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2015硕士信息安全复习题1. 基本攻击类型和防范措施a、 窃听，防范措施将数据加密后传输b、 密码分析，防范措施主要分为设计更加安全的加密算法使之能够抵御各种可能的统计和数学分析，使用更长的密钥使得蛮力分析实效，管理好密钥的传播和存储以确保密钥不会被窃取，开发出更严密的软件系统及硬件装置。c、 盗窃登录密码，防范措施为身份认证d、 身份诈骗，防范措施，使用加密算法将甲乙双方的通信加密，使用数字签名方法确认通信双方的身份以及不允许路由器等网络装置传递改道传递的网包；中间人如果不能将经过加密的网包解密，则读不到网包内容也不能修改经过加密的网包；此外，中间人也很难假冒甲乙双方以他们的名义给自己炮制或修改的IP包做数字签名，因而无法蒙骗甲乙各方。e、 软件剥削，防范措施关闭所有允许内存溢出之门，即在写入缓冲区前必须首先检查将写入到缓冲区的内容的界限，如果超出缓冲区预设的空间则不执行此语句并给出错误信息，并避免使用没有界限限制的字符串函数。f、 抵赖，防范措施是实用严密的身份验证协议和密码学方法。g、 入侵，防范措施包括使用入侵检测系统及时发现入侵行为，以及关闭不必要的网络端口减少系统入口点。h、 流量分析，防范措施是将整个IP包加密i、 服务阻断，防范措施包括检测和终止占比的攻击。j、 恶意软件，病毒和蠕虫，防范措施，随时检测及清除病毒和蠕虫，减少病毒和蠕虫感染的可能。特洛伊木马，防范措施，检测和删除。逻辑炸弹和软件后门，防范措施，减少雇员植入逻辑炸弹的动机和机会，再者是检测。间谍软件，防范措施，检测和消除间谍软件。伪抗间谍软件，防范措施，检测和消除伪抗间谍软件占比软件，防范措施加强系统的安全管理k、 其他攻击类型，2. 暴力攻击、字典攻击和彩虹表原理暴力攻击，又称蛮力攻击，穷举所有可能的密钥字符串，把每一个这样的字符串当做密钥，将所窃得的密文作为解密算法的输入，并检查计算结果是否很像明文，如是，破译成功。字典攻击是针对存储在计算机系统内的登录密码进行的。原理利用某些用户喜欢使用单词、地名、人名或日期来设置登录密码的习惯，事先利用散列算法对这些数据进行处理，把得到的密文和对应的原文存起来备用。设法窃得存储在计算机系统内的登录密码文件将盗来的密文和事先计算好的密文进行比对，找出相同者，则其对应的明文便是登录密码。彩虹表是实现字典攻击的一种解决方法，其原理为它是一种时间和空间都可接受的这种方案。只预先计算和存储某些明文密文对，在盗得密码文件后利用它们计算其他明文密文对，边算边比较。3. 流密码的概念、基本结构和关键问题。流密码又称为序列密码，是一种对称密钥加密算法，其使用方法和“一次一密”相同，它是将明文消息字符串逐位地加密成密文字符。首先利用密钥K产生一个密钥流，然后使用如下规则对明文串x=x0x1加密y=y0y1y2=Ez0(x0)Ez1(x1)Ez2(x2)；解密时，使用相同的密钥流与密文做运算(XOR)。流密码无记忆性，即加密器件中没有记忆单元，所以带来低扩散、插入及修改的不敏感性。4. 分组密码设计的主要指导原则是什么？其实现的手段是什么？分组密码又称为加密算法，其设计的主要指导原则为一把密钥能使用多次而不会威胁到加密算法的安全。运算简便快捷，手段使用简单运算方法，置换和替换运算中，置换是一对一的，即不同的二元字符串不能被相同的二元字符串所取代，而替换运算则可以是多对一。抵御统计分析，加密算法必须要有扩散性和混淆性，获得扩散性的方法为对明文执行某些特定的计算。产生混淆性的方法是从密钥生成若干子密钥，将明文段用一个子密钥执行某些特定运算。抵御穷举攻击，手段为延长数据长度l。抵御数学攻击抵御旁道攻击，手段为设法减少每一步骤的计算时间差。5. DES 、3DESDES：绿皮书P413DES：绿皮书P49DES是通用的计算机加密算法。DES是美国和国际标准，是一种对称算法，加密和解密的密钥是相同的。它是一个分组加密算法，以64位为分组对数据加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位密文从另一端输出。DES是一个对称算法；加密解密用的是同一个算法（除了密钥编排不同之外）密钥的长度为56位，（密钥通常表示为64位数，但每个第8位都用作奇偶校验）密钥可以是任意的56位数，且可以任意时候改变，其中有极少数的数被认为是弱密钥，但能很容易避开它们。所有的保密性依赖于密钥。DES基本组建分组是这些技术的一个组合（先替代后置换），它基于密钥作用+明文的轮。DES有16轮，这意味着要在明文的分组上16次施用相同的组合技术。3DES又称Triple DES，是DES加密算法的一种模式，它使用3条56位的密钥对数据进行3次加密。为了避免三重DES使用3个密钥进行三阶段加密带来的密钥过长的缺点（168bit），Tuchman提出使用两个密钥的三重加密方法，这个方法只要求112bit密钥，即令其K1=K3： C=EK1(DK2(EK1(M)三重DES的第二阶段的解密并没有密码编码学上的意义。它的唯一优点是可以使用三重DES解密原来的单次DES加密的数据，即K1=K2=K3。C=EK1(DK1(EK1(M)=EK1(M)6. 分组密码的五种使用方式，其特点和应用场合。电子密码本模式，适用于加密通话密钥以便传送给通话对方ECB主要用于发送少数量的分组数据（如加密密钥等）；n 相同明文=相同密文（相同密码）：好像有一个密码本n 同样信息多次出现造成泄漏n 信息块可被替换n 信息块可被重排n 密文块损坏=仅对应明文块损坏n 适合于传输短信息，数据较少的情况，典型应用：单个数据的安全传输密码段链模式，适用于明文加密CBC适合加密长度大于64比特的消息，还可以用来进行用户鉴别；n 需要共同的初始化向量IV，如密钥一样保护？n 相同明文不同密文n 初始化向量IV可以用来改变第一块n 密文块损坏两明文块损坏n 安全性好于ECB，重排n 加密算法的输入是上一个密文组和下一个明文组的异或优点：1.不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的 标准。缺点：1.不利于并行计算；2.误差传递；3.需要初始化向量IV密码反馈模式，适用于多种场合，是常见的序列密码CFB适合数据以比特或字节为单位出现，常用于流模式中；n CFB:分组密码=流密码（密文和明文等长）n 一次处理j位n 延迟小n 需要共同的移位寄存器初始值IVn 对于不同的消息，IV必须唯一n 一个单元损坏影响多个单元: (W+j-1)/j W为分组加密块大小，j为流单元位数n 一次处理 j 位，上一分组密文作为伪随机数输入加密算法，输出和明文异或生成下一组密文。输出反馈模式，适用于卫星通信等噪声频繁的网络通信场景OFB用于需要反馈错误或者需要在消息可用前进行加密的场合。n OFB:分组密码=流密码n 需要共同的移位寄存器初始值IVn 一个单元损坏只影响对应单元（没有错误扩散问题）n 导致抗流窜改攻击的能力不如CFBn 用于噪声通道上的数据传输（如卫星通信），适用于必须避免错误传播的应用领域。n 与CFB基本相同，只是加密算法的输入（填充移位寄存器）是上一次加密函数的输出，而CFB是密文单元来填充移位寄存器。计数器模式，适用于对速度要求较高的分组密码通信CTR是分组模式，它使用一个长为l比特的计数器Ctr，从初始值Ctr0开始依次加1，加满后自动回零。用Ctr+表示Ctr的值使用之后加1。计数器模式简单，也克服了电子密码本模式的弱点。7. 构建公钥密码体制的数学难题常见的有哪些，数学难题在构造公钥算法时有何考虑？常见难题：背包问题整数分解问题离散对数问题丢番图方程矩阵覆盖问题设计考虑：公钥和私钥必须相关，而且从公钥到私钥不可推断，必须要找到一个难题，从一个方向走是容易的，从另一个方向走是困难的。计算可行和不可行的界【单向陷门函数是有一个陷门的一类特殊单向函数。它首先是一个单向函数，在一个方向上易于计算而反方向却难于计算。但是，如果知道那个秘密陷门，则也能很容易在另一个方向计算这个函数】8. 掌握RSA加密和解密的方法细节。9. 掌握逆元、欧拉函数、乘幂powmod等的计算。用扩展的欧几里德算法可以求乘法逆元e，算法描述如下：ExtendedEuclid(e,f) 1、（X1,X2,X3):=(1,0,f) 2、（Y1,Y2,Y3):=(0,1,e) 3、if (Y3=0) then return e=null/无逆元 4、if (Y3=1) then return e=Y2 /Y2为逆元 5、Q:=X3 div Y3 6、（T1,T2,T3):=(X1-Q*Y1,X2-Q*Y2,X3-Q*Y3)7、（X1,X2,X3):=(Y1,Y2,Y3) 8、（Y1,Y2,Y3):=(T1,T2,T3) 9、goto 3 举个例子：求7关于96的乘法逆元。 10. Hash的单向性、抗弱碰撞性和抗强碰撞性。单向性：指的是对任意给定明文计算其数字指纹容易，但从数字指纹获得明文很难抗弱碰撞性：设x为任意给定输入，尽管必存在yx，使得H(x)=H(y)，但寻找这样的y却是计算难解的。抗强碰撞性：寻找两个不同的二元字符串x和y使得H(x)=H(y)是计算难解的。11. 如何理解生日攻击在数字签名中的应用。生日攻击理论基础：n 若k1.182m/22m/2, 则k个在1,2m的随机数中有两个数相等的概率不低于0.5n 若k0.83n1/2,两个在1,n的k个随机数集合有交集的概率不小于0.5因此，当Hash算法选用N位的Hash值时，两组消息（选择k2N/2）中有一对消息产生相同Hash值的概率超过0.5应用：MD5n 2004年，王小云证明MD5数字签名算法可以产生碰撞。n 2007年，Marc Stevens，Arjen K. Lenstra和Benne de Weger进一步指出通过伪造软件签名，可重复性攻击MD5算法。研究者使用前缀碰撞法（chosen-prefix collision），使程序前端包含恶意程序，利用后面的空间添上垃圾代码凑出同样的MD5 Hash值。n 2008年，荷兰埃因霍芬技术大学科学家成功把2个可执行文件进行了MD5碰撞，使得这两个运行结果不同的程序被计算出同一个MD5。n 2008年12月一组科研人员通过MD5碰撞成功生成了伪造的SSL证书，这使得在https协议中服务器可以伪造一些根CA的签名。SHAn 2005年，Rijmen和Oswald发表了对SHA-1较弱版本（53次的加密循环而非80次）的攻击：在280的计算复杂度之内找到碰撞。n 2005年二月，王小云、殷益群及于红波发表了对完整版SHA-1的攻击，只需少于269的计算复杂度，就能找到一组碰撞。（利用生日攻击法找到碰撞需要280的计算复杂度。）n 2005年8月17日的CRYPTO会议尾声中王小云、姚期智、姚储枫再度发表更有效率的SHA-1攻击法，能在263个计算复杂度内找到碰撞。n 2006年的CRYPTO会议上，Christian Rechberger和Christophe De Cannire宣布他们能在容许攻击者决定部分原讯息的条件之下，找到SHA-1的一个碰撞。在密码学的学术理论中，任何攻击方式，其计算复杂度若少于暴力搜寻法所需要的计算复杂度，就能被视为针对该密码系统的一种破密法；但这并不表示该破密法已经可以进入实际应用的阶段。12. 消息认证解决什么问题？HMAC的优点是什么？息认证 (报文鉴别)：对收到的消息进行验证，证明确实是来自声称的发送方，并且没有被修改过。如果在消息中加入时间及顺序信息，则可以完成对时间和顺序的认证。三种方式：1. Message encryption：用整个消息的密文作为认证标识（接收方必须能够识别错误）2. MAC：使用一个双方共享的秘密密钥生成一个固定大小的小数据块，并加入到消息中，称MAC，或密码校验和(cryptographic checksum)。MAC函数类似于加密函数，但不需要可逆性。因此在数学上比加密算法被攻击的弱点要少。3. Hash function：一个公开函数将任意长度的消息映射到一个固定长度的散列值，作为认证标识优点是可以与任何迭代散列函数捆绑使用，并引入了密钥增强安全性。13. 挑战-响应身份认证技术，协议的交换过程。（了解）挑战/响应方式的身份认证机制就是每次认证时认证服务器端都给客户端发送一个不同的“挑战”码，客户端程序收到这个“挑战”码，根据客户端和服务器之间共享的密钥信息，以及服务器端发送的“挑战”码做出相应的“应答”。服务器根据应答的结果确定是否接受客户端的身份声明。从本质上讲，这种机制实际上也是一次性口令的一种。一个典型的认证过程如下图所示：认证过程为：1) 客户向认证服务器发出请求，要求进行身份认证；2) 认证服务器从用户数据库中查询用户是否是合法的用户，若不是，则不做进一步处理；3) 认证服务器内部产生一个随机数，作为“挑战”码，发送给客户；4) 客户将用户名字和随机数合并，使用单向Hash函数（例如MD5算法）生成一个字节串作为应答；5) 认证服务器将应答串与自己的计算结果比较，若二者相同，则通过一次认证；否则，认证失败；6) 认证服务器通知客户认证成功或失败。14. 密钥分配中心KDC的工作方式、交互流程、现时数的使用。KDC是一种集中式密钥分配方案，每个通信方与密钥分配中心KDC之间都共享一个惟一的主密钥，并且这个惟一的主密钥是通过其他安全的途径传递的。由一个中心节点或者由一组节点组成层次结构负责密钥的产生并分配给通信的双方，在这种方式下，用户不需要保存大量的会话密钥，只需要保存同中心节点的加密密钥，用于安全传送由中心节点产生的即将用于与第三方通信的会话密钥（1） A向KDC发出一个要求会话密钥的请求，请求报文中包含IDa：A的标识符，IDb:B的标识符，N1为现时数。请求KDC产生一个会话密钥用于安全通信（2） KDC使用一个在A与KDC共享的主密钥加密的报文进行响应。返回给A一个包含会话密钥，以及B与KDC共享的主密钥。（3） A通过发送利用B与KDC共享的主密钥加密的报文给B,报文中包含了会话密钥Ks和A的标识符IDa。（4） B使用会话密钥Ks对现时数N2进行加密，返回给A。（5） A返回给B利用会话密钥Ks对f(N2)加密的信息。N1 N2 Nonce 现时实际上，到第(3)步已经完成密钥的分配过程，通信的双方已经共享了当前的会话密钥Ks，第(4)步和第(5)步完成的是鉴别功能15. Kerberos认证系统的工作流程。一个更安全的认证流程，5步。Kerberos认证服务器Kerberos客户Kerberos应用服务器Kerberos票据服务器125634Share KeyShare Key 16. PKI的工作流程，CA证书、PKI中的几种信任模型。PKI是Public Key Infrastructure的缩写，是指用公钥概念和技术来实施和提供安全服务的具有普适性的安全基础设施.PKI运行：X509标准1）署名用户向证明机构（CA）提出数字证书申请；2）CA验明署名用户身份，并签发数字证书；3）CA将证书公布到证书库中；4）署名用户对电子信件数字签名作为发送认证，确保信件完整性，不可否认性，并发送给依赖方。5）依赖方接收信件，用署名用户的公钥验证数字签名，并到证书库查明署名用户证书的状态和有效性；6）证书库返回证书检查结果；证书机构 CA证书库署名用户依赖方31246517. 实际的认证系统设计。18. 双签协议、盲签名和电子现钞（了解）P134,P137,P13819. IPSec协议 、隧道模式和传输模式的特点网络层安全协议标准是IP安全协议，简记为IPsec，它将密码算法部署在网络层。其主要任务是给从传输层传递到网络层的TCP包加密和签名。IPsec给出了执行这些密码算法的具体格式和步骤。IPsec主要由认证协议、加密协议和密钥交换协议3个主要子协议组成，含有若干内建机制包括安全连接数据库、安全政策数据库及SA选择器。隧道模式与传输模式是IPsec的两种应用模式，建立传输模式较为简单易行。建立隧道模式比较复杂，它的复杂性由传输路径中的IPsec网关的个数和设置所决定，这是因为数据每经过一次IPsec网关便需要使用不同的SA。它包含了单层隧道和多层隧道两种模式。20. SSL协议（了解）P16121. PGP、Fire Wall、IDS工作原理（了解）P170,P220,P280【注】本次考试方式为开卷，题型均为问答题。上面列出的复习题作为主要知识点，实际测试将结合具体应用，不仅仅限于概念的考查，请大家在复习时注重对知识点的理解认识和灵活掌握。参考书：王杰 计算机网络安全的理论与实践 高等教育出版社2011.6
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