Remote Access: das SSH-Protokoll

Last updated on 2025-01-21 | Edit this page

Overview

Questions

  • Wie kann ein Computer (ggf. aus der Ferne) verwaltet werden, auch wenn er keinen Bildschirm hat?

  • Wie kann eine SSH-Verbindung sicher über unsichere Netzwerke hergestellt werden?

Objectives

  • Grundlagen des SSH-Protokolls verstehen

  • SSH-Server sicher konfigurieren

  • Sichere SSH-Verbindungen mit Schlüssel-Authentifikation aufbauen

  • den Raspberry Pi im Headless-Setup aus der Ferne steuern

Das SSH-Protokoll

Server stehen häufig an unzugänglichen Orten (Keller, gekühlte Serverräume, weit entfernte Rechenzentren o.Ä.). Dennoch müssen sie verwaltet werden. Dies wird heutzutage mittels des SSH-Protokolls gemacht (früher wurde das inzwischen veraltete Telnet-Protokoll genutzt).

Das SSH-Protokoll baut eine sichere Verbindung zwischen einem Clientgerät (z.B. Ihrem Notebook) und einem Server (z.B. Ihrem Raspberry Pi) über ein (ggf. auch unsicheres) Netzwerk auf. Über diese Verbindung besteht in der Regel Zugriff auf die Kommandozeile des entfernten Geräts, womit dieses verwaltet werden kann.

Die Verbindung kann aber auch zum Übertragen anderer Daten genutzt werden. So können Dateien übertragen werden (mit dem scp-Befehl), entfernte Dateisysteme lokal genutzt werden (per SSHFS, siehe Wikipedia) oder die graphische Ausgabe eines entfernten Programms lokal dargestellt werden (siehe diesen Heise-Artikel).

Protokoll

Bei einem Protokoll handelt es sich um eine Sammlung genau festgelegter technischer Parameter für den Kommunikationsaustausch zwischen Computern. Ähnlich der Sprache und ihrer Grammatik, auf die sich zwei Menschen zum Kommunizieren einigen. Ein Protokoll hat einen genauen Einsatzzweck und eine klar definierte Funktionsweise. z.B. ist das HTTPS-Protokoll dafür gemacht, Daten zwischen einem Browser und einem Webserver verschlüsselt mittels der TLS-Verschlüsselung zu übertragen. Mehr zum Thema findet sich bei StudySmarter

Das SSH-Protkoll nutzt verschiedene Technologien zur Gewährleistung der sicheren Übertragung. Ähnlich einer HTTPS-Verbindung werden beim Verbindungsaufbau zunächst die Kommunikationsstandards zwischen Client und Server ausgehandelt, dann werden sog. Session-Keys ausgetauscht, welche nur für die aktuelle Verbindung Gültigkeit haben. Mit diesen Session-Keys wird die eigentliche Verbindung in Form einer symmetrischen Verschlüsselung aufgebaut (welche deutliche schneller ist, als die zuvor stattfindende asymetrische Verschlüsselung, siehe dazu auch die Ressourcen von Studyflix zur symetrischen und asymmetrischen Verschlüsselung).

Voraussetzung für die SSH-Verbindung

Sie haben wie in Sitzung 2 besprochen auf Ihrem Raspberry Pi das Raspberry Pi OS installiert. Nun wollen Sie eine SSH-Verbindung von Ihrem Notebook mit Ihrem Raspberry Pi herstellen. Was sind die Bedingungen für eine erfolgreiche SSH-Verbindung?

  1. Netzwerkverbindung: der Server muss im Netzwerk erreichbar sein. Dazu müssen entweder Server und Client im selben Netzwerk (z.B. demselben Heimnetzwerk) sein oder der Server muss im Internet erreichbar sein.

  2. Software: Auf dem Raspberry Pi muss die SSH-Server-Software installiert sein (das Paket openssh-server) und auf dem Client ein SSH-Client-Programm (das OpenSSH-Client-Programm für die Kommandozeile ist i.d.R. auf allen PCs installiert. Für Windows kann auch das graphische Programm Putty installiert werden).

  3. Berechtigungen: die Anmeldung am entfernten Server ist nur möglich, wenn Sie die Berechtigungen haben. Sie benötigen also einen Account auf dem Raspberry Pi OS und dessen Passwort.

  4. Firewall: eine etwaige Firewall am Server muss die SSH-Verbindung zulassen

  5. Identifizierung: der Server muss für eine ordentliche Verbindung eindeutig identifizierbar sein. Dies geschieht durch sogenannte Host-Keys, die bei der erstmaligen Verbindung vom Server zum Client übertragen werden und manuell akzeptiert werden müssen. Ändert sich der Host-Key (z.B. nach einer Neuinstallation oder weil ein bösartiger Akteur sich als Ihren Raspberry Pi ausgibt) und passt nicht mehr zum ursprünglich übertragenen Key, schlägt die Verbindung fehl. Erst wenn der neue Key akzeptiert wird ist eine Verbindung wieder möglich (gespeicherte Keys finden Sie in der Datei know_hosts.conf im Verzeichis .ssh in Ihrem persönlichen Ordner).

Grundlegender Verbindungsaufbau

Wenn die Voraussetzungen stimmen (siehe Vorraussetzungen für die SSH-Verbindung), kann eine einfache SSH-Verbindung mit folgendem Befehl aufgebaut werden: ssh <user>@<server> Dabei ist <user> der Username am entferten Gerät und <server> ist die Adresse des Servers. Die Adresse kann entweder in Form einer IP-Adresse (z.B. 192.168.178.10) oder als Hostname (z.B. mein-cloudserver) angegeben werden. Die Variante mit dem Hostnamen funktioniert jedoch nur, wenn dieser im lokalen Netzwerk bekannt ist (z.B. in einem Heimnetzwerk im Router eingezeigt wird).

SSH-Verbindung

  • So bauen Sie eine einfache SSH-Verbindung auf: ssh <user>@<server>

Schlüssel-Authtenfikation

Die einfache SSH-Verbindung genügt zwar schon, um das entfernte System zu verwalten. Allerdings kann eine angreifende Person versuchen, den Usernamen und das Passwort zu erraten und damit Zugriff auf den Server erlangen (leider sind Passwörter häufig nicht allzu kreativ erdacht). Um dies zu verhindern, kann die Verbindung zusätzlich gesichert werden:

  • am Client, indem statt Passwörtern kaum zu erratende Schlüssel zur Anmeldung genutzt werden

  • am Server, indem zu häufige Fehlanmeldungen zu einem Blockieren führen

Die Anmeldung per Schlüssel erfolgt mit einem Schlüsselpaar. Ein solches Schlüsselpaar besteht aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Während der öffentliche Schlüsse herausgegeben werden kann, muss der private Schlüssel privat bleiben und sollte das eigene Gerät niemals verlassen. Vereinfacht kann man sich das Konzept wie ein Vorhängeschloss und den dazugehörigen Schlüssel vorstellen. Das Schloss ist in dieser Analogie der öffentliche Schlüssel und wird in geöffnetem Zustand an den Server übergeben. Dieser “verschließt” damit die Tür zum SSH-Server. Zwar können alle sehen, dass Ihr (öffentliches) Schloss an der Tür hängt, aber nur Sie können mit Ihrem privaten Schlüssel die Tür wieder öffnen.

Aufgrund der komplexen krytpographischen Struktur der Schlüssel sind diese deutlich schwerer bis gar nicht zu erraten. Zusätzlich empfiehlt es sich, den privaten Schlüssel mit einer Passphrase vor unbfugtem Zugriff zu schützen. Dann muss jedes mal, wenn der private Schlüssel genutzt wird, ein zusätzliches Passwort eingegeben werden.

Schlüsselauthentifikation

Für eine sichere SSH-Verbindung empfiehlt es sich, auf Passwörter zu verzichten und sich stattdessen mit einem Schlüsselpaar zu authentifizieren.

Ist ein Schlüsselpaar erzeugt, erfolgt die Verbindung wie folgt: ssh <user>@<server> -i <Pfad-zum-privaten-schlüssel>. Mit dem Befehlsparameter -i wird der Pfad zum privaten Schlüssel am Client angegeben.

Schlüsselpaar erstellen

Die Erstellung eines Schlüsselpaars erfolgt am Client. Dazu wird auf der Kommandozeile (“Eingabeaufforderung” unter Windows) folgender Befehl abgesetzt: ssh-keygen -t <Schlüsseltyp> -b <Schlüssellänge> Es müssen Angaben zum Speicherort und der Passphrase gemacht werden. Wird kein Speicherort angegeben, wird das Schlüsselpaar im Ordner .ssh des Benutzerverzeichnisses gespeichert.

Es stehen unterschiedliche Schlüsseltypen- und -längen zur Verfügung:

  • RSA: weit verbreitet, kann mit sehr viel Rechenaufwand evtl. geknackt werden (siehe letzter Absatz dieses Artikels). Als Schlüssellänge sollte 4096 bit gewählt werden.

  • ecdsa: ist ein neueres Verfahren, das aber kurze Schlüssel nutzt.

  • ed25519: ist ein neues Verfahren, das auf sog. elliptische Kurven setzt und als am sichersten gilt. Dieses Verfahren empfehle ich zu nutzen.

Zur Wahl des Schlüsseltyps gibt es bei goteleport.com eine informative Vergleichstabelle.

WICHITG

Das Schlüsselpaar muss am Client erstellt werden. Sonst ist der private Schlüssel bereits mit der Erstellung auf einem fremden Gerät und damit kompromittiert.

Schlüssel übertragen

Ist das Schlüsselpaar erzeugt, muss der öffentliche (und nur der öffentliche!) Schlüssel zum Server übertragen werden (nur zur Erinnerung: nur der öffentliche Schlüssel wird übertragen). Dies kann je nach Betriebssystem des Clients unterschiedlich bewerkstelligt werden.

Konfiguration des SSH-Servers

Um die Sicherheit des SSH-Servers weiter zu erhöhen, sollten einige Einstellungen am Server vorgenommen werden. Dies kann nach erfolgreicher SSH-Verbindung getan werden. Die Konfigurationsdatei für den SSH-Server findet sich unter /etc/ssh/sshd_config und kann mit dem nano-Editor bearbeitet werden.

Folgende Änderungen sollten an der Konfigurationsdatei vorgenommen werden:

  • Nur spezifischen Usern eine SSH-Verbindung erlauben (neue Zeile ergänzen): AllowUsers <username>

  • Anmeldung mit Passwort verbieten und nur per Schlüssel erlauben (vorhande Zeilen ändern):

PasswordAuthentication no
PubkeyAuthentication yes
KbdInteractiveAuthentication no
UsePAM no

  • Standardport ändern: #Port 22 ändern zu Port <eine Nummer größer 1024>

  • Root-User-Anmeldungen verbieten: PermitRootLogin no

  • Zeit für erfolgreiche Anmeldeversuche auf 30 Sekunden limitieren: LoginGraceTime 30

  • Leere Passwörter verbieten: PermitEmptyPasswords no

  • Abmeldung bei Inaktivität: ClientAliveInterval 300 und ClientAliveCountMax 0

Nach Änderungen an der Konfiguration eines Programms muss dieses in der Regel neu gestartet werden, um die neue Konfiguration zu übernehmen. Dies geschieht für den SSH-Server mit dem Befehl sudo systemctl restart sshd.service (siehe dazu auch das Callout zu systemd)

Weitere Anpassungen des SSH-Servers sind je nach eigenem Sicherheitsbedürfnis möglich. Z.B. finden sich bei cyberciti.biz einige weitere Möglichkeiten.

Möchte man sich nun per SSH anmelden, müssen die vorgenommenen Änderungen berücksichtigt werden. V.a. muss die geänderte Portnummer angegeben werden: ssh -p <Portnummer> -i <Pfad-zum-privaten-Schlüssel> <user>@<server>

Programme mit systemd Steuern

Programme können unter Debian-basierten Systemen mit dem Systemd-Dienst gesteuert werden. Voraussetzung dafür ist, dass eine sog. Unit-Datei vorhanden ist (i.d.R. unter /etc/systemd/system zu finden). Die Dienste können v.a. gestartet, gestoppt, neugestartet und geprüft werden. Der Systemd-Dienst wird mit dem Befehl systemctl (kurz für systemcontrol) bedient:

  • Programm starten: sudo systemctl start <Servicename>

  • Programm stoppen: sudo systemctl stop <Servicename>

  • Programm neustarten sudo systemctl restart <Servicename>

  • Status überprüfen: sudo systemctl status <Servicename>

  • Ein Programm zum Autostart hinzufügen: sudo systemctl daemon-reload && sudo systemctl enable <Servicename>

Key Points

  • das SSH-Protokoll erlaubt den Zugriff auf die Kommandozeile entfernter Computer

  • zur Erhöhung der Sicherheit empfiehlt sich die Nutzung eines Schlüsselpaares anstatt eines Passworts

  • zur Reduzierung der Angriffsfläche sollte die Konfiguration des SSH-Servers angepasst werden

  • ein privater (SSH-)Schlüssel darf niemals das eigene Gerät verlassen

  • der Aufbau der SSH-Verbindung geschieht wie folgt: ssh -p <Portnummer> -i <Pfad-zum-privaten-Schlüssel> <user>@<server>