實作 SSH 金鑰登入：公鑰私鑰原理、ssh-keygen 產生金鑰，到連上 DigitalOcean 伺服器
上一篇講完雜湊與 Salt 之後，這一節終於要把這些知識實際用在 SSH 金鑰上：從公鑰私鑰的加密原理講起，實際產生一組金鑰，加進 DigitalOcean，最後真正登入伺服器。
SSH 背後的公開金鑰加密原理
SSH 採用的是公開金鑰加密（public key encryption，也稱公開金鑰密碼學）。一組 SSH 金鑰由兩個部分組成，稱為 SSH 金鑰對（key pair）：
- 公鑰（public key）：可以任意分享出去，貼在網路上、貼在社群媒體都沒關係
- 私鑰（private key）：只有自己知道，絕不能外流
公鑰的作用是用來加密資料或訊息，可以把它想像成一種雜湊函式（或加了 Salt 的雜湊函式）：任何人都可以用這把公鑰加密一段訊息傳給你，但只有擁有對應私鑰的人才能把它解密。這代表即使把訊息公開喊出來，除了持有私鑰的那個人，沒有人能看懂內容，這是相對於帳號密碼而言強大得多的驗證方式。
把這個概念套用在密碼上：如果密碼能用只有自己知道的私鑰運算，其他人即使看到加密後的內容，也完全無法還原出原始密碼，這正是 SSH 之所以遠比帳號密碼、甚至比生物辨識更強的原因。SSH 全名是 secure socket shell（安全外殼協定），代表的就是一種安全連線伺服器的方式。
實際連線時，私鑰永遠留在自己的電腦上，絕不外傳；即使真的需要備份，也頂多存放在安全的 USB 上，一般不建議這麼做，通常做法是需要新的裝置時，直接產生一組新的 SSH 金鑰，而不是把原本的私鑰複製來複製去。伺服器端同樣擁有自己的一組公鑰與私鑰，雙方傳送的每一則訊息都用對方的公鑰加密，也就是說，即使有人在通訊過程中攔截封包，看到的也只是一堆無意義的亂碼，因為沒有任何一方的私鑰在傳輸過程中外流。
產生 SSH 金鑰
依照慣例，SSH 金鑰放在家目錄（home directory）底下的 .ssh 目錄裡；檔名開頭的 . 代表這是隱藏檔案，可以用 ls -la 的 -a 參數查看。系統預設的私鑰檔名通常是 id_rsa，公鑰檔名則一定以 .pub 結尾。這個副檔名非常關鍵，只要檔名沒有 .pub，就絕對不能分享出去。
產生金鑰要用 ssh-keygen 這個工具：
bash
ssh-keygen執行時可以自訂金鑰檔名，例如取名為 fsfe（Full Stack Front End 的縮寫），方便辨識這是這門課專用的金鑰。過程中會被要求輸入密碼短語（passphrase）：一般建議設定，這樣即使電腦被入侵、金鑰檔案外洩，攻擊者還是需要這組密碼短語才能使用私鑰，多一層保護。ssh-keygen 產生金鑰後，還會顯示一段用 SHA256 算出的指紋（fingerprint）與 randomart 圖形，這張圖本身沒有實際功能，純粹是讓人可以快速用肉眼辨識不同金鑰之間的差異。
金鑰產生後，可以用 cat 查看公鑰內容，會看到一串可以公開分享的文字；如果改看私鑰內容，會發現長度明顯長得多，因為私鑰牽涉到成本較高的非對稱加密（asymmetric cryptography）運算。這也是為什麼並非所有通訊都採用像 SHA256 這樣昂貴的加密方式：如果每秒要處理幾百萬次這種運算，會迅速耗盡運算資源，因此系統會依照使用情境，在對稱加密（symmetric cryptography）與非對稱加密之間做取捨。
SSH 金鑰有一個有趣的特性：即使把 .ssh 目錄裡的檔案清單全部秀出來也沒關係，因為檔名本身不包含任何機密資訊，這正是它遠優於過去那種把密碼直接存成一個叫 password 的檔案的年代。
為什麼要設定密碼短語
密碼短語存在的意義，是為了防範電腦本身被入侵、私鑰被竊取的情況，SSH 金鑰的安全性終究取決於它存放位置的安全性，這點與生物辨識加密不同。生物辨識的風險在於，一旦有心人士能取得你本人的指紋（甚至用脅迫手段），這道防線同樣會被突破，世界上不存在完美的安全機制。不過如果攻擊者已經入侵到能拿到本機私鑰檔案的程度，通常代表已經有更嚴重的問題，設定密碼短語終究只是多一道保險，是一個值得養成的好習慣。
把公鑰加進 DigitalOcean
金鑰產生好之後，下一步是把公鑰內容複製到 DigitalOcean。可以用 cat 搭配檔名裡的關鍵字、透過 grep 篩選出想要的金鑰檔案，快速在一堆檔案裡找到目標，再用 cat 顯示 .pub 檔案內容並手動複製；如果系統有安裝 pbcopy 這類剪貼簿工具也可以用，但為了盡量減少額外安裝的軟體，用滑鼠選取複製一樣可行。
回到瀏覽器，在建立 Droplet 時選擇 SSH key 作為身份驗證方式（而不是密碼），點選新增 SSH Key，把剛剛複製的公鑰貼上，並取一個名稱方便識別。接著可以視需要幫伺服器主機命名：伺服器數量少的時候名稱無關緊要，但如果同時管理幾百台伺服器，有沒有清楚標示這是 Node 伺服器、資料庫伺服器還是負載平衡器，差別會非常大，而且伺服器一旦命名之後要再改名往往很麻煩，命名這件事本身值得認真對待。
建立 Droplet 時偶爾會遇到某個資料中心（例如 SFO1）暫時沒有可用容量的狀況，這時候換一個資料中心（例如 SFO2）重新建立即可，作業系統一樣選擇 Ubuntu LTS、最陽春最便宜的方案，並選擇剛剛新增好的 SSH 金鑰。
登入伺服器
伺服器建立好之後會被分配一個 IP 位址，一開始的登入使用者一律是 root（後續步驟會建立專屬的一般使用者，不會長期使用 root 登入）。連線指令用 ssh，並用 -i 參數指定私鑰檔案路徑（如果私鑰檔名就是預設的 id_rsa，可以省略這個參數）：
bash
ssh -i fsfe root@<伺服器IP>第一次連線時，系統會詢問是否要信任這台主機的身分（authenticity），輸入 yes 即可繼續。如果金鑰設定無誤，就會成功登入伺服器，成功用 SSH 金鑰完成了第一次登入。這整套流程剛開始操作起來會覺得步驟繁瑣，但熟悉之後很快就會變成不假思索的固定動作，後續也還有辦法讓這個流程變得更快。
登入之後會發現自己是以 root 身分在操作這台跑著 Ubuntu 的伺服器，而長期用 root 帳號操作其實並不恰當，什麼是 root、為什麼不該一直用它，會在下一節接著說明。
複習
SSH 金鑰對由哪兩個部分組成？
公鑰（可以公開分享出去）與私鑰（只有金鑰擁有者自己知道）。
SSH 金鑰的副檔名有什麼慣例？
私鑰沒有副檔名，公鑰一律以 .pub 結尾。
用什麼指令產生 SSH 金鑰？
ssh-keygen。
SSH 金鑰預設存放在哪裡？
使用者家目錄底下的 .ssh 目錄。
公開金鑰加密為什麼在通訊安全上特別強大？
任何人都可以用公鑰加密訊息，但只有持有對應私鑰的人才能解密，即使通訊過程被攔截，攔截者拿到的也只是無法解讀的加密內容。
小測驗
SSH 金鑰對由哪兩個部分組成？
公鑰與私鑰用什麼指令產生一組 SSH 金鑰對？
ssh-keygen使用者的 SSH 金鑰慣例上存放在哪裡？
家目錄底下的 .ssh 目錄此文章是 FrontendMasters 上的 Full Stack Fundamentals, v3 課程筆記
