用 PGP 保护代码完整性（五）：将子密钥移到一个硬件设备中
在这个系列教程中，将为你提供使用 PGP 和保护你的私钥的最佳体验。
在本系列教程中，我们将提供一个使用 PGP 的实用指南。如果你没有看过前面的文章，你可以通过下面的链接去查看。在这篇文章中，我们将继续讨论如何保护你的密钥，谈一谈将你的子密钥移到一个专门的硬件设备中的一些技巧。
清单
- 取得一个 GnuPG 兼容的硬件设备（必要）
- 配置 GnuPG 在设备上工作（必要）
- 设置用户和管理员的 PIN（必要）
- 移动子密钥到设备中（必要）
考虑事项
虽然现在主密钥已经不用担心泄露或失窃了，但子密钥仍然在你的家目录中。任何得到它的人都能够解密你的通讯或假冒你的签名（如果他们知道密钥的密码）。并且，每次执行一个 GnuPG 操作都要将密钥加载到操作系统内存中，这将使一些更高级的恶意软件有机会得到你的密钥（想想 Meltdown 和 Spectre）。
完全保护密钥的最好方式就是，将它移到一个专门的硬件设备中，这种硬件设备是一个可操作的智能卡。
智能卡的好处
一个智能卡包含一个加密芯片，它能够存储私钥，并且直接在智能卡内部执行秘密操作。因为密钥内容从来没有离开过智能卡，计算机操作系统并不能检索你插入的智能卡上的私钥。这与前面用于备份目的的加密 USB 存储是不同的 —— 虽然 USB 设备也是插入并解密的，但操作系统是能够去访问私钥内容的。使用外置的加密 USB 介质并不能代替智能卡设备的功能。
智能卡的一些其它好处：
- 它们很便宜且易于获得
- 它们小巧且易于携带
- 它们可以用于多种设备上
- 它们中的很多都具有防篡改功能（取决于制造商）
可用的智能卡设备
智能卡最初是嵌入到真实钱包大小的卡中，故而得名智能卡。你肯定可以买到并使用 GnuPG 功能的智能卡，并且它们是你能得到的最便宜的可用设备之一。但是，事实上智能卡有一个很重要的缺点：它们需要一个智能卡读卡器，只有极小数的笔记本电脑上有这种读卡器。
由于这个原因，制造商开始推出小型 USB 设备，它的大小和 U 盘类似，内置有微型智能卡，并且在芯片上简单地实现了智能卡协议特性。下面推荐几个这样的设备：
- Nitrokey Start：开源硬件和自由软件，可用于 GnuPG 的最便宜的选择之一，但是额外的安全特性很少。
- Nitrokey Pro：类似于 Nitrokey Start，它提供防篡改及更多的安全特性（但没有 U2F，具体查看指南的 U2F 节）。
- Yubikey 4：专利硬件和软件，但比 Nitrokey Pro 便宜，并且可以用在最新的笔记本电脑上的 USB-C 接口；也提供像 U2F 这样的额外的安全特性。
我们推荐选一个同时具备智能卡功能和 U2F 的设备，在写这篇文章时，只能选择 Yubikey 4。
配置智能卡设备
你的智能卡设备插入任何一台现代的 Linux 或 Mac 工作站上都应该能正常工作。你可以通过运行如下的命令去验证它：
$ gpg --card-status
如果你没有收到错误，有一个完整的卡列表，就表示一切正常。不幸的是，排除为什么设备不能正常工作的所有可能原因，已经超出了本指南的范围。如果你的智能卡使用 GnuPG 时有问题，请通过你的操作系统的常见支持通道寻求支持。
PIN 不一定是数字
注意，尽管名为 “PIN”（暗示你它必须是一个“数字”），不论是用户 PIN 还是管理员 PIN 都不必非要是数字。
当你收到一个新设备时，它可能设置有一个默认的用户和管理员 PIN，对于 Yubikey，它分别是 123456 和 12345678。如果它们的 PIN 不是默认的，请查看设备附带的说明书。
快速设置
为配置你的智能卡，你需要使用 GnuPG 菜单系统，因此这里并没有更方便的命令行开关：
$ gpg --card-edit
[...omitted...]
gpg/card> admin
Admin commands are allowed
gpg/card> passwd
你应该去设置用户 PIN (1)、管理员 PIN (3)、和重置码 (4)。请确保把它们记录并保存到一个安全的地方 —— 尤其是管理员 PIN 和重置码（它允许你去擦除整个智能卡内容）。你很少使用到管理员 PIN，因此如果你不记录下来，很可能会忘掉它。
返回到智能卡主菜单，你也可以设置其它值（比如名字、性别、登入日期、等等），但是这些都不是必需的，一旦你的智能卡丢失了，将导致额外的信息泄露。
将子密钥移到你的智能卡中
退出卡菜单（使用 q 命令）保存所有更改。接下来，我们将你的子密钥移到智能卡中。将需要用到你的 PGP 密钥的密码，在大多数的智能卡操作中都将用到管理员 PIN。记住，那个 [fpr] 表示你的密钥的完整的 40 个字符的指纹。
$ 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 再次进入到菜单模式，你将注意到那个密钥清单有一点小差别。从现在开始，所有的命令都是在这个菜单模式下运行，它用 gpg> 提示符来表示。
首先，我们来选择移到智能卡中的密钥 —— 你可以通过键入 key 1（它表示选择清单中的第一个密钥）来实现：
gpg> key 1
这个输出会有一点细微的差别：
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>
注意与密钥对应的 ssb 行旁边的 * —— 它表示这是当前选定的密钥。它是可切换的，意味着如果你再次输入 key 1，这个 * 将消失，这个密钥将不再被选中。
现在，我们来将密钥移到智能卡中：
gpg> keytocard
Please select where to store the key:
(2) Encryption key
Your selection? 2
由于它是我们的 [E] 密钥，把它移到加密区中是有很有意义的。当你提交了你的选择之后，将会被提示输入你的 PGP 密钥的保护密码，接下来输入智能卡的管理员 PIN。如果命令没有返回错误，表示你的密钥已经被移到智能卡中了。
重要： 现在再次输入 key 1 去取消选中第一个密钥，并输入 key 2 去选择 [S] 密钥：
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] 密钥同时做签名和验证，但是我们希望确保它在签名区，因此，我们选择 (1)。完成后，如果你的命令没有返回错误，表示操作已成功。
最后，如果你创建了一个 A 密钥，你也可以将它移到智能卡中，但是你需要先取消选中 key 2。完成后，选择 q：
gpg> q
Save changes? (y/N) y
保存变更将把你的子密钥移到智能卡后，把你的家目录中的相应子密钥删除（没有关系，因为我们的备份中还有，如果更换了智能卡，你需要再做一遍）。
验证移动后的密钥
现在，如果你执行一个--list-secret-keys 操作，你将看到一个稍有不同的输出：
$ 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> 的输出中的 > 表示子密钥仅在智能卡上有效。如果你进入到你的密钥目录中，查看目录的内容，你将会看到那个 .key 文件已经被存根替换：
$ cd ~/.gnupg/private-keys-v1.d
$ strings *.key
这个输出将包含一个影子私钥，它表示那个文件仅是个存根，真正的内容在智能卡中。
验证智能卡的功能
验证智能卡能否如期正常运行，你可以通过创建一个签名来验证：
$ echo "Hello world" | gpg --clearsign > /tmp/test.asc
$ gpg --verify /tmp/test.asc
首次运行这个命令时将询问你智能卡的 PIN，在你运行 gpg —verify 之后，它将显示 “Good signature”。
祝贺你，你已经成功将窃取你的开发者数字身份变得更加困难了！
其它常见 GnuPG 操作
下面是使用你的 PGP 密钥需要做的一些常见操作的快速指南。
在下面的所有命令中，[fpr] 表示你的密钥指纹。
挂载主密钥离线存储
下面的一些操作将需要你的主密钥，因此首先需要去挂载你的主密钥离线存储，并告诉 GnuPG 去使用它。首先，找出介质挂载路径，可以通过查看 mount 命令的输出找到它。接着，设置你的 GnuPG 目录为你的介质上备份的目录，并告诉 GnuPG 将那个目录做为它的家目录：
$ export GNUPGHOME=/media/disk/name/gnupg-backup
$ gpg --list-secret-keys
确保你在输出中看到的是 sec 而不是 sec#（这个 # 表示密钥不可用，仍然使用的是惯常的那个 Home 目录）。
更新你惯常使用的那个 GnuPG 工作目录
在你的离线存储上做了任何更改之后，你应该将这些更改同步应用到你惯常使用的工作目录中：
$ gpg --export | gpg --homedir ~/.gnupg --import
$ unset GNUPGHOME
延长密钥过期日期
我们创建的主密钥的默认过期日期是自创建之日起两年后。这样做都是为安全考虑，这样将使淘汰密钥最终从密钥服务器上消失。
延长你的密钥过期日期，从当前日期延长一年，只需要运行如下命令：
$ gpg --quick-set-expire [fpr] 1y
如果为了好记住，你也可以使用一个特定日期（比如，你的生日、1 月 1 日、或加拿大国庆日）：
$ gpg --quick-set-expire [fpr] 2020-07-01
记得将更新后的密钥发送到密钥服务器：
$ gpg --send-key [fpr]
吊销身份
如果你需要吊销一个身份（比如，你换了雇主并且旧的邮件地址不再有效了），你可以使用一行命令搞定：
$ gpg --quick-revoke-uid [fpr] 'Alice Engineer <aengineer@example.net>'
你也可以通过使用 gpg --edit-key [fpr] 在菜单模式下完成同样的事情。
完成后，记得将更新后的密钥发送到密钥服务器上：
$ gpg --send-key [fpr]
下一篇文章中，我们将谈谈 Git 如何支持 PGP 的多级别集成。
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作者：KONSTANTIN RYABITSEV 译者：qhwdw 校对：wxy