SSH协议详解：安全远程访问的守护神（C/C++代码实现）

在深入探讨SSH的世界之前，了解网络安全的一些基本概念至关重要。网络安全是指保护计算机网络以防止未授权访问、数据泄露或破坏。这通常涉及多种机制，包括加密、身份验证和数据完整性校验。SSH处于这些机制的核心地位，因为它为远程通信提供了一种加密隧道，确保传输的数据无法被未授权的第三方读取或篡改。

SSH使用强大的加密算法来保护数据免受窃听，同时通过身份验证机制确保只有授权用户才能访问网络服务。此外，SSH的设计允许进行安全的文件传输和端口转发，进一步扩展了其在网络安全工具箱中的用途。

随着网络攻击的不断演变，SSH也在不断发展，以应对新的安全挑战。从传统的密码认证到现代的公钥认证，再到最近引入的多重认证机制，SSH展示了其适应性和持续的安全性。

SSH的历史与发展

Secure Shell（SSH）协议的诞生可以追溯至1995年，当时由芬兰的赫尔辛基大学的一个研究团队开发，其目的是为了替代不安全的Telnet和rlogin等远程登录协议。SSH的首个版本（SSH-1）基于非商业许可证发布，很快在学术界和业界获得了广泛支持。随后，由于对专利问题的担忧以及安全需求的推动，SSH-2协议在2006年被提出，带来了更强的安全性和更好的性能。SSH-2目前已经成为互联网标准（RFC 4253），并得到了几乎所有现代操作系统的支持。

随着网络的发展和安全威胁的增加，SSH持续演变以适应新挑战。它不断更新加密方法，增加新的认证方式，并优化协议交互流程。如今，SSH不仅是一个安全的远程访问工具，还是网络安全架构中不可或缺的一部分

SSH的架构与组件

SSH协议由三个主要组件构成：传输层协议（The Transport Layer Protocol）、用户认证协议（The User Authentication Protocol）和连接协议（The Connection Protocol）。传输层协议负责提供服务器和客户端之间的加密隧道；用户认证协议用于在通信双方建立信任关系；而连接协议则允许数据在加密通道上进行多种类型的通信，例如远程命令执行和文件传输。

此外，SSH还包含一个可选的内置sftp服务器，用于实现安全的文件传输。SSH的设计旨在灵活且可扩展，使其能够集成到各种系统和应用中。

使用的加密算法和协议版本

SSH使用了一系列强大的加密算法来保护数据的机密性和完整性。这些算法包括用于加密通信内容的高级加密标准（AES）、用于安全密钥交换的Diffie-Hellman算法，以及用于消息认证的HMAC（Hash-based Message Authentication Code）。此外，SSH还支持诸如DSA、ECDSA和RSA等多种公钥算法进行身份验证。

随着SSH版本的发展，支持的算法和功能也在不断增加。例如，SSH-2引入了更多的加密选项和改进的身份验证机制。尽管存在旧版SSH-1的实现，但鉴于其已知的安全漏洞，它们已不再推荐使用。当前的标准是SSH-2，且大多数系统已经支持最新的SSH版本，即SSH-2。

SSH的工作机理

• 密钥交换和加密机制
  SSH协议的核心在于其能够提供一个安全的加密通道，用于远程通信。这个过程开始于密钥交换阶段，其中最著名的算法是Diffie-Hellman密钥交换。在SSH中，客户端和服务器通过Diffie-Hellman算法协商生成一个唯一的共享会话密钥，而这个密钥是在没有事先共享秘密的情况下产生的。随后，此会话密钥用于加密客户端和服务器之间传输的所有数据，确保即使数据在互联网上被截获，也无法被未授权的第三方读取。

除了会话密钥之外，SSH还使用了多种对称和非对称加密算法来保护数据。例如，AES（高级加密标准）用于数据加密，以确保数据的机密性。同时，SHA-2或MD5等散列函数用于数据完整性校验和身份验证。

• 认证方法：密码、公钥、双因素等

在成功的密钥交换之后，SSH协议进行用户身份验证过程。SSH支持多种身份验证方法，包括传统的密码验证、更安全的公钥认证以及更高级的双因素认证（2FA）。密码验证涉及到用户名和密码的验证；而公钥认证则依赖于用户的私钥和服务器上存储的公钥进行身份验证，这种方式更加安全，因为私钥不需要在网络上传输。

• 会话建立和隧道功能

一旦用户通过身份验证，SSH会建立一个安全会话，允许用户执行命令、移动文件或通过隧道转发端口。SSH会话不仅为命令执行提供了加密的保护，还支持端口转发和X11转发等高级功能，使得用户可以安全地将本地端口暴露给远程服务器或将图形应用的显示转发到本地机器。

SSH还支持压缩选项，可以对传输的数据进行压缩，以减少带宽使用和加快传输速度。此外，SSH的隧道能力使其成为VPN（虚拟私人网络）技术的替代方案，尤其在需要快速设置安全连接时非常有用。

SSH的实际应用

• 安全远程登录

SSH最常见的应用之一是作为安全的远程登录工具。与早期的Telnet协议相比，SSH在数据传输过程中提供了强大的加密和身份验证机制，从而保护用户登录凭据和会话内容不被网络嗅探器和攻击者获取。当用户需要连接到远程服务器进行管理任务时，SSH客户端会与远程服务器建立加密的会话，所有键盘输入、命令输出以及文件传输都经过加密处理，确保了操作的安全性。

• 安全文件传输（SFTP）

另一个重要的应用是安全文件传输。SSH协议内置了一个称为SFTP（Secure File Transfer Protocol）的模块，用于在客户端和服务器之间安全地传输文件。与传统的FTP不同，SFTP保证了文件在传输过程中的加密和完整性保护，这对于传输敏感数据至关重要。SFTP还支持文件和目录操作，如读、写、删除和重命名等，使得它成为文件共享和数据备份的理想选择。

• 端口转发与动态隧道

SSH也经常用于设置端口转发，这是一种将本地或远程服务的端口通过网络连接到另一台机器上相应服务端口的方法。端口转发通常用于通过受限的网络环境访问服务或绕过防火墙限制。此外，SSH还支持所谓的"动态"隧道或"SOCKS隧道"，允许建立更为复杂的网络通道，以支持各种类型的网络通信。例如，用户可以将整个Web浏览器的流量通过SSH隧道转发至远程服务器，从而在互联网上实现隐私保护。

在企业环境中，SSH的应用甚至更为广泛，从基本的系统管理任务到配置复杂的网络拓扑结构。随着越来越多的云服务和基础设施的管理需要通过互联网进行，SSH的重要性只会增加。理解这些实际应用并能够正确配置SSH以满足特定需求，对于任何IT专业人员来说都是必备的技能。

常见攻击与防御策略

1. 中间人攻击（MITM）和如何防止

中间人攻击（Man-in-the-Middle, MITM）是一种常见的网络攻击手段，攻击者在这种攻击中介入通信过程，秘密地转发和可能篡改会话数据。SSH通过使用强大的加密算法和密钥交换机制减少了MITM攻击的风险，但仍需警惕网络环境中潜在的安全漏洞。为了防止MITM攻击，可以采取以下措施：

• 始终验证远程服务器的公钥指纹或使用SSH Fingerprinting来确认连接的是预期的服务器。
• 在可能的情况下使用SSH Certificate Authority (CA)进行公钥管理，以增加额外的信任层。
• 避免在不安全的公共无线网络上进行SSH会话，或者使用VPN来提供额外的安全层。
• 使用最新版本的SSH客户端和服务器软件，确保利用了最新的安全特性和修复。

2. 暴力破解攻击和应对措施

暴力破解攻击是指攻击者尝试穷举所有可能的密码组合以猜测正确的登录凭据。对于SSH来说，可以通过以下几种方法来减少暴力破解攻击的风险：

• 启用账户锁定机制，当检测到一定数量的连续失败尝试后临时或永久锁定账户。
• 采用强密码策略，要求复杂的密码并定期更换密码。
• 使用基于时间的一次性密码（TOTP）或硬件令牌等多因素认证方法。
• 限制特定IP地址或网络范围的访问权限，仅允许受信任的来源建立SSH连接。
• 使用fail2ban或类似工具监控并阻止来自不断尝试登录的恶意IP地址。

3. SSH的安全监测和日志记录

持续的安全监控和详细的日志记录对于及时发现和响应潜在的SSH威胁至关重要。以下是一些建议的最佳实践：

• 配置SSH服务器以记录所有登录尝试和操作的详细日志，包括成功和失败的尝试。
• 定期审查日志文件以识别异常活动，如非授权的登录尝试或不寻常的会话持续时间。
• 实施实时监控解决方案，能够发出警报并对可疑行为做出快速反应。
• 保留并分析历史日志数据，以帮助识别长期的、复杂的威胁模式。

SSH协议详解：安全远程访问的守护神（C/C++代码实现）

这个程序可以用于网络监控和分析，例如检测SSH协议的数据流

#define KEX_INIT  20
#define DH_REQUEST 34
#define DH_GROUP 31
#define DH_INIT 32
#define DH_REPLY 33
#define NEW_KEYS 21

struct Algorithms{
    uint32_t kex_algorithms_len;
    char *kex_algorithms;

    uint32_t s_hkey_algorithms_len;
    char *s_hkey_algorithms;

    uint32_t enc_algorithms_ctos_len;
    char *enc_algorithms_ctos;

    uint32_t enc_algorithms_stoc_len;
    char *enc_algorithms_stoc;

    uint32_t mac_algorithms_ctos_len;
    char *mac_algorithms_ctos;

    uint32_t mac_algorithms_stoc_len;
    char *mac_algorithms_stoc;

    uint32_t comp_algorithms_ctos_len;
    char *comp_algorithms_ctos;

    uint32_t comp_algorithms_stoc_len;
    char *comp_algorithms_stoc;
};


struct SSH_info{
    char c_id_string[255];
    char s_id_string[255];
    struct Algorithms  client_algorithms;
    struct Algorithms  server_algorithms;
};


int proto_ssh_init(void **handle, void *userdata);
int process_ssh_stream(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);
int ssh_callback(int type, void *content, void *userdata);
int proto_ssh_release(void **handle);

int process_id_string(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);
int process_dh_request(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);
int process_dh_group(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);
int process_dh_init(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);
int process_dh_reply(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);
int process_new_keys(void *handle, const char *protodata, int32_t len, int32_t direction);

u_int16_t handle_ethernet(u_char *args, const struct pcap_pkthdr *pkthdr, const u_char *packet)
{
    struct ether_header *eptr;
    eptr = (struct ether_header *) packet;

    fprintf(stdout, "ethernet header source: %s"
            , ether_ntoa(eptr->ether_shost));
    fprintf(stdout, "destination: %s "
            , ether_ntoa(eptr->ether_dhost));
    if(ntohs(eptr->ether_type) == ETHERTYPE_IP)
    {
        fprintf(stdout, "(IP)");
    }else if(ntohs(eptr->ether_type)==ETHERTYPE_ARP)
    {
        fprintf(stdout, "(ARP)");
    }else if(ntohs(eptr->ether_type)==ETHERTYPE_REVARP)
    {
        fprintf(stdout, "(RARP)");
    }else{
        fprintf(stdout, "(?)");
        exit(1);
    }
    fprintf(stdout, "\n");
    return eptr->ether_type;
}

struct my_ip{
    u_int8_t    ip_vhl;
#define IP_V(ip)    (((ip)->ip_vhl & 0xf0) >> 4)
#define IP_HL(ip)   ((ip)->ip_vhl & 0x0f)
    u_int8_t    ip_tos;
    u_int16_t   ip_len;
    u_int16_t   ip_id;
    u_int16_t   ip_off;
#define IP_DF 0x4000
#define IP_MF 0x2000
#define IP_OFFMASK  0x1fff
    u_int8_t    ip_ttl;
    u_int8_t    ip_p;
    u_int16_t   ip_sum;
    struct  in_addr  ip_src, ip_dst;
};

struct my_tcp{
    uint16_t src_port;
    uint16_t dst_port;
    uint32_t seq;
    uint32_t ack;
    uint8_t  data_offset;
#define TH_OFF(tcp)  (((tcp)->data_offset & 0xf0) >> 4 )
    uint8_t  flags;
    uint16_t window_size;
    uint16_t checksum;
    uint16_t urgent_p;
};


u_int8_t handle_IP
(u_char *args, const struct pcap_pkthdr *pkthdr, const u_char *packet)
{
...

    /*jump pass the ethernet header */
    ip = (struct my_ip*)(packet + sizeof(struct ether_header));
    length -= sizeof(struct ether_header);
    
    if(length < sizeof(struct my_ip))
    {
        printf("tructated ip %d", length);
        return 0;
    }

    len = ntohs(ip->ip_len);
    hlen = IP_HL(ip);
    version = IP_V(ip);
    trans_p = ip->ip_p;

    if(version != 4)
    {
        fprintf(stdout, "Unknown version %d\n", version);
        return 0;
    }

    if(hlen<5)
    {
        fprintf(stdout, "bad-hlen %d \n", hlen);
    }

    if(length < len)
        printf("\ntruncated IP - %d bytes missing\n", len-length);

    off = ntohs(ip->ip_off);
    {
        fprintf(stdout, "IP: ");
        fprintf(stdout,"%s -> ", inet_ntoa(ip->ip_src));
        fprintf(stdout,"%s hlen:%d version:%d len:%d off:%d\n", inet_ntoa(ip->ip_dst),hlen,version,len,off);
#define TCP_NUM 6
        if(trans_p == TCP_NUM){
            //fprintf(stdout, "TCP protocol\n");
            return TCP_NUM;
        }
    }
    return 0;
}

void handle_TCP(u_char *args, const struct pcap_pkthdr *pkthdr, const u_char *packet){
...
    
    /*jump pass the ethrnet header */
    ip = (struct my_ip*)(packet + sizeof(struct ether_header));
    ip_hlen = IP_HL(ip)*4; 
    ip_len = ntohs(ip->ip_len);
    
    // jump pass the ip header
    tcp = (struct my_tcp*)((u_char*)ip + ip_hlen);
    uint16_t src_port = ntohs(tcp->src_port);
    uint16_t dst_port = ntohs(tcp->dst_port);
    u_int  data_offset = TH_OFF(tcp)*4;
    printf("ip_len:%d, ip_hlen:%d, data_offset:%d\n",ip_len, ip_hlen, data_offset);
    tcp_len = ip_len - ip_hlen - data_offset;
    
    // handle ssh
    if(src_port == 22 || dst_port == 22){
        int direction;
        if(src_port == 22) direction = 1;  // s -> c
        if(dst_port == 22) direction = 0;  // c -> s
        puts("handle ssh");
        //static void *handle = NULL;
        //printf("handle addr(before init):%x\n", handle);
        //static ssh_cnt = 0;
        //ssh_cnt ++;
        //if(ssh_cnt == 1){
        //    printf("init\n");
        //    proto_ssh_init(&handle, NULL);
        //    printf("handle addr(after init):%x\n", handle);
        //}
        printf("TCP len: %d\n", tcp_len);
        //printf("handle addr(when passed in):%x\n", handle);
        if( tcp_len > 0)
            process_ssh_stream(handle, ((char*)tcp)+ data_offset, tcp_len, direction);
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
...
    if(argc < 3 ){
        fprintf(stdout, "Usage: %s numpackets filepath \"options\"\n", argv[0]);
        return 0;
    }
    ...

    descr = pcap_open_offline(argv[2], errbuf);
    if(descr == NULL)
    { printf("pcap_open_offline(): %s\n", errbuf); exit(1);}

    proto_ssh_init(&handle, NULL);
    pcap_loop(descr, atoi(argv[1]), my_callback, args);
    pcap_close(descr);
    proto_ssh_release(&handle);
    fprintf(stdout, "\nfinished\n");
    return 0;
}

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运行结果：

它的主要功能是捕获网络数据包，解析以太网、IP和TCP层的信息，并处理SSH协议的数据流。

新兴的安全技术和SSH的整合

随着新技术的出现，SSH也可能会整合这些技术来增强其安全能力：

• 多因素认证（MFA）的普及：MFA提供了额外的安全层，并且逐渐成为许多安全敏感环境的标准配置。SSH的未来版本可能会原生支持更多类型的多因素认证方法。
• 机器学习与行为分析：通过集成机器学习算法，SSH可以实现对异常行为的实时检测和响应，从而提前预防潜在的安全威胁。
• 区块链技术的应用：区块链技术有潜力改进数字身份验证和审计日志的管理，为SSH提供一个不可篡改的操作记录。

总结

SSH作为网络安全的基石之一，其未来的发展将继续集中于提升安全性、易用性和适应性。随着新技术的融合和协议自身的更新，我们可以期待一个更加强大且安全的SSH，以保护我们的网络交互不受威胁。

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参考：RFC 4253文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-856485.html

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