用 PGP 保護代碼完整性（五）：將子密鑰移到一個硬體設備中
在本系列教程中，我們將提供一個使用 PGP 的實用指南。如果你沒有看過前面的文章，你可以通過下面的鏈接去查看。在這篇文章中，我們將繼續討論如何保護你的密鑰，談一談將你的子密鑰移到一個專門的硬體設備中的一些技巧。
清單
- 取得一個 GnuPG 兼容的硬體設備（必要）
- 配置 GnuPG 在設備上工作（必要）
- 設置用戶和管理員的 PIN（必要）
- 移動子密鑰到設備中（必要）
考慮事項
雖然現在主密鑰已經不用擔心泄露或失竊了，但子密鑰仍然在你的家目錄中。任何得到它的人都能夠解密你的通訊或假冒你的簽名（如果他們知道密鑰的密碼）。並且，每次執行一個 GnuPG 操作都要將密鑰載入到操作系統內存中，這將使一些更高級的惡意軟體有機會得到你的密鑰（想想 Meltdown 和 Spectre）。
完全保護密鑰的最好方式就是，將它移到一個專門的硬體設備中，這種硬體設備是一個可操作的智能卡。
智能卡的好處
一個智能卡包含一個加密晶元，它能夠存儲私鑰，並且直接在智能卡內部執行秘密操作。因為密鑰內容從來沒有離開過智能卡，計算機操作系統並不能檢索你插入的智能卡上的私鑰。這與前面用於備份目的的加密 USB 存儲是不同的 —— 雖然 USB 設備也是插入並解密的，但操作系統是能夠去訪問私鑰內容的。使用外置的加密 USB 介質並不能代替智能卡設備的功能。
智能卡的一些其它好處：
- 它們很便宜且易於獲得
- 它們小巧且易於攜帶
- 它們可以用於多種設備上
- 它們中的很多都具有防篡改功能（取決於製造商）
可用的智能卡設備
智能卡最初是嵌入到真實錢包大小的卡中，故而得名智能卡。你肯定可以買到並使用 GnuPG 功能的智能卡，並且它們是你能得到的最便宜的可用設備之一。但是，事實上智能卡有一個很重要的缺點：它們需要一個智能卡讀卡器，只有極小數的筆記本電腦上有這種讀卡器。
由於這個原因，製造商開始推出小型 USB 設備，它的大小和 U 盤類似，內置有微型智能卡，並且在晶元上簡單地實現了智能卡協議特性。下面推薦幾個這樣的設備：
- Nitrokey Start：開源硬體和自由軟體，可用於 GnuPG 的最便宜的選擇之一，但是額外的安全特性很少。
- Nitrokey Pro：類似於 Nitrokey Start，它提供防篡改及更多的安全特性（但沒有 U2F，具體查看指南的 U2F 節）。
- Yubikey 4：專利硬體和軟體，但比 Nitrokey Pro 便宜，並且可以用在最新的筆記本電腦上的 USB-C 介面；也提供像 U2F 這樣的額外的安全特性。
我們推薦選一個同時具備智能卡功能和 U2F 的設備，在寫這篇文章時，只能選擇 Yubikey 4。
配置智能卡設備
你的智能卡設備插入任何一台現代的 Linux 或 Mac 工作站上都應該能正常工作。你可以通過運行如下的命令去驗證它：
$ gpg --card-status如果你沒有收到錯誤，有一個完整的卡列表，就表示一切正常。不幸的是，排除為什麼設備不能正常工作的所有可能原因，已經超出了本指南的範圍。如果你的智能卡使用 GnuPG 時有問題，請通過你的操作系統的常見支持通道尋求支持。
PIN 不一定是數字
注意，儘管名為 「PIN」（暗示你它必須是一個「數字」），不論是用戶 PIN 還是管理員 PIN 都不必非要是數字。
當你收到一個新設備時，它可能設置有一個默認的用戶和管理員 PIN，對於 Yubikey，它分別是 123456 和 12345678。如果它們的 PIN 不是默認的，請查看設備附帶的說明書。
快速設置
為配置你的智能卡，你需要使用 GnuPG 菜單系統，因此這裡並沒有更方便的命令行開關：
$ gpg --card-edit
[...omitted...]
gpg/card> admin
Admin commands are allowed
gpg/card> passwd你應該去設置用戶 PIN (1)、管理員 PIN (3)、和重置碼 (4)。請確保把它們記錄並保存到一個安全的地方 —— 尤其是管理員 PIN 和重置碼（它允許你去擦除整個智能卡內容）。你很少使用到管理員 PIN，因此如果你不記錄下來，很可能會忘掉它。
返回到智能卡主菜單，你也可以設置其它值（比如名字、性別、登入日期、等等），但是這些都不是必需的，一旦你的智能卡丟失了，將導致額外的信息泄露。
將子密鑰移到你的智能卡中
退出卡菜單（使用 q 命令）保存所有更改。接下來，我們將你的子密鑰移到智能卡中。將需要用到你的 PGP 密鑰的密碼，在大多數的智能卡操作中都將用到管理員 PIN。記住，那個 [fpr] 表示你的密鑰的完整的 40 個字元的指紋。
$ gpg --edit-key [fpr]
Secret subkeys are available.
pub rsa4096/AAAABBBBCCCCDDDD
created: 2017-12-07 expires: 2019-12-07 usage: C
trust: ultimate validity: ultimate
ssb rsa2048/1111222233334444
created: 2017-12-07 expires: never usage: E
ssb rsa2048/5555666677778888
created: 2017-12-07 expires: never usage: S
[ultimate] (1). Alice Engineer <alice@example.org>
[ultimate] (2) Alice Engineer <allie@example.net>
gpg>使用 --edit-key 再次進入到菜單模式，你將注意到那個密鑰清單有一點小差別。從現在開始，所有的命令都是在這個菜單模式下運行，它用 gpg> 提示符來表示。
首先，我們來選擇移到智能卡中的密鑰 —— 你可以通過鍵入 key 1（它表示選擇清單中的第一個密鑰）來實現：
gpg> key 1這個輸出會有一點細微的差別：
pub rsa4096/AAAABBBBCCCCDDDD
created: 2017-12-07 expires: 2019-12-07 usage: C
trust: ultimate validity: ultimate
ssb* rsa2048/1111222233334444
created: 2017-12-07 expires: never usage: E
ssb rsa2048/5555666677778888
created: 2017-12-07 expires: never usage: S
[ultimate] (1). Alice Engineer <alice@example.org>
[ultimate] (2) Alice Engineer <allie@example.net>注意與密鑰對應的 ssb 行旁邊的 * —— 它表示這是當前選定的密鑰。它是可切換的，意味著如果你再次輸入 key 1，這個 * 將消失，這個密鑰將不再被選中。
現在，我們來將密鑰移到智能卡中：
gpg> keytocard
Please select where to store the key:
(2) Encryption key
Your selection? 2由於它是我們的 [E] 密鑰，把它移到加密區中是有很有意義的。當你提交了你的選擇之後，將會被提示輸入你的 PGP 密鑰的保護密碼，接下來輸入智能卡的管理員 PIN。如果命令沒有返回錯誤，表示你的密鑰已經被移到智能卡中了。
重要： 現在再次輸入 key 1 去取消選中第一個密鑰，並輸入 key 2 去選擇 [S] 密鑰：
gpg> key 1
gpg> key 2
gpg> keytocard
Please select where to store the key:
(1) Signature key
(3) Authentication key
Your selection? 1你可以使用 [S] 密鑰同時做簽名和驗證，但是我們希望確保它在簽名區，因此，我們選擇 (1)。完成後，如果你的命令沒有返回錯誤，表示操作已成功。
最後，如果你創建了一個 A 密鑰，你也可以將它移到智能卡中，但是你需要先取消選中 key 2。完成後，選擇 q：
gpg> q
Save changes? (y/N) y保存變更將把你的子密鑰移到智能卡後，把你的家目錄中的相應子密鑰刪除（沒有關係，因為我們的備份中還有，如果更換了智能卡，你需要再做一遍）。
驗證移動後的密鑰
現在，如果你執行一個--list-secret-keys 操作，你將看到一個稍有不同的輸出：
$ gpg --list-secret-keys
sec# rsa4096 2017-12-06 [C] [expires: 2019-12-06]
111122223333444455556666AAAABBBBCCCCDDDD
uid [ultimate] Alice Engineer <alice@example.org>
uid [ultimate] Alice Engineer <allie@example.net>
ssb> rsa2048 2017-12-06 [E]
ssb> rsa2048 2017-12-06 [S]在 ssb> 的輸出中的 > 表示子密鑰僅在智能卡上有效。如果你進入到你的密鑰目錄中，查看目錄的內容，你將會看到那個 .key 文件已經被存根替換：
$ cd ~/.gnupg/private-keys-v1.d
$ strings *.key這個輸出將包含一個影子私鑰，它表示那個文件僅是個存根，真正的內容在智能卡中。
驗證智能卡的功能
驗證智能卡能否如期正常運行，你可以通過創建一個簽名來驗證：
$ echo "Hello world" | gpg --clearsign > /tmp/test.asc
$ gpg --verify /tmp/test.asc首次運行這個命令時將詢問你智能卡的 PIN，在你運行 gpg —verify 之後，它將顯示 「Good signature」。
祝賀你，你已經成功將竊取你的開發者數字身份變得更加困難了！
其它常見 GnuPG 操作
下面是使用你的 PGP 密鑰需要做的一些常見操作的快速指南。
在下面的所有命令中，[fpr] 表示你的密鑰指紋。
掛載主密鑰離線存儲
下面的一些操作將需要你的主密鑰，因此首先需要去掛載你的主密鑰離線存儲，並告訴 GnuPG 去使用它。首先，找出介質掛載路徑，可以通過查看 mount 命令的輸出找到它。接著，設置你的 GnuPG 目錄為你的介質上備份的目錄，並告訴 GnuPG 將那個目錄做為它的家目錄：
$ export GNUPGHOME=/media/disk/name/gnupg-backup
$ gpg --list-secret-keys確保你在輸出中看到的是 sec 而不是 sec#（這個 # 表示密鑰不可用，仍然使用的是慣常的那個 Home 目錄）。
更新你慣常使用的那個 GnuPG 工作目錄
在你的離線存儲上做了任何更改之後，你應該將這些更改同步應用到你慣常使用的工作目錄中：
$ gpg --export | gpg --homedir ~/.gnupg --import
$ unset GNUPGHOME延長密鑰過期日期
我們創建的主密鑰的默認過期日期是自創建之日起兩年後。這樣做都是為安全考慮，這樣將使淘汰密鑰最終從密鑰伺服器上消失。
延長你的密鑰過期日期，從當前日期延長一年，只需要運行如下命令：
$ gpg --quick-set-expire [fpr] 1y如果為了好記住，你也可以使用一個特定日期（比如，你的生日、1 月 1 日、或加拿大國慶日）：
$ gpg --quick-set-expire [fpr] 2020-07-01記得將更新後的密鑰發送到密鑰伺服器：
$ gpg --send-key [fpr]吊銷身份
如果你需要吊銷一個身份（比如，你換了僱主並且舊的郵件地址不再有效了），你可以使用一行命令搞定：
$ gpg --quick-revoke-uid [fpr] 'Alice Engineer <aengineer@example.net>'你也可以通過使用 gpg --edit-key [fpr] 在菜單模式下完成同樣的事情。
完成後，記得將更新後的密鑰發送到密鑰伺服器上：
$ gpg --send-key [fpr]下一篇文章中，我們將談談 Git 如何支持 PGP 的多級別集成。
通過來自 Linux 基金會和 edX 的免費課程 「Linux 入門」學習更多 Linux 知識。
作者：KONSTANTIN RYABITSEV 譯者：qhwdw 校對：wxy
本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive
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