SSH 加密與 HMAC：安全傳輸的核心機制

在現代網路安全中，SSH（Secure Shell）是一種不可或缺的安全通訊協議，主要用於遠端登入與資料傳輸。SSH 如何確保傳輸資料的機密性與完整性？這篇文章將帶你了解 SSH 的加密流程，並解釋 HMAC 在其中的作用。

---

1. SSH 加密流程概覽

SSH 的安全性來自三個核心技術：

1. 金鑰交換（Key Exchange）：確保雙方能安全共享 Session Key
2. 對稱加密（Symmetric Encryption）：使用 Session Key 加密訊息
3. 訊息完整性驗證（Message Integrity Check）：使用 HMAC 防止資料篡改

當使用者透過 SSH 連線到遠端伺服器時，SSH 會先進行金鑰交換，然後透過對稱加密保護通訊，並透過 HMAC 驗證完整性。

---

2. SSH 金鑰交換（Key Exchange）

SSH 使用 Diffie-Hellman（DH）或 Curve25519（ECDH） 來交換 Session Key，確保 Client 與 Server 之間能安全共享對稱加密金鑰。

流程：

1. Client 與 Server 產生各自的隨機私鑰（a 與 b）。

2. 透過 DH/ECDH 演算法計算公開金鑰 A 和 B，並交換。

3. 雙方計算相同的 共享金鑰 K，計算公式如下：

   K = B^a mod p = A^b mod p

4. Server 使用 SSH Host Key 簽署 K，Client 透過已知的 Server 公鑰驗證身份。

最終，雙方取得相同的 Session Key（K），用於後續的加密通訊。

---

3. SSH 訊息加密（Encryption）

完成金鑰交換後，SSH 會使用 對稱加密 來保護資料。

常見的加密演算法：

• ChaCha20-Poly1305（推薦，速度快，安全性高）
• AES-GCM（傳統選擇，適合硬體加速）

範例（使用 AES）：

Encrypted_Message = AES( Session_Key, Plaintext )

這確保傳輸的內容即使被攔截，也無法被解讀。

---

4. SSH 訊息完整性驗證（HMAC）

即使訊息被加密，仍可能遭到竄改攻擊。為此，SSH 使用 HMAC（Hashed Message Authentication Code） 來確保完整性。

HMAC 的作用是：

1. 計算 加密訊息的 HMAC 值。

   HMAC = HMAC-SHA256( Session_Key, Encrypted_Message )

2. 附加 HMAC 到封包尾端。

3. 伺服器收到封包後，重新計算 HMAC，確認資料未被竄改。

HMAC 只是完整性驗證機制，不是加密技術，它確保資料未被惡意篡改。

---

5. 總結：SSH 的安全機制

步驟	技術	用途
金鑰交換	curve25519-sha256	產生 Session Key K
對稱加密	aes128-gcm / chacha20-poly1305	加密 SSH 資料
完整性驗證（HMAC）	hmac-sha2-256	確保封包未被篡改