道，使这两台设备间可以安全地发送命令、传输数据等。例如，客户端通过SSH远程登录到一台服务器上，就可以安全地远程管理这台服务器，在服务器上执行想要的命令。

SSL则是使用SSL证书保证两台设备间安全地传输数据，而不是像SSH那样可以执行命令。例如，用户通过浏览器访问某安装了SSL证书且启用了HTTPS的服务器，浏览器和服务器之间可以安全地传输数据。

SSH就像一辆汽车，我们看不到这辆封闭的汽车里装载的是什么。而SSL就像一个封闭的集装箱，我们可以用不同的交通工具运输它，但看不到集装箱里装的是什么。

参考资料

什么是SSH？SSH是如何工作的？ - 华为 (huawei.com)

二、ubuntu中ssh的安装

1. 检查ssh是否已经安装

查询是否安装，使用以下命令：

1
sudo ps -e |grep ssh

查询结果如下：

image-20240901072651457

端返回结果中没有 sshd，则说明系统还没有安装 ssh-server 服务，后续对ssh进行安装

2. 安装ssh服务

（1）安装命令

1
sudo apt-get install openssh-server

安装完毕如下图：

image-20240901072817928

（2）检查安装情况

1
sudo ps -e |grep ssh

安装完毕后如下图所示：

image-20240901072906728

出现了sshd，说明ssh服务已经正常启动了，若安装完毕后，还是没有sshd出现，那么就进行下一步，手动启动ssh服务。

（3）启动 ssh服务

1
sudo /etc/init.d/ssh start
image-20240901073005177

运行完毕之后，重新查询ssh服务即可。

3. SSH相关命令

1
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sudo /etc/init.d/ssh stop  # //停止服务
sudo /etc/init.d/ssh start # //启动服务
sudo /etc/init.d/sshresart # //重启服务
exit                       # //断开连接

三、SSH服务的应用

1. VScode远程连接ubuntu服务器

这个可以查看《02开发工具/01VScode/LV02-03-连接远程服务器》

2. Windows登录ubuntu服务器

2.1 ubuntu配置

这里有两种模式，一种是桥接模式，一种是NAT模式。

2.1.1 NAT模式

ubuntu可以通过NAT模式借助主机上网，这就意味着我们不需要任何配置，虚拟网卡会自动为ubuntu分配IP地址：

image-20240901074519334

这个IP是可以联网的，可以和windows主机ping通：

image-20240901074537879

2.1.2 桥接模式

（1）VMware中虚拟网络编辑器设置如下

虚拟网络编辑器

（2）虚拟机的网络适配器也需改为桥接模式

image-20240901074701252

2.2 Windows配置

2.2.1 windows启动ssh服务

  • 【设置】→【应用】→【可选功能】
image-20240901073543765
  • 查看一下是否安装SSH相关服务，没有任何显示表示什么都没装，显示卸载表示已安装
image-20240901073706572

这里一般来说服务器和客户端都需要安装。

  • 【添加可选功能】→【搜索SSH服务器】→【勾选】→【下一步】→【安装】
image-20240901073934709

安装界面如下：

image-20240901074121752

等待安装完成即可。

image-20240901075230710

2.2.2  与ubuntu的ip互ping

要保证windows可以ping通ubuntu：

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ping ip-address
image-20240901074537879

2.2.3 登录Ubuntu

  • （1）登录命令
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ssh user-name@ip-address

如：

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ssh sumu@192.168.19.137
  • （2）首次登录会出现如下提示，输入用户密码即可。
image-20240901075434084
  • （3）登录成功如下图
image-20240901075346249

2.3 MobaXterm登录ubuntu服务器

这里需要注意，运行MobaXterm的主机要可以和ubuntu服务器ping通。

2.3.1 查看ubuntu的IP

image-20240901074519334

2.3.2 连接ubuntu

  • 【Session】→【SSH】
image-20240901075812169
  • 输入主机IP即可，端口选择22，然后确认
image-20240901080006762
  • 点击完Accept，显示让输入用户名和密码，输入ubuntu的用户名和登录密码即可。
image-20240901080113043

输入完成后会提示是否需要保存密码，这个可以保存也可以不保存，保存的哈下次只需要敲回车，就会自动填充用户名和密码并登录。

  • 登录成功如下图
image-20240901080336783