一、什麼是SSH
SSH是英文Secure Shell的簡寫形式。通過使用SSH，你可以把所有傳輸的數據進行加密，這樣"中間人"這種攻擊方式就不可能實現了，而且也能夠防止DNS欺騙和IP欺騙。使用SSH，還有一個額外的好處就是傳輸的數據是經過壓縮的，所以可以加快傳輸的速度。SSH有很多功能，它既可以代替Telnet，又可以爲FTP、Pop、甚至爲PPP提供一個安全的"通道"。
二、SSH 基本框架
SSH協議框架中最主要的部分是三個協議：
* 傳輸層協議（The Transport Layer Protocol）提供服務器認證，數據機密性，信息完整性 等的支持；
* 用戶認證協議（The User Authentication Protocol） 則爲服務器提供客戶端的身份鑑別；
* 連接協議（The Connection Protocol） 將加密的信息隧道複用成若干個邏輯通道，提供給更高層的應用協議使用； 各種高層應用協議可以相對地獨立於SSH基本體系之外，並依靠這個基本框架，通過連接協議使用SSH的安全機制。
同時SSH協議框架中還爲許多高層的網絡安全應用協議提供擴展的支持。它們之間的層次關係可以用如下圖來表示：
三、主機密鑰機制
對於SSH這樣以提供安全通訊爲目標的協議，其中必不可少的就是一套完備的密鑰機制。由於SSH協議是面向互聯網網絡中主機之間的互訪與信息交換，所以主機密鑰成爲基本的密鑰機制。也就是說，SSH協議要求每一個使用本協議的主機都必須至少有一個自己的主機密鑰對，服務方通過對客戶方主機密鑰的認證之後，才能允許其連接請求。一個主機可以使用多個密鑰，針對不同的密鑰算法而擁有不同的密鑰，但是至少有一種是必備的，即通過 DSS算法產生的密鑰。關於DSS算法，請參考[FIPS-186]。
SSH協議關於主機密鑰認證的管理方案有兩種，如下圖所示：
每一個主機都必須有自己的主機密鑰，密鑰可以有多對，每一對主機密鑰對包括公開密鑰和私有密鑰。在實際應用過程中怎樣使用這些密鑰，並依賴它們來實現安全特性呢？如上圖所示，SSH協議框架中提出了兩種方案。
在第一種方案中，主機將自己的公用密鑰分發給相關的客戶機，客戶機在訪問主機時則使用該主機的公開密鑰來加密數據，主機則使用自己的私有密鑰來解密數據，從而實現主機密鑰認證，確定客戶機的可靠身份。在圖2（a）中可以看到，用戶從主機A上發起操作，去訪問，主機B和主機C，此時，A成爲客戶機，它必須事先配置主機B和主機C的公開密鑰，在訪問的時候根據主機名來查找相應的公開密鑰。對於被訪問主機（也就是服務器端）來說則只要保證安全地存儲自己的私有密鑰就可以了。
在第二種方案中，存在一個密鑰認證中心，所有系統中提供服務的主機都將自己的公開密鑰提交給認證中心，而任何作爲客戶機的主機則只要保存一份認證中心的公開密鑰就可以了。在這種模式下，客戶機在訪問服務器主機之前，還必須向密鑰認證中心請求認證，認證之後才能夠正確地連接到目的主機上。
很顯然，第一種方式比較容易實現，但是客戶機關於密鑰的維護卻是個麻煩事，因爲每次變更都必須在客戶機上有所體現；第二種方式比較完美地解決管理維護問題，然而這樣的模式對認證中心的要求很高，在互聯網絡上要實現這樣的集中認證，單單是權威機構的確定就是個大麻煩，有誰能夠什麼都能說了算呢？但是從長遠的發展來看，在企業應用和商業應用領域，採用中心認證的方案是必要的。
另外，SSH協議框架中還允許對主機密鑰的一個折中處理，那就是首次訪問免認證。首次訪問免認證是指，在某客戶機第一次訪問主機時，主機不檢查主機密鑰，而向該客戶都發放一個公開密鑰的拷貝，這樣在以後的訪問中則必須使用該密鑰，否則會被認爲非法而拒絕其訪問。
四、SSH 的工作過程
在整個通訊過程中，爲實現 SSH的安全連接，服務器端與客戶端要經歷如下五個階段：
* 版本號協商階段，SSH目前包括 SSH1和SSH2兩個版本， 雙方通過版本協商確定使用的版本
* 密鑰和算法協商階段，SSH支持多種加密算法， 雙方根據本端和對端支持的算法，協商出最終使用的算法
* 認證階段，SSH客戶端向服務器端發起認證請求， 服務器端對客戶端進行認證
* 會話請求階段， 認證通過後，客戶端向服務器端發送會話請求
* 交互會話階段 ，會話請求通過後，服務器端和客戶端進行信息的交互
1 . 版本號協商階段
1. 服務器打開端口 22，等待客戶端連接。
2. 客戶端向服務器端發起 TCP初始連接請求，TCP連接建立後，服務器向客戶端發送第一個報文，包括版本標誌字符串，格式爲“SSH－<主協議版本號>.<次協議版本號>－<軟件版本號>”，協議版本號由主版本號和次版本號組成，軟件版本號主要是爲調試使用。
3. 客戶端收到報文後，解析該數據包，如果服務器端的協議版本號比自己的低，且客戶端能支持服務器端的低版本，就使用服務器端的低版本協議號，否則使用自己的協議版本號。
4. 客戶端迴應服務器一個報文，包含了客戶端決定使用的協議版本號。服務器比較客戶端發來的版本號，決定是否能同客戶端一起工作。
5. 如果協商成功，則進入密鑰和算法協商階段，否則服務器端斷開 TCP連接。
Note： 版本號協商階段報文都是採用明文方式傳輸的。
2. 密鑰和算法協商階段
1. 服務器端和客戶端分別發送算法協商報文給對端，報文中包含自己支持的公鑰算法列表、加密算法列表、MAC（Message Authentication Code，消息驗證碼）算法列表、壓縮算法列表等;
2. 服務器端和客戶端根據對端和本端支持的算法列表得出最終使用的算法。
3. 服務器端和客戶端利用 DH交換（Diffie-Hellman Exchange）算法、主機密鑰對等參數，生成會話密鑰和會話 ID。
通過以上步驟，服務器端和客戶端就取得了相同的會話密鑰和會話ID。
* 對於後續傳輸的數據，兩端都會使用會話密鑰進行加密和解密，保證了數據傳送的安全
* 在認證階段，兩端會使用會話 ID用於認證過程。
Note：
在協商階段之前，服務器端已經生成 RSA或 DSA密鑰對，他們主要用於參與會話密鑰的生成。
3. 認證階段
1. 客戶端向服務器端發送認證請求，認證請求中包含用戶名、認證方法、與該認證方法相關的內容（如：password認證時，內容爲密碼）。
2. 服務器端對客戶端進行認證，如果認證失敗，則向客戶端發送認證失敗消息，其中包含可以再次認證的方法列表。
3. 客戶端從認證方法列表中選取一種認證方法再次進行認證。
4. 該過程反覆進行， 直到認證成功或者認證次數達到上限， 服務器關閉連接爲止。
SSH提供兩種認證方式：
1. password認證：客戶端向服務器發出 password認證請求，將用戶名和密碼加密後發送給服務器；服務器將該信息解密後得到用戶名和密碼的明文，與設備上保存的用戶名和密碼進行比較，並返回認證成功或失敗的消息。
2. publickey 認證：採用數字簽名的方法來認證客戶端。目前，設備上可以利用RSA和 DSA兩種公共密鑰算法實現數字簽名。客戶端發送包含用戶名、公共密鑰和公共密鑰算法的 publickey 認證請求給服務器端。服務器對公鑰進行合法性檢查，如果不合法，則直接發送失敗消息；否則，服務器利用數字簽名對客戶端進行認證，並返回認證成功或失敗的消息
SSH2.0還提供了 password-publickey 認證和 any 認證:
1. password-publickey 認證：指定該用戶的認證方式爲 password 和 publickey認證同時滿足。客戶端版本爲 SSH1的用戶只要通過其中一種認證即可登錄；客戶端版本爲 SSH2的用戶必須兩種認證都通過才能登錄。
2. any認證：指定該用戶的認證方式可以是 password，也可以是 publickey。
4.會話請求階段
1. 服務器等待客戶端的請求；
2. 認證通過後，客戶端向服務器發送會話請求；
3. 服務器處理客戶端的請求。請求被成功處理後， 服務器會向客戶端迴應 SSH_SMSG_SUCCESS包，SSH進入交互會話階段；否則迴應 SSH_SMSG_FAILURE包，表示服務器處理請求失敗或者不能識別請求。
5.交互會話階段
在這個模式下，數據被雙向傳送：
1. 客戶端將要執行的命令加密後傳給服務器;
2. 服務器接收到報文，解密後執行該命令,將執行的結果加密發還給客戶端;
3. 客戶端將接收到的結果解密後顯示到終端上.
五、SSH的應用
首先，SSH最常見的應用就是，用它來取代傳統的Telnet、FTP等網絡應用程序，通過SSH登錄到遠方機器執行你想進行的工作與命令。在不安全的網路通訊環境中，它提供了很強的驗證（authentication）機制與非常安全的通訊環境。實際上，SSH開發者的原意是設計它來取代原UNIX系統上的rcp、rlogin、rsh等指令程序的；但經過適當包裝後，發現它在功能上完全可以取代傳統的Telnet、FTP等應用程序。
傳統 BSD 風格的 r 系列指令（如 rcp，rsh，rlogin）往往都被視爲不安全的，很容易就被各種網絡攻擊手段所破解，幾乎所有找得到有關UNIX安全的書或文件，都會一而再、再而三地警告系統管理者，留心r系列指令的設定，甚至要求系統管理者將r系列指令通通關閉。
而用來替代r系列指令的SSH，則在安全方面做了極大的強化，不但對通訊內容可以進行極爲安全的加密保護，同時也強化了對身份驗證的安全機制，它應用了在密碼學（Cryptography）中已發展出來的數種安全加密機制，如 Symmetric Key Cryptography，Asymmetric Key Cryptography， One-way Hash Function，Random-number Generation等，來加強對於身份驗證與通訊內容的安全保護。通訊時資料的加密有IDEA，three-key triple DES，DES，RC4-128，TSS，Blowfish 等數種多種安全加密算法可供選擇，加密的key則是通過 RSA 進行交換的。資料的加密可以對抗IP spoofing，RSA這種非對稱性的加密機制則可用來對抗DNS spoofing與IP routing spoofing，同時RSA也可以進行對主機身份的驗證。
其次，通過使用用SSH可以在本地主機和遠程服務器之間設置"加密通道"，並且這樣設置的"加密通道"可以跟常見的Pop應用程序、X應用程序、Linuxconf應用程序相結合，提供安全保障。
SSH的"加密通道"是通過"端口轉發"來實現的。你可以在本地端口（沒有用到的）和在遠程服務器上運行的某個服務的端口之間建立"加密通道"。然後只要連接到本地端口。所有對本地端口的請求都被SSH加密並且轉發到遠程服務器的端口。當然只有遠程服務器上運行SSH服務器軟件的時候"加密通道"才能工作。
六、SSH Q&A
Q1: SSH的版本和區別。
SSH2避免了RSA的專利問題，並修補了CRC的缺陷。SSH2用數字簽名算法（DSA）和Diffie-Hellman（DH）算法代替RSA來完成對稱密鑰的交換，用HMAC來代替CRC。同時SSH2增加了AES和Twofish等對稱加密算法。
A1: SSH(Secure SHell)到目前爲止有兩個不兼容的版本——SSH1和SSH2。SSH1又分爲1.3和1.5兩個版本。SSH1採用DES、3DES、 Blowfish和RC4等對稱加密算法保護數據安全傳輸，而對稱加密算法的密鑰是通過非對稱加密算法（RSA）來完成交換的。SSH1使用循環冗餘校驗碼（CRC）來保證數據的完整性，但是後來發現這種方法有缺陷。
更多內容請參考The SSHv1 Protocol & The SSHv2 Protocol
Q2: 什麼是HMAC？
A2: HMAC(Hash Message Authentication Code) ，散列消息鑑別碼，基於密鑰的Hash算法的認證協議。消息鑑別碼實現鑑別的原理是，用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值作爲認證標識，用這個標識鑑別消息的完整性。使用一個密鑰生成一個固定大小的小數據塊，即MAC，並將其加入到消息中，然後傳輸。接收方利用與發送方共享的密鑰進行鑑別認證等。
Q3: 什麼是X11 forwarding？
A3: sh的X11 forwarding特性可以使X client和X server安全地通訊。使用X11 forwarding後，從X client到X Server方向的數據先被送至ssh server，ssh server利用和ssh client的安全通道轉發給ssh client，再由ssh client轉發給X server，從X server到X client的數據流同理。這裏ssh server和ssh client充當了X client和X server間數據的轉發器，由於ssh server和X client、ssh client和X server一般在同一臺機器上，它們之間是一種安全的進程間通訊，而ssh server和ssh client間的通訊也是安全的，所以X client和X server間的通訊就是安全的。
Q4: 什麼是TTY？
A4: 終端是一種字符型設備，它有多種類型，通常使用tty來簡稱各種類型的終端設備。tty是 Teletype的縮寫。Teletype是最早出現的一種終端設備，很象電傳打字機，是由Teletype公司生產的。設備名放在特殊文件目錄/dev/下。
Q5: 簡單描述下SSH運行的過程？
A5:簡要過程如下：
* Client端向Server端發起SSH連接請求。
* Server端向Client端發起版本協商。
* 協商結束後Server端發送Host Key公鑰 Server Key公鑰，隨機數等信息。到這裏所有通信是不加密的。
* Client端返回確認信息，同時附帶用公鑰加密過的一個隨機數，用於雙方計算Session Key。
* 進入認證階段。從此以後所有通信均加密。
* 認證成功後，進入交互階段。