网络安全协议实用培训资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,网络安全协议,授课教师：董晓慧,Email：,为什么需要协议？,密码学的用途是解决种种难题。,密码学解决的各种难题围绕机密性、鉴别、完整性和不诚实的人。,你可能了解各种算法和技术，但除非它们能够解决某些问题，否则这些东西只是理论而已。,课程介绍,密码协议,网络安全应用：Kerberos、PGP、S/MIME、IPSec、SSL/TLS和SET等,系统安全：网络入侵、恶意软件和防火墙等。,参考书籍,应用密码学,（美）Bruce Schneier 著,吴世忠等译,机械工业出版社,网络安全基础,Williams Stallings 著,白国强 等译,清华大学出版社,第一章 协议结构模块,1.1 协议概述,什么是协议,一系列步骤，它包括两方或多方，设计它的目的是要完成一项任务。,协议的特点,协议中的每个人都必须了解协议，并且预先知道所要完成的所有步骤,协议中的每个人都必须同意并遵循它,协议必须是清楚的，每一步必须明确定义，并且不会引起误解,协议必须是完整的，对每种可能的情况必须规定具体的动作,协议的目的,计算机需要正式的协议来完成人们不用考虑就能做的事情。,保证公平和安全,根据完成某一任务的机理，协议抽象出完成此任务的过程。,密码协议,使用密码学的协议。,参与该协议的伙伴可能是朋友和完全信任的人，或者也可能是敌人和互相完全不信任的人。,协议中的角色,为了帮助说明协议，列出了几个人作为助手。,Alice和Bob是开始的两个人，他们将完成所有的两人协议。,按规定，由Alice发起所有协议，Bob响应。,如果协议需要第三或第四人，Carol和Dave将扮演这些角色。,由其他人扮演的专门配角，将在后面介绍。,剧中人,人名,角色,Alice,所有协议中的第一个参加者,Bob,所有协议中的第二个参加者,Carol,三、四方协议中的参加者,Dave,四方协议中的参加者,Eve,窃听者,Mallory,恶意的主动攻击者,Trent,值得信赖的仲裁者,Walter,监察人：在某些协议中保护Alice和Bob,Peggy,证明人,Victor,验证者,仲裁协议,仲裁者是在完成协议的过程中，值得信任的公正的第三方。,“公正”意味着仲裁者在协议中没有既得利益，对参与协议的任何人也没有特别的利害关系。,“值得信任”表示协议中的所有人都接受这一事实，即仲裁者说的都是真实的，他做的是正确的，并且他将完成协议中涉及他的部分。,仲裁者能帮助互不信任的双方完成协议。,例1：Alice要卖汽车给不认识的Bob，Bob想用支票付账，但Alice不知道支票的真假。在Alice将车子转给Bob前，他必须查清支票的真伪。同样，Bob也并不相信Alice，就像Alice不相信Bob一样，在没有获得所有权前，也不愿将支票交给Alice。这时就需要双方信任的律师，在律师的帮助下，Alice和Bob能够用下面的协议保证互不欺骗。,Trend,Alice,Bob,（1）Alice将车的所有权交给律师,（2）Bob将支票交给Alice,（3）Alice在银行兑现支票,（4）在等到支票鉴别无误能够兑现的时间之后，律师将车的所有权交给Bob。如果在规定的时间内支票不能兑现，Alice将证据出示给律师，律师将车的所有权和钥匙还给Alice。,例2：银行也使用仲裁协议。Bob能够用保付支票从Alice手中购买汽车：,（1）Bob开一张支票并交到银行。,（2）在验明Bob的钱足以支付支票上的数目后，银行将保付支票交给Bob。,（3）Alice将车的所有权交给Bob，Bob将保付支票交给Alice。,（4）Alice兑现支票。,裁决协议,由于雇用仲裁者代价高昂，仲裁协议可以分成两个低级的子协议,一个是非仲裁子协议，执行协议的各方每次想要完成的；,另一个是仲裁子协议，仅在例外的情况下，既有争议的时候才执行，这种特殊的仲裁者叫做裁决人。,合同-签字协议可以归纳为下面的形式,非仲裁子协议（每次都执行）：,Alice和Bob谈判合同的条款,Alice签署合同,Bob签署合同,裁决子协议（仅在有争议的时候执行）,Alice和Bob出现在法官面前,Alice提出他的证据,Bob也提出他的证据,法官根据证据裁决,裁决者和仲裁者的不同：裁决者不总是必需的。,对协议的攻击,密码攻击可以直接攻击协议中所用的密码算法，或用来实现该算法和协议的密码技术，或攻击协议本身。,我们仅讨论最后一种情况，假设密码算法和密码技术都是安全，只关注对协议本身的攻击。,被动攻击,与协议无关的人能够窃听协议的一部分或全部，因为攻击者不可能影响协议，所以他能做的事是观察协议并试图获取消息。,主动攻击,可能改变协议以便对自己有利。,可能假装是其他一些人，在协议中引入新的消息，删除原有的消息，用另外的消息代替原来的消息，重放旧的消息，破坏通信信道，或者改变存储在计算机中的消息等；,他们具有主动的干预。,1.2 使用对称密码学通信,通信双方怎样安全地通信呢？当然，他们可以对通信加密。,（1）Alice和Bob协商用同一密码系统。,（2）Alice和Bob协商同一密钥。,（3）Alice用加密算法和选取的密钥加密他的明文消息，得到了密文消息。,（4）Alice发送密文消息给Bob。,（5）Bob用同样的算法和密钥解密密文，然后读它。,对称密码算法存在下面的问题,密钥必须秘密地分配，它们比任何加密的消息更有价值，因为知道了密钥意味着知道了所有消息。,如果密钥被损害了（被偷窃，猜出来，被逼迫交出来，受贿等等），那么Eve就能用该密钥去解密所有传送的消息，也能够假装是协议的一方，产生虚假消息去愚弄另一方。,假设网络中每对用户使用不同的密钥，那么密钥总数随着用户数的增加迅速增多。,1.3 单向函数,单向函数本身并不是一个协议，但对本书所要讨论的大多数协议却是一个基本结构模块。,单向函数计算起来相对容易，但求逆却非常困难,已知,x,，很容易计算,f(x),，但已知,f(x),，却难于计算,x,很好的例子：打碎盘子,陷门单向函数,有一个秘密陷门的一类特殊的单向函数。,在一个方向上易于计算而反方向却难于计算；但是如果知道那个秘密，就能很容易在另一个方向上计算出这个函数。,1.4 单向散列函数,单向散列函数有很多名字：压缩函数、收缩函数、消息摘要、指纹、密码校验和、信息完整性检验，操作检验码,是现代密码学的中心，是许多协议的另一个结构模块。,散列函数把可变输入长度串（叫做预映射）转换成固定长度（经常更短）输出串（叫做散列值）的一种函数。,简单的散列函数就是对预映射的处理，并且返回由所有输入字节异或组成的一字节。,消息鉴别码,消息鉴别码（Message Authentication Code,MAC）也叫数据鉴别码（DAC），它是带有秘密密钥的单向散列函数。散列值是预映射的值和密钥的函数。,在理论上，与散列函数一样，只有拥有密钥的某些人才能验证散列值。,1.5 使用公开密钥密码学通信,公开密钥密码学（,public-key cryptography,）,使用两个不同的密钥，一个是公开的，另一个是秘密的。,从公开密钥很难推断出私人密钥。,持有公开密钥的任何人都可加密消息，但却不能解密，只有持有私人密钥的人才能解密。,例：下面描述Alice怎样使用公开密钥密码,发送消息给Bob,（1）Alice和Bob选用一个公开密钥密码系统；,（2）Bob将他的公开密钥传送给Alice；,（3）Alice用Bob的公开密钥加密他的消息，然后传送给Bob；,（4）Bob用他的私人密钥解密Alice消息。,一般的说，网络中的用户约定一公开密钥密码系统，每一用户有自己的公开密钥和私人密钥，并且公开密钥在某些地方的数据库中都是公开的。,这个协议就更容易了,（1）Alice从数据库中得到Bob的公开密钥。,（2）Alice用Bob的公开密钥加密消息，然后送给Bob。,（3）Bob用自己的私人密钥解密Alice发送消息。,混合密码系统(,Hybrid Cryptosystems,),在大多数实际的实现中，公开密钥密码用来保护和分发会话密钥（session key），这些会话密钥用在对称算法中，对通信消息进行保密，有时称这种系统为混合密码系统。,例,：,（1）Bob将他的公开密钥发给Alice。,（2）Alice产生随机会话密钥K，用Bob的公开密钥加密，并把加密的密钥E,b,(K)送给Bob.,（3）Bob用他的私人密钥解密Alice的消息，恢复出会话密钥：D,B,(E,B,(K)=K,。,（4）他们两人用同一会话密钥对他们的通信消息进行加密。,1.6 数字签名,在文件上手写签名长期以来被用作作者身份的证明，或至少同意文件的内容，为什么？,签名是可信的。签名使文件的接收者相信签名者是慎重地在文件上签字的。,签名不可伪造。签名证明是签字者而不是其他人慎重地在文件上签字。,签名不可重用。签名是文件的一部分，不法之徒不可能将签名移到不同的文件上。,签名的文件是不可改变的。在文件签名后，文件不能改变。,签名是不可抵赖的。签名和文件是物理的东西。签名者事后不能声称他没有签过名。,使用对称密码系统和仲裁者对文件签名,Trent是一个有权的、值得依赖的仲裁者。他能同时与Alice和Bob（也可以是其他想对数据文件签名的任何人）通信。他和Alice共享秘密密钥K,A,，和Bob共享另一个不同的秘密密钥K,B,。,签名过程如下,（1）Alice用K,A,加密她准备发送给Bob的消息，并把它传送给Trent。,（2）Trent用K,A,解密消息。,（3）Trent把这个解密消息和他收到Alice消息的声明，一起用K,B,加密。,（4）Trent把加密的消息包传给Bob。,（5）Bob用K,B,解密消息包，他就能读Alice所发的消息和Trent的证书，证明消息来自Alice。,使用公开密钥密码术对文件签名,有几种公开密钥算法能用作数字签名。在某些算法中，例如RSA，公开密钥或者私人密钥都可用作加密。用你的私人密钥加密文件，你就拥有安全的数字签名。在其他情况下，如DSA，算法便区分开来了数字签名不能用于加密。,签名过程如下,（1）Alice用她的私人密钥对文件加密，从而对文件签名。,（2）Alice将签名的文件传给Bob。,（3）Bob用Alice的公开密钥解密文件，从未验证签名。,使用公开密钥密码学和单向散列函数对文件签名,在实际的实现过程中，采用公开密钥密码算法对长文件签名效率太低，为了节约时间，数字签名协议经常和单向散列函数一起使用。,签名过程,（1）Alice产生文件的单向散列值。,（2）Alice用她的私人密钥对散列加密，凭此表示对文件签名。,（3）Alice将文件和散列签名送给Bob。,（4）Bob用Alice发送的文件产生文件的单向散列值，然后用数字签名算法对散列值运算，同时用Alice的公开密钥对签名的散列解密。如果签名的散列值与自己产生的散列值匹配，签名就是有效的。,1.7 带加密的数字签名,通过把公开密钥密码和数字签名结合起来，能够产生一个协议，可把数字签名的真实性和加密的安全性合起来。,例：想象你妈妈写的一封信：签名提供了原作者的证明，而信封提供了秘密性。,（1）Alice用她的私人密钥对消息签名：S,A,(M)。,（2）Alice用Bob的公开密钥对签名的消息加密，然后送给Bob：E,B,(S,A,(M)。,（3）Bob用他的私人密钥解密：D,B,(E,B,(S,A,(M)=S,A,(M),（4）Bob用Alice的公开密钥验证并且恢复出消息：V,A,(S,A,(M)=M。,小结,协议的定义,协议的目的,仲裁协议,裁决协议,使用对称密码学通信,数字签名,