做了一个用于登录 SSH 的 USB Key，成本低至 9.9 元

[44670]

由于直接用密码不方便并且不安全，相信很多人都会配置使用公私钥来登录 SSH 主机。
然而，直接在电脑里存储私钥文件实际上是非常不安全的：电脑上任何一个能读取用户目录的软件都有可能偷走私钥然后做坏事。
比较可信赖的方式是做一个专门的 USB Key 设备，实现 SSH 登录时用到的公私钥认证算法，这样一来电脑上就不会存储私钥了。
YubiKey 支持 SSH 登录，但是除了价格问题以外，另一个问题是 YubiKey 对 SSH 登录的支持不是原生的，在 Windows 下需要依赖 Windows Crypto API/SmartCard API 这些黑箱，其它平台上也需要 OpenPGP 这样的软件套一至多层实现，配置起来可能会很复杂并且总觉得不够可靠。

所以我觉得有必要自己做一个专门用于登录 SSH 的 USB Key ，并且尽量简化功能和降低成本。

基于以下几点原因，最后选择了 ESP32/ESP32-C3 芯片：
1. ESP32 系列自带安全启动、存储加密功能，一定程度上可以防止硬件上的秘密被物理读取。
2. 价格非常便宜，目前淘宝上卖得最多的一家 ESP32-C3 开发板只需 9.9 元（限购 10 件）。
3. 有 WiFi/BLE 功能，未来或许可以做成无线的。

已经在 ESP32 开发板上测试通过，几乎所有的 ESP32/ESP32-C3 开发板都可以直接使用。

也在计划做自己的硬件，打算提供一个带灯的按钮，用户按下物理按钮可以确认登录操作。

PC 端用 Go 实现了一个 ssh-agent ，可以转发 SSH 身份认证请求到设备端、由设备端完成签名操作。

特点：
1. 设备端只专注 ed25519 签名一件事情，代码<1K LOC （不含第三方库），容易审计。
2. 私钥完全在设备端产生，不会传递到外部，不依赖 Windows Crypto API/SmartCard API 之类的黑箱。
3. 私钥通过 SHA256 算法，结合设备端存储的随机种子+用户密码产生。设备本身不存储 /验证某个特定的用户密码，用户每次输入不同的密码即可以直接使用不同的 ed25519 公私钥对。
4. 使用外部的独立 USB 转串口芯片，避免软件 USB 协议栈的潜在漏洞影响设备的安全性。
5. 可以通过单一的 Go 写的工具，实现设备的初始化、ssh-agent 等全部功能，不需要安装额外的软件。

使用方法：
1. 安装 ESP-IDF 环境、构建 44Key 项目后刷入任意一个 ESP32/ESP32-C3 开发板里。
2. 运行 44KeyTool -port COMx -format ，初始化设备。需要在键盘上随便输入些字符，用于给设备端生成随机种子提供一部分熵。（在设备管理器里确认具体的串口号，替换 COMx ）
3. 运行 44KeyTool -port COMx ，输入自己的密码后，即可开启 ssh-agent ，此时终端会显示输出公钥。
4. 把公钥添加到目标服务器的~/.ssh/authorized_keys ，下次就可以直接用 USB Key 登录啦。

项目地址：
硬件（准备中）： https://oshwhub.com/44670/miniusbkey
固件： https://github.com/44670/44Key
PC 端软件： https://github.com/44670/44KeyTool

目前是一个可以在 Windows 上工作的原型，实现了 SSH 认证所需的全部功能，不过安全启动和存储加密还没默认启用。

欢迎提供各种想法！

EDIT:
做了一款带屏幕的硬件：

[adoal]

好新潮，居然用 RISC-V

[44670]

@adoal RISC-V 很便宜！

[thedrwu]

yubikey 嫌太贵，之前有人用这个搞过 1$的 openpgp key 。看了一眼过程，没 3d 打印机打印壳。放弃

[44670]

@thedrwu M5Stack 做了好多款带外壳的开发板，不过价格稍微贵了点。

[adoal]

不是很建议用 CH340 ，一来这玩意需要装厂家的私有协议驱动，二来它不加外部闪存的话 USB 没有序列号字段（它的阉割版 CH341 甚至连加闪存放序列号的可能性都没有），换换槽插可能 COM 端口号就变掉了。最好是选一个用 CDC/ACM 协议的，并带序列号字段的。MCU 的 USB 协议栈一般都有 CDC/ACM 的 sample ，不过你担心协议栈实现不靠谱的话那不太好找，容易买到的大概只有 Holtek 的。

[44670]

@adoal 在考虑外挂一个便宜的 USB MCU ，bl702 那种似乎还不错。

[44670]

@adoal 有一个新出的 CH343P ，内置 EEPROM 可以配置 VID/PID ，淘宝上 9.9 ESP32C3 开发板用的正好就是那个。

[mineralsalt]

没这个必要吧, 如果个人电脑数据都沦陷了, 那那那, 不用活了

[adoal]

@44670 查了一下居然是 CDC/ACM 和私有双协议的……

[44670]

@adoal M1 Mac 也能支持了

[rockyzhang]

EdDSA 默认用了 SHA-512 吧，用不着再弄一个 SHA-256 的库了，好像 MCU 也带 SHA 硬件加速器和 TRNG
https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-c3_datasheet_en.pdf

[44670]

@rockyzhang 感谢提醒！

确实可以把 ed25519-donna 的 sha2 实现替换掉（之前以为 ed25519 用的是 sha3 ）。

ESP32 自带了 SHA 加速器，不过应该不打算去用那个。

硬件 TRNG 利用了 RF 电路的无线噪声，似乎得初始化整个 WiFi 才可用。

目前用的是 esp32 bootloader 使用的 RNG ，熵源是内部的 ADC 电路。ESP-IDF 文档推荐在不用 WiFi 的情况下可以用这个。

[shunia]

每次看你们这些搞硬件的聊天，都有一种我妈看我写代码的既视感

[november]

ssh -i /u 盘 /.ssh/key user@domain

[cweijan]

666, 很酷的想法

[zagfai]

@november 根本不是一回事。。。。

[lucifer9]

不是，你们生成 ssh key 都不用 passphrase 的？

[Chad0000]

@shunia #13 对于软件开发人员来说，就像产品经理看代码。稍稍好那么一丢丢。

[zliea]

我觉得还是做一个手机蓝牙的 ssh key 吧。
讲道理有硬件一是不方便，二是绝大部分人都是把 Key 插在电脑上不动了，其实和扔计算机上没毛线区别。
如果担心 ssh key 被读取，ssh key 有加密。

[zliea]

@lucifer9 一般自己电脑上不加，只有远程的机器上加一个。

[ysc3839]

@adoal 个人在用 HT42B534 的 USB 串口，这个是直接用 USB CDC 协议的。不选 CH340 是因为以前用的是 PL2303 的，然后厂家在新驱动里去掉了旧芯片的支持，用旧驱动时不时会蓝屏，最终只能直通进 Linux 虚拟机里用，超麻烦。

[loading]

前段时间做了个 canokey ，还没正式用，焊接难度爆表（ t12 小 k 头）
https://github.com/canokeys/canokey-hardware

[knightdf]

@lucifer9 自己电脑从来不加，麻烦自己

[lucifer9]

@knightdf 麻烦在哪里呢，不管是 ssh-agent 还是 gpg-agent 不都挺方便的么，当然要是经常重启自己机器那当我没说

[BQsummer]

@shunia 我妈问我整天画蚯蚓干啥

[cnkuner]

问一下，硬件出问题了怎么办，比如产品的 USB 挂了。

[Dreax]

@44670 https://github.com/cnlohr/espusb 有人做了纯软件 USB 不知道怎么样

[t123yh]

@44670 esp32s2 支持 USB

[cccer]

@cnkuner 硬件 KEY 一般都是设置 2-3 个，主 KEY 坏了可以先用备用的登录。

[ihipop]

要是坏了，和所有机器失联。。
什么⊙∀⊙？备份一个秘钥在机器上？那有什么意义？

[CallMeReznov]

CH340 在 centos 的驱动甚至需要自己重新编译替换,否则工作上不是太顺利
具体可以看这个
https://github.com/juliagoda/CH341SER

[jiezhi]

不懂硬件，能不能用个虚拟磁盘（可加密）模拟这个 USB ？用的时候挂载，不用的时候卸载。

[adoal]

@jiezhi USB key 和 U 盘的区别。前者是个计算设备，私钥不出 key ，电脑上获取不到私钥内容，后者哪怕盘是加密的但文件总要被原样读入到电脑一次。

[jiezhi]

@adoal #33 明白了

[yolee599]

使用串口还要安装驱动，USB CDC 的话也要驱动，而且换一个 USB 接口串口号就变了。最好用 USB HID ，免驱，通过 VID/PID 识别设备，不用关心串口号的问题

[EPr2hh6LADQWqRVH]

像这种设备能够很好抵御灰尘水淹撞击强磁静电吗。。

我的 AMD 显卡现在猫从旁边过就能挂逼，已经 PTSD

[adoal]

@yolee599 串口号变的原因是握手时返回的设备 ID 里没有序列号字段，这个不难解决。至于驱动，Windows 10 已经带公版 sys 和 inf 了，7 和 8 里其实有 sys ，只是缺一个不挑 VID/PID 的 inf 而已，这个倒也也不难解决。

[44670]

@lucifer9 那个如果密码简单的话是容易被暴力破解的，设置复杂的密码又会容易觉得麻烦。

[44670]

@t123yh 软件的 USB 协议栈容易出现安全问题，iPhone 和 Switch 的 bootrom 都有翻车的历史。

[44670]

@cnkuner 我的理解是 SSH Key 一般是即抛型的，如果丢失了就应该在服务器上重新设置别的公钥。

如果加密货币硬件钱包的话，会在生成密钥的同时输出一套助记词，可以把它写在纸上用于找回私钥。

[44670]

@ysc3839 PL2303 是真的垃圾，厂商自己在上传 Windows Update 的驱动里下毒淘汰旧芯片，也没人管管。

以后再也不会用这家公司的产品。

[adoal]

@44670 但是看 C3 的 spec 里的说法，它的 CDC uart 好像是芯片内置的，而且是单一的 CDC 功能，所以可能并不是 SDK 里的软件实现

[44670]

@adoal C3 有两个 USB 硬件（不过只能同时使用一个），一个是硬件 USB JTAG+CDC ，另一个是给软件协议栈用的。

第一版硬件我用的是自带的 USBCDC ，然而它的问题非常多，在很多情况下都有可能把上位机或者下位机陷入死锁的状态。

那个 USB CDC 是用一个 FIFO 和 MCU 通信的，然而那个 FIFO 不管是空了还是满了都会把上下两端堵死。

所以下一版硬件我还是换成了外挂芯片的方案（这大概也是淘宝上的 ESP32-C3 开发板、包括乐鑫官方的，都用了独立 USB-UART 芯片的原因）。

[44670]

@44670 说错了，C3 只有一个 USB CDC ，S3 有两个。

[lucifer9]

@44670 #38 几周或者一个月输入一次还行吧，还省得长时间不用自己都忘了

[lingex]

XC6206 额定 200mA,
C3 WiFi 发送时最大要求 350mA, 未来扩展可能不太够哦

[iamwho]

把 ssh key 存入 keepass ，成本低至 0 元。

[44670]

@lingex 好像是的！有好用的 LDO 推荐么？

@iamwho 这个好像和之前提到的加 passphase 存储私钥没有区别。

[xuboying]

这个思路很 cool!
但是如果只是用来做 sshkey 认证，和已经使用了 2FA 的 ssh 认证相比，是不是并没有提高太多安全性？
有没有别的地方可以应用这个技术？

[lingex]

@44670 #48 可以换 SPX3819 500mA

[hihanley]

持续关注

[leavic]

我不用这类玩意的原因是不能备份，一旦硬件损坏极其操蛋。

[44670]

@lingex 目前暂且换成了 JLC 可以贴片的 AMS1117 ，
sipex 的怎么样，容易坏么？

[44670]

@xuboying 我也是第一次看到 ssh 也可以用 2FA ，但是感觉这样有点多余并且似乎没有解决问题（仍然是 Secret 明文存储在设备上，不过变成了多个）

[starqoq]

而且你买到的 CH343P 绝大部分是山寨的。没错，山寨芯片，只能用旧版驱动，一更新驱动就不工作了。

[lingex]

@44670 #53 我用来给双核的 ESP32 供电，用了 4~5 片，还没碰到过坏的。

[agagega]

比较合理的验证方式是硬件 Key+二次验证（ Windows Hello/Touch ID ）

[44670]

@agagega 可以在设备上做一个按钮，对登录操作进行二次确认。

@starqoq 有山寨的是 CH340 、CH343P 是最近新出的芯片。

[dreampet]

还有一个方案：
使用 ESP-8266 模块（比如，ESP8266-12F 价格 6 元）， 然后通过软件协议栈( https://github.com/cnlohr/espusb)模拟 USB HID 协议，直接免驱使用

[xuboying]

@44670 #54 你启发了我考虑使用 TPM2.0 作为 sshkey 存储。https://donjon.ledger.com/ssh-with-tpm/

不管大家的需求如何，还是很赞赏你的思路，在程序员眼里感觉搞硬件很牛！

[44670]

@xuboying TPM 这个感觉好多问题啊。。
TPM 的固件本身就是由厂商各自实现的黑箱，并且 TPM 和 CPU 的数据通信、认证流程也未必是安全的，总之一堆问题，感觉安全性还不如 passphase 保护的密钥文件。

M1 mac 的 Secure Enclave 是可以考虑的！然而目前它只支持一个认为有问题的椭圆曲线，不支持 RSA/ed25519 之类的。


@dreampet 第一次发现 esp8266 有 usb ，学到了。
不过 esp8266 没有安全启动 /Flash 加密的功能，所以没有考虑。并且目前 C3 和 8266 差不多便宜。

[rockyzhang]

@44670 TPM 一般都有认证流程的，都需要 EAL 4+的安全认证，ESP32 还远远不到，也就是拿了个 secure-boot 的东西，签名算法的时候可以被侧信道攻击，不过没有别人物理接触，还可以认为问题不大

[xuboying]

@44670 #61 好吧，持续关注

给一个建议。实现一个 firefox 或者其他浏览器扩展，让 firefox 的密码存储调用这个 usb 设别。并把密码保存在 usb 设备上，不知道是否可行。。。

[iamwho]

@44670 多两层啊

[adoal]

@44670 理论上应该是 key 找不回了就应该生成新的，服务器端重置公钥，但实操中真遇到这种事就伤筋动骨搞死人了……甚至，按理说，在不使用硬件的情况下，都应该每个终端上生成自己独用的并加到服务器，而不应该把别的终端上的私钥拷出来……然并卵

[44670]

@rockyzhang 问题在于 TPM 检查的是操作系统内核的完整性，而不是用户身份，甚至不会检查操作系统的登录口令。即使操作系统内核是完整的，也无法避免上面运行恶意软件，所以感觉安全性还不如 passphase 保护的密钥文件。
并且 CPU 和 TPM 的通信多数情况下是明文的，有人简单嗅探一下就拿到了 Key 。
CPU 内置的 TPM 可以避免明文通信的问题，但是其它的问题还是存在。EAL4 只是认证芯片是否达到了设计目标，没有对固件做审计（好像 EAL6 会做），并且也不能保证整个安全体系就是没问题的。

Secure Enclave 至少可以强制指纹 /人脸认证。


ESP32 早期版本的安全启动存在侧信道漏洞，厂商声称新出的 ESP32 芯片缓解了侧信道攻击的问题，不过还没有人测试。感觉要完全防御侧信道攻击还需要很多工作。

[44670]

@xuboying 可以用 sha256(secretKey+网站域名)来给每个网站生成独立的密码！

不过 mozilla 最近似乎出问题了，到处给山寨币代言。我自己是打算逐渐从 firefox 换到别的浏览器。

[44670]

@adoal 如果真的真的需要备份的话，可以考虑硬件上加一个屏幕，提供一次显示助记词的机会。
但是这样成本又增加了，不太想做。

[riiygh]

用 pam_oath 是不是也可以。

[crayygy]

硬件 key 最怕的是不是硬件丢失这个问题...

[XiLingHost]

@crayygy 确实，做大了不方便携带，做小了容易丢

[wooyuntest]

@ztechstack yubikey 做 ssh 认证的时候，会要求用户去物理触摸一下 yubikey 来完成签名，否则 yubikey 不会签名。这样来防御远程调用一直插着的 key 来签名。而且如果是设定的时间窗口内第一次使用 key 来签名，在要求触摸之前，openpgpagent 还会要求用户输入 PIN 码来解锁 yubikey ，解锁以后并触摸 yubikey 才能完成签名。

[mlboy]

不懂就问，这和银行 u 盾原理一样吗？

[parametrix]

@mlboy 本质上是一样的

[pmispig]

硬件 key 损坏丢失不是什么问题。怕损坏可以配置多个硬件，并且预留一个 txt 私钥，放到 U 盘里锁起来。
丢失可以直接在服务器去掉这个 key

[44670]

@pmispig 最好写在纸上，U 盘的数据保持时间还不如 esp32 板子。

[xuboying]

开个脑洞
既然 OP 这么在意 key 的安全，愿意制作硬件，干脆再更进一步，让硬件每隔一分钟算一个新的 sshkey ，服务器修改一下 pem 认证模块，支持动态 sshkey 认证，实现类似 4096 位长的 2fa 效果。
还可以更进一步修改一下 ssh 协议，服务器每隔一分钟请求客户端认证一次，失败就 kickout 。

[ZeroClover]

我选择直接 SSH Certificate ，基本不需要关心上述全部问题。

[44670]

把 USB 串口芯片换成了 CH554 ，一个带 USB 功能的 8051 MCU ，价格还便宜一些。

[rockyzhang]

@44670 我记得是上一代不是侧信道问题，而是被 Fault Injection 了，后来找了 Riscure 做了 Secure-Boot 代码的加强。DPA 这块似乎没有说。

[44670]

@rockyzhang 原来如此。感觉侧信道还是很难防御的，在考虑要不要增加一块 ATSHA204A 。

[laydown]

ssh 上 2fa ，只需要带手机就行了，也不用多余的硬件去插本地机器物理端口，随便哪台联网机器哪个平台都能用。

楼主的是一种思路，但不觉得很实用。

[knightgao2]

做出来了踢我下，我来小白鼠

[44670]

@knightgao2 现在就可以在淘宝 9.9 元的 ESP32-C3 开发板上运行了。不过大概年后才能发货。

[2NUT]

很有意思表示关注

其实银行送的 u 盾 是一次加密硬件普及机会

[SteveLee]

看起来很有意思的项目，前两天整了个[Canokey]( https://blog.lyh.moe/2022/01/02/%E6%95%B4%E4%BA%86%E4%B8%AA%E5%B0%8F%E4%B8%9C%E8%A5%BF-Canokey/#more)，这东西算是个 Yubikey 的平替。
OpenSSH 现在有 FIDO2 的支持，所以像是 Yubikey 这样的设备可以用来做 SSH 密钥。
不过不管是 Canokey 还是 Yubikey 还是太贵了，楼主这个项目成本很低，关注下

[44670]

买的 9.9 元 ESP32C3 开发板到货了，成功刷入并开启加密。

[zbinlin]

涨价了吗？没搜到 9.9 的

[44670]

@zbinlin 我买的那个 9.9 的似乎下架了，其它的价格在 18 元左右。

[44670]

今天逛淘宝的时候发现 9.9 的开发板又可以买了。

另外自己做了一套带屏幕的硬件，成本略高不过还能控制在 30 元之内。


带屏幕的好处是可以在设备端查看、备份助记词，设备丢失后还能通过助记词恢复。

[sobigfish]

@44670 哪家集成的的 ESP32C3 ，求搜索关键词。
我买的要安装 ch34X 驱动 就很不爽

[sobigfish]

@44670 我看 CH343G datasheet www.wch.cn/products/CH343.html 上 pin 2 是 txd 啊
我不懂装懂的问：是不是接反了？😂

[44670]

@sobigfish openluat ，他们家 9.9 的板子是集成免驱动的 CH343P 的

pin2 确实是 txd ，但是 RXD 、TXD 是要交叉接的。

[naiba]

硬件靠谱可以改称冷钱包了

[44670]

@naiba 自带 WiFi ，甚至可以在设备上完成交易。

[wc7086]

@44670 为什么好几个电阻是空的

[wc7086]

有没有考虑加上 gnupg

[44670]

@wc7086 有些电阻不是必需的，做样品的时候懒得焊接了。gnupg 在考虑中。

[wc7086]

还有一点，我觉得无线没必要用 wifi 或蓝牙，徒增功耗和体积，不如用 NFC 。而且 wifi/蓝牙的安全风险都比 NFC 大。

[44670]

@wc7086 NFC 的话难以兼容 PC ，目前暂时没启用无线功能。