应用层安全协议

,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,*,第六章：应用层安全协议,1.电子邮件安全协议（,PEM、S/MIME、PGP）,2,远程登陆的安全协议（SSH）,3,Web安全协议（S-HTTP）,参考文献：,教科书第5章,1,1.,电子邮件安全协议（PEM、S/MIME、PGP,）,电子邮件的威胁,邮件炸弹,邮件欺骗,邮件服务器控制权,电子邮件安全协议,PEM（Privacy Enhanced Email，RFC 1421 through 1424）,S/MIME,PGP（Pretty Good Privacy）,2,电子邮件的安全需求,机密性：只有接收者才能阅读,报文的加密：关键是密钥的分发,收发双方如何共享密钥？,认证：发送者的身份认证,基于公钥技术，用发送者的私钥对报文的摘要进行加密，即数字签名,基于共享密钥：事先发送者与接收者共享一个密钥，采用消息认证码（MAC）对报文进行认证,完整性：报文未被修改,报文的完整性与身份认证的方法类似，通常可在一起进行,抗否认性：发信者的不可抵赖性，可供第三方鉴别,基于公钥技术，采用发送者的私钥签名,利用公钥体制，用接收者的公钥加密报文。,但对于长报文及多个接收者时该怎么办？,发送者生成一个密钥，采用对称密码算法加密报文，即SM,再用接收方的公钥加密密钥S，并与加密的报文同时发送。,假设接收者有A、B、C三人，就分别生成三个加密密钥KAS，KBS，KCS。,3,PEM（Privacy Enhanced Mail,）,PEM协议是80年代末90年代初发展起来的，它的功能主要包括加密、源认证和完整性，RFC1421-1424,与此同时，出台了传输多种媒体格式的EMAIL标准：MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions,RFC2045），而S/MIME（RFC2633）采用了PEM的许多设计原理在MIME的基础上进行了扩展,4,PEM,的构成,PEM将邮件报文分成几部分，有的需要加密，有的则需要认证，这些需要特殊处理的报文通过语句标记。,例如在需要加密的报文段前插入,BEGIN PRIVACY-ENHANCED MESSAGE,在需要加密的报文后插入,END PRIVACY-ENHANCED MESSAGE,报文加密采用DES算法,认证采用MD-5,密钥的分发,基于公钥技术，用接收者的公钥加密会话密钥，并在RFC 1422中定义了证书体系。,基于对称密码时，采用事先共享的密钥加密会话密钥。,5,PGP（Pretty Good Privacy）,Email安全加密系统,PGP提供的安全业务：,加密：发信人产生一次性会话密钥，以IDEA、3-DES或CAST-128算法加密报文，采用RSA或D-H算法用收信人的公钥加密会话密钥，并和消息一起送出。,认证：用SHA对报文杂凑，并以发信人的私钥签字，签名算法采用RSA或DSS。,压缩：ZIP，用于消息的传送或存储。在压缩前签字，压缩后加密。,兼容性：采用Radix-64可将加密的报文转换成ASCII字符,数据分段：PGP具有分段和组装功能,6,机密性和认证,机密性：,发送端产生随机的128位数字作为会话密钥,对称算法加密报文,接收端公钥加密会话密钥,认证,采用SHA-1产生160位HASH值,用发送者的私钥对HASH值签名,报文只需要认证服务或加密服务，当同时需要认证和加密服务时,采用先签名，后加密顺序（与IPSEC ESP中的先加密，后MAC相反）,通常将明文与签名一起保存比较方便,验证时，不需要涉及会话密钥,7,压缩,HASH,加密,A的公钥,A的私钥,解密,对称密码加密,8,压缩,PGP,的压缩过程在报文的签名和加密之间，即先对报文签名，然后压缩，再是加密,签名后再压缩是为了保存未压缩的报文和签名,压缩后加密是为了提高密码的安全性，因为压缩后的报文具有更少的冗余，所以密码分析会更困难，另外加密的报文也更短,压缩算法采用,ZIP,9,E-mail,的兼容性,在多数的邮件系统中是以ASCII字符形式传输，加密后的任意8比特报文可能不符合ASCII字符特点。,采用基64转换方式(see appendix 5B).,基64转换方式 的采用将原报文扩展了33%.,10,分段和重组,通常邮件的最大报文的长度限制在50,000 octets.,超过标准长度的报文必须分段.,PGP 自动对过长的报文分段.,接收端再将其重组.,11,Sumary of PGP Services,12,13,加密密钥和密钥环,PGP使用四种类型的密钥：一次性会话对称密钥，公钥，私钥，基于过度阶段的传统密钥,需求,需要一种生成不可预测的会话密钥,需要某种手段来标识具体的密钥（一个用户可拥有多个公钥/私钥对，以便随时更换）,每个PGP实体需要维护一个保存其公钥/私钥对的文件和一个保存通信对方公钥的文件,14,密钥标识符（,Key ID,）,一个用户有多个公钥/私钥对时，接收者如何知道发送者是用了哪个公钥来加密会话密钥,将公钥与消息一起传送,将一个标识符与一个公钥关联，对一个用户来说做到一一对应,定义KeyID 包括64个有效位，(KUa mod 2,64,),15,密钥环（,Key Rings,）,KeyID在PGP中标识所使用的发送者和接收者的密钥号,两个keyID包含在任何PGP消息中提供保密与认证功能,需要一种系统化的方法存储和组织这些key以保证使用,PGP在每一个节点上提供一对数据结构,存储该节点拥有的公钥/私钥对私钥环,存储本节点知道的其他用户的公钥环,16,密钥对产生时间,加了密的私钥,如用户邮件地址,17,Format of PGP Message,18,19,20,公钥管理,PGP虽然采用公钥密码体系，但不是证书,保护公钥免受攻击是PGP的一个问题,采用信任关系保护公钥,21,安全协议的分析与思考,认证和加密的次序,会话密钥产生的复杂度与安全通道的粒度有关,对应用层安全来说，由于需求明确，通常采用一次一密，会话密钥的产生比较简单,对传输层安全来说，安全保护的是某个连接。（如SSL协议，虽然可用于保护所有的应用层协议，但在邮件保护中，由于邮件服务器到本地的路径是用POP/MAPI协议,，,所以需要分段SSL，较为复杂,）,对于网络层安全（如IPSEC），安全通道保护的可能是某个数据流，也可能是一个端端，也可能是LAN-LAN，因此会话密钥的生成最为复杂。,对于链路层安全来说，安全保护只限于一截链路，加密算法和密钥分发都不宜复杂,22,S/MIME,Secure/Multipurpose Internet Mail Extension,（,安全/多用途Internet邮件扩展，RFC2630、2632、2633,）,S/MIME 将会成为商业和机构使用的工业标准.,PGP 为个人e-mail 提供安全,23,Simple Mail Transfer Protocol(SMTP,RFC 822),SMTP（简单邮件传输协议）存在的问题:,SMTP不能传输可执行文件和其他二进制码(jpeg image),SMTP只能传输7-位ASCII字符的文字,STMP服务器拒绝接收超长邮件,ASCII 到 EBCDIC 转换问题,截取换行超过76字符的行，等等,MIME是对RFC 822框架的扩展，致力于解决STMP存在的问题,24,MIME的头标,MIME的头标定义了5个新的字段,版本（MIME-Version）:1.0（按照 RFC 2045,RFC 2046定义的规格）,内容类型（Content-Type）:这个字段用于详细描述主体的数据,内容传输编码（Content-Transfer-Encoding）:内容采用的编码方案(如radix-64),内容ID（Content-ID）:该字段主要用于多个上下文时，对MIME实体的标识.,内容描述（Content Description）:对内容的文本描述(e.g.,mpeg),25,S/MIME 功能,在功能上，S/MIME与PGP相似，通过使用签名、加密或签名/加密的组合来保证MIME通信的安全，但强化了证书的规范,S/MIME的安全功能：,封装的数据:加密的内容和加密的会话密钥,签名的数据:报文摘要发送者的私钥签名，然后使用基64变换编码内容和签名,透明签名:签名但不加密.只对签名进行基64变换，这样具有MIME支持而没有S/MIME权能的接收者也能读取,签名和封装的数据:各种不同嵌套顺序将数据加密、签名，如签名加密的数据或加密签名的数据,S/MIME使用X.509证书，它的密钥管理方案介于严格的X.509证书层次结构和PGP信任网,26,Algorithms Used,报文摘要:SHA-1 and MD5,数字签名:DSS,对称密码算法:Triple-DES,RC2/40(exportable),公钥密码算法:RSA with key sizes of 512 and 1024 bits,and Diffie-Hellman(for session keys).,27,PGP vsPEM、S/MIME,Item,PGP,PEM or S/MIME,Supports encryption?,Yes,Yes,Supports authentication,Yes,Yes,Supports non-repudiation?,Yes,Yes,Supports compression?,Yes,No,Supports mailing lists?,No,Yes,Uses base64 coding?,Yes,Yes,Current data encryption algorithm,IDEA,DES,Key length for data encryption(bits),128,56,Current algorithm for key management,RSA,RSA/D-H,Key length for key management(bits)?,384/512/1024,Variable,User name space,User defined,X.400,X.509 conformant?,No,Yes,Can eavesdropper read messages?,No,No,Can eavesdropper read signatures?,No,Yes,Internet Standard?,Yes,Yes,28,2.远程登录安全协议SSH:Secure SHell,SSH主要由芬兰赫尔辛基大学的Tatu Ylonen开发的，它提供一条安全的远程登录通道，可以代替telnet,rlogin等。由于受版权和加密算法的限制，很多人都使用它的免费替代产品OpenSSH。,SSH协议有版本1（SSHv1）和版本2（SSHv2），这两版本互不兼容，目前SSH协议只有草案（2002，9），由IETF的SECSH工作组规范，还没有形成RFC。,29,SSH的体系,SSH传输层(Transport Layer)协议,提供服务器主机认证，提供数据加密，提供数据完整性支持,SSH认证(Authentication)协议,为服务器提供用户的身份认证,Secure FTP,SSH连接（Connection）协议,将加密的信息隧道复用成若干个逻辑通道，提供给高层的应用协议使用。,SSH Transport Layer Protocol,SFTP,ConnectionProtocol,AuthenticationProtocol,30,SSH,采用的认证、加密算法,Supported authentication methods,X509 Certificates,Public keys,Passwords,Supported encryption algorithms,3DES,Blowfish,Arcfour,Cast,Supported has