运维必知的加密算法与工具实战

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# 生成 ECC 私钥（推荐 Curve25519 或 P-256）
openssl genpkey -algorithm ED25519 -out private.key

# 生成 RSA 4096 私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -pkeyopt rsa_keygen_bits:4096 -out rsa.key

# 生成自签名证书（测试用）
openssl req -x509 -newkey ed25519 \
  -keyout key.pem -out cert.pem \
  -days 365 -nodes \
  -subj "/CN=example.com"

# 查看证书信息
openssl x509 -in cert.pem -text -noout

# 查看证书有效期
openssl x509 -in cert.pem -noout -dates

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# 加密文件（AES-256-GCM，交互输入密码）
openssl enc -aes-256-gcm -salt -pbkdf2 -iter 100000 \
  -in secret.txt -out secret.txt.enc

# 解密
openssl enc -d -aes-256-gcm -pbkdf2 -iter 100000 \
  -in secret.txt.enc -out secret.txt

# 加密并 base64 编码（便于传输）
openssl enc -aes-256-cbc -salt -pbkdf2 -a \
  -in secret.txt -out secret.b64.enc

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# 计算 SHA-256
openssl dgst -sha256 file.tar.gz
sha256sum file.tar.gz  # 或者直接用这个

# 校验文件完整性
echo "abc123...  file.tar.gz" | sha256sum --check

# HMAC（带密钥的哈希，验证来源）
openssl dgst -sha256 -hmac "mysecret" file.txt

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# 查看远端证书链
openssl s_client -connect example.com:443 -showcerts

# 检查证书是否快过期（CI/CD 巡检常用）
openssl s_client -connect example.com:443 2>/dev/null \
  | openssl x509 -noout -enddate

# 测试支持的 TLS 版本和密码套件
openssl s_client -connect example.com:443 -tls1_3
openssl ciphers -v 'TLSv1.3'

# 生成随机密钥（生成 secret key）
openssl rand -hex 32
openssl rand -base64 32

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# 生成密钥对（推荐 Ed25519）
gpg --full-generate-key
# 选择: (9) ECC and ECC → Curve 25519

# 列出密钥
gpg --list-keys
gpg --list-secret-keys

# 导出公钥（给对方）
gpg --export --armor user@example.com > pubkey.asc

# 导入对方公钥
gpg --import pubkey.asc

# 加密文件（用对方公钥）
gpg --encrypt --recipient user@example.com secret.txt
# 生成 secret.txt.gpg

# 解密（用自己私钥）
gpg --decrypt secret.txt.gpg > secret.txt

# 对文件签名（证明是你发的）
gpg --sign --armor secret.txt          # 签名+内容合并
gpg --detach-sign --armor secret.txt   # 分离签名 → secret.txt.asc

# 验证签名
gpg --verify secret.txt.asc secret.txt

# 对称加密（不用密钥对，只用密码）
gpg --symmetric --cipher-algo AES256 secret.txt

# 签名 Git commit（配置后每次 commit 自动签名）
git config --global user.signingkey <KEY_ID>
git config --global commit.gpgsign true
git log --show-signature

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# 安装
brew install age          # macOS
apt install age           # Ubuntu 22.04+

# 生成密钥对
age-keygen -o key.txt
# 输出：Public key: age1ql3z7hjy...

# 用公钥加密
age -r age1ql3z7hjy... secret.txt > secret.txt.age

# 用密钥文件解密
age -d -i key.txt secret.txt.age > secret.txt

# 用密码加密（不用密钥对）
age -p secret.txt > secret.txt.age

# 加密整个目录（配合 tar）
tar czf - ./secrets/ | age -r age1ql3z7hjy... > secrets.tar.gz.age

# 解密
age -d -i key.txt secrets.tar.gz.age | tar xzf -

# 支持 SSH 公钥直接加密（零额外配置）
age -R ~/.ssh/id_ed25519.pub secret.txt > secret.txt.age
age -d -i ~/.ssh/id_ed25519 secret.txt.age > secret.txt

# 加密给多人（payload 只有一份，文件大小几乎不变）
age -r age1alice... -r age1bob... -r age1carol... secret.txt > secret.txt.age

# 直接从 GitHub 拉公钥加密（对方零配置）
curl https://github.com/username.keys | age -R - secret.txt > secret.txt.age

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# 安装
brew install sops

# 配置（.sops.yaml 放在项目根目录）
cat > .sops.yaml << 'EOF'
creation_rules:
  - path_regex: .*secrets.*\.yaml$
    age: age1ql3z7hjy54pw3pywj3gt303988jnsvaa2...
  - path_regex: .*\.prod\.yaml$
    kms: arn:aws:kms:us-east-1:123456789:key/abc123
EOF

# 加密 secrets 文件（只加密 value，key 保持明文）
sops -e secrets.yaml > secrets.enc.yaml

# 原始 YAML：
# db_password: mysupersecret
# api_key: sk-abc123

# 加密后：
# db_password: ENC[AES256_GCM,data:abc...,tag:xyz...,type:str]
# api_key: ENC[AES256_GCM,data:def...,tag:uvw...,type:str]

# 直接编辑加密文件（自动解密→编辑→重新加密）
sops secrets.enc.yaml

# 解密到标准输出
sops -d secrets.enc.yaml

# 取单个值
sops -d --extract '["db_password"]' secrets.enc.yaml

# 在 CI/CD 中使用
export DB_PASSWORD=$(sops -d --extract '["db_password"]' secrets.enc.yaml)

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# 服务还在跑，主动续租（不需要重启服务重新申请）
vault lease renew database/creds/readonly/abc123

# 服务下线，主动释放（立刻删账号，不等到期）
vault lease revoke database/creds/readonly/abc123

# 紧急情况：撤销某服务所有租约（所有密码立即失效）
vault lease revoke -prefix database/creds/readonly/

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{
  "time": "2026-02-20T20:00:01Z",
  "auth": {
    "policies": ["service-a-policy"],
    "metadata": {
      "role": "service-a",
      "pod": "api-server-7d9f-xk2p"    ← 哪个 Pod 申请的
    }
  },
  "request": {
    "path": "database/creds/readonly"  ← 申请了什么
  },
  "response": {
    "data": {
      "username": "hmac-sha256:...",   ← 敏感字段自动 HMAC，日志里看不到明文
      "password": "hmac-sha256:..."
    }
  }
}

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# 启动开发模式（本地测试）
vault server -dev
export VAULT_ADDR='http://127.0.0.1:8200'
export VAULT_TOKEN='root'

# ── KV Secrets ──────────────────────────────────
vault kv put secret/myapp db_password="s3cr3t" api_key="sk-abc123"
vault kv get secret/myapp
vault kv get -field=db_password secret/myapp
vault kv get -format=json secret/myapp | jq -r '.data.data.db_password'

# ── 动态数据库密码 ──────────────────────────────
vault secrets enable database
vault write database/config/mydb \
  plugin_name=postgresql-database-plugin \
  connection_url="postgresql://{{username}}:{{password}}@localhost/mydb" \
  allowed_roles="readonly" \
  username="vaultadmin" password="adminpw"

vault write database/roles/readonly \
  db_name=mydb \
  creation_statements="CREATE ROLE '{{name}}' WITH LOGIN PASSWORD '{{password}}' VALID UNTIL '{{expiration}}'; GRANT SELECT ON ALL TABLES IN SCHEMA public TO '{{name}}';" \
  default_ttl="1h" max_ttl="24h"

# 每次调用生成新临时账号，1小时后自动 DROP
vault read database/creds/readonly

# ── Transit（加密即服务）─────────────────────────
# 不存数据，只提供加解密 API（应用不持有密钥）
vault secrets enable transit
vault write -f transit/keys/myapp-key

vault write transit/encrypt/myapp-key \
  plaintext=$(echo -n "mysecret" | base64)
# 返回: ciphertext: vault:v1:abc123...

vault write transit/decrypt/myapp-key \
  ciphertext="vault:v1:abc123..." \
  | jq -r '.data.plaintext' | base64 -d

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# 生成 Ed25519 密钥（现代首选，比 RSA 更短更快）
ssh-keygen -t ed25519 -C "your@email.com" -f ~/.ssh/id_ed25519

# 生成 RSA 4096（兼容老系统）
ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "your@email.com"

# 查看公钥指纹
ssh-keygen -lf ~/.ssh/id_ed25519.pub
ssh-keygen -lf ~/.ssh/id_ed25519.pub -E sha256   # SHA256 格式

# 从私钥提取公钥
ssh-keygen -y -f ~/.ssh/id_ed25519 > ~/.ssh/id_ed25519.pub

# 修改密钥密码
ssh-keygen -p -f ~/.ssh/id_ed25519

# 证书签名（堡垒机场景，CA 签发 SSH 证书）
# 1. 创建 CA 密钥
ssh-keygen -t ed25519 -f ssh_ca -C "SSH CA"

# 2. CA 签发用户证书（有效期 1 天）
ssh-keygen -s ssh_ca -I "user_alice" \
  -n alice,ubuntu \
  -V +1d \
  ~/.ssh/id_ed25519.pub
# 生成 id_ed25519-cert.pub

# 3. 服务端配置信任 CA（不需要逐台分发公钥）
echo "TrustedUserCAKeys /etc/ssh/ssh_ca.pub" >> /etc/ssh/sshd_config

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# 安装
go install github.com/cloudflare/cfssl/cmd/...@latest

# CA 配置文件
cat > ca-config.json << 'EOF'
{
  "signing": {
    "default": { "expiry": "8760h" },
    "profiles": {
      "server": {
        "usages": ["signing","key encipherment","server auth"],
        "expiry": "8760h"
      },
      "client": {
        "usages": ["signing","key encipherment","client auth"],
        "expiry": "8760h"
      }
    }
  }
}
EOF

# 生成根 CA
cat > ca-csr.json << 'EOF'
{"CN":"My Internal CA","key":{"algo":"ecdsa","size":256},"names":[{"O":"MyOrg"}]}
EOF
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca

# 签发服务证书
cat > server-csr.json << 'EOF'
{"CN":"my-service","hosts":["my-service","my-service.default.svc","localhost"],"key":{"algo":"ecdsa","size":256}}
EOF
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem \
  -config=ca-config.json -profile=server \
  server-csr.json | cfssljson -bare server

# 生成的文件：server.pem（证书）server-key.pem（私钥）

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# 安装
apt install wireguard

# 生成密钥对
wg genkey | tee privatekey | wg pubkey > publickey
wg genpsk > presharedkey  # 额外的对称预共享密钥（可选）

# 服务端配置 /etc/wireguard/wg0.conf
cat > /etc/wireguard/wg0.conf << 'EOF'
[Interface]
Address = 10.0.0.1/24
ListenPort = 51820
PrivateKey = <server_private_key>
PostUp = iptables -A FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
PostDown = iptables -D FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

[Peer]
PublicKey = <client_public_key>
PresharedKey = <preshared_key>
AllowedIPs = 10.0.0.2/32
EOF

# 启动
wg-quick up wg0
systemctl enable wg-quick@wg0

# 查看状态
wg show

# WireGuard 加密原理速览：
# 密钥交换: Curve25519 (ECDH)
# 认证加密: ChaCha20-Poly1305
# 哈希/MAC:  BLAKE2s / HMAC-SHA256
# 所有实现只有 ~4000 行代码，可审计

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# pip install cryptography argon2-cffi

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESGCM
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric.ed25519 import Ed25519PrivateKey
from cryptography.hazmat.primitives.serialization import Encoding, PublicFormat
import os
import base64

# ── AES-256-GCM 对称加密 ────────────────────────────────
def encrypt(plaintext: bytes, key: bytes) -> tuple[bytes, bytes]:
    """返回 (nonce, ciphertext)，nonce 每次必须唯一"""
    aesgcm = AESGCM(key)
    nonce = os.urandom(12)   # 96-bit nonce for GCM
    ciphertext = aesgcm.encrypt(nonce, plaintext, None)
    return nonce, ciphertext

def decrypt(nonce: bytes, ciphertext: bytes, key: bytes) -> bytes:
    aesgcm = AESGCM(key)
    return aesgcm.decrypt(nonce, ciphertext, None)

key = AESGCM.generate_key(bit_length=256)
nonce, ct = encrypt(b"hello secret", key)
print(decrypt(nonce, ct, key))  # b'hello secret'

# ── Ed25519 签名 ────────────────────────────────────────
private_key = Ed25519PrivateKey.generate()
public_key = private_key.public_key()

message = b"deploy version 1.2.3"
signature = private_key.sign(message)

# 验证（签名不对会抛 InvalidSignature 异常）
public_key.verify(signature, message)
print("签名验证通过")

# ── Argon2 密码哈希 ─────────────────────────────────────
from argon2 import PasswordHasher

ph = PasswordHasher(
    time_cost=3,        # 迭代次数
    memory_cost=65536,  # 64MB 内存
    parallelism=2,      # 并行度
)

# 注册时
hashed = ph.hash("user_password_123")
print(hashed)  # $argon2id$v=19$m=65536,t=3,p=2$...

# 登录验证时
try:
    ph.verify(hashed, "user_password_123")
    print("密码正确")
    if ph.check_needs_rehash(hashed):
        hashed = ph.hash("user_password_123")  # 更新 hash 参数
except Exception:
    print("密码错误")

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package main

import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "crypto/ed25519"
    "crypto/rand"
    "crypto/sha256"
    "encoding/hex"
    "fmt"
    "io"
    "golang.org/x/crypto/argon2"
)

// ── AES-256-GCM 加密 ────────────────────────────────────
func encrypt(plaintext, key []byte) ([]byte, error) {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    nonce := make([]byte, gcm.NonceSize())
    if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, nonce); err != nil {
        return nil, err
    }
    // nonce 前置在密文里，解密时取出
    return gcm.Seal(nonce, nonce, plaintext, nil), nil
}

func decrypt(ciphertext, key []byte) ([]byte, error) {
    block, _ := aes.NewCipher(key)
    gcm, _ := cipher.NewGCM(block)
    nonceSize := gcm.NonceSize()
    nonce, ct := ciphertext[:nonceSize], ciphertext[nonceSize:]
    return gcm.Open(nil, nonce, ct, nil)
}

// ── Ed25519 签名 ────────────────────────────────────────
func signAndVerify() {
    pub, priv, _ := ed25519.GenerateKey(rand.Reader)
    message := []byte("deploy v1.2.3")

    sig := ed25519.Sign(priv, message)
    if ed25519.Verify(pub, message, sig) {
        fmt.Println("签名验证通过")
    }
}

// ── SHA-256 哈希 ─────────────────────────────────────────
func hashFile(data []byte) string {
    h := sha256.Sum256(data)
    return hex.EncodeToString(h[:])
}

// ── Argon2id 密码哈希 ────────────────────────────────────
func hashPassword(password string) []byte {
    salt := make([]byte, 16)
    rand.Read(salt)
    // time=3, memory=64MB, threads=2, keyLen=32
    return argon2.IDKey([]byte(password), salt, 3, 64*1024, 2, 32)
}

func main() {
    key := make([]byte, 32)
    rand.Read(key)

    ct, _ := encrypt([]byte("hello secret"), key)
    pt, _ := decrypt(ct, key)
    fmt.Println(string(pt)) // hello secret

    signAndVerify()
    fmt.Println(hashFile([]byte("hello")))
}

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# ❌ 使用弱算法
openssl enc -des ...          # DES 已破解
openssl enc -aes-256-cbc ...  # CBC 模式不带完整性校验

# ❌ 硬编码密钥
API_KEY="sk-abc123"           # 提交到 Git 是灾难

# ❌ 自己实现加密算法
def my_encrypt(data): ...     # 永远不要这样做

# ❌ nonce/IV 重用（AES-GCM 的致命错误）
nonce = b'\x00' * 12          # 固定 nonce = 完全破解 GCM

# ❌ 用 SHA-256 直接存密码
hashlib.sha256(password).hexdigest()  # 彩虹表秒破

# ✅ 正确做法清单
# 1. 用成熟库，不造轮子 (cryptography, libsodium)
# 2. 密钥存 Vault / KMS，不写代码里
# 3. nonce/salt 每次随机生成
# 4. 密码用 Argon2id
# 5. 传输用 TLS 1.3，禁用老版本
# 6. 定期轮换密钥（Vault 支持自动轮换）