第9章网络安全

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9.2.2 DES算法的进一步改进
2．IDEA算法 IDEA是目前公开的最好和最安全的分组密码算法之一。 IDEA使用128位密钥，完全能对付穷举法攻击。 IDEA算法既用混乱又用扩散的算法，三个代数群进行混 合运算，无论用硬件，还是软件，它们都易于实现。目前 软件实现的IDEA比DES要快两倍。 3．分组密码的操作模式 DES和IDEA的算法都是对64位数据块进行加密或解密。 这样，一个完整的消息块只能分成多个64位的数据块。 然后分别对每一个数据块进行加密（或相应的解密）。这 种方法称为电子码本ECB。这种方法将导致同样的明文 数据块编码出来的密文是一样的。从而，窃听者可以看到 密文中一些重复的特性。 解决上述问题的方法是将前面的数据块的加密结果以某种 形式迭加到下一个数据块的密文中。使用这样的技术有密 码块链接CBC、密文反馈模式CFB和输出反馈模式OFB。
m i C id (mod n)

由于：
Cid (mie )d mied mik(p -1)(q -1) 1 mi mik(p -1)(q -1) mi 1 mi , 全部(mod n)
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9.3.2 基于公开密钥的数字签名
1．数字签名的过程 假定发送方要发送的消息为M，其公开密 钥为EA，秘密密钥为DA；接收方的公开密 钥EB，秘密密钥为DB。使用公开密钥进行 数字签名，应满足下列算法： DA(EA(M))=M和EA(DA(M))=M
2．对称密钥加密算法

3．公开密钥加密算法 和对称密码体制相比，公开密码体制具有下列优点：

当算法公开时，在计算上不可能由加密密钥推导出解密密钥，因 此，密钥分发简单。 网络中通信双方只需要保存私人的解密密钥。 可以实现身份验证和数字签名技术，任何一方都不能否认曾经发 送或接收过的报文，有效防止数据被篡改的现象发生。
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9.1.1 计算机网络信息安全与保密
计算机安全保密研究数据的保密性、完 整性和服务拒绝三方面内容。 数据保密性解决数据的非授权存取（泄露） 问题； 数据完整性保护数据不被篡改或破坏； 服务拒绝研究如何避免系统性能降低和系统 崩溃等威胁。
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9.1.1 计算机网络信息安全与保密
二是主体携带的物品，如智能卡、令牌卡； 三是主体具有的惟一特征，如指纹、声音、视
网膜或签名等。
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9.4.2 主机之间的鉴别
如果要鉴别的对象是主机或站点。例如，银行之 间，银行与商家之间的通信，需要确认的是对方 主机的身份。由此鉴别通信是否在指定的主机 （或站点）之间进行，这样的过程称为站点鉴别 或主机鉴别。 鉴别可以有多种形式。如果双方通过电话、直接 见面的方式事先确定了一个共享秘密密钥KAB， 那么，一种可行的协议是查询-应答（challengeresponse）协议。 在所有的通信实体间预先分配一个密钥是不现实 的，密钥分发中心KDC（Key Distribution Center） 可以在通信双方充当一个中间人的角色。每一个 通信主体各自与KDC共享一个密钥。通过共享的 2017/5/30 27 密钥，可以确认对方是谁。
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9.3.3 单向散列函数
单向散列函数H(M)作用于任意长度的消息M，它 返回一个固定长度的散列值h，其中h的长度为m。 单向散列函数具有使其单向的如下特性：


给定M，很容易计算h 给定h，根据H(M)=h计算M很难 给定M，要找到另一消息M’并满足H( 计算机网络信息安全与保密

端-端加密是指对OSI参考模型的第六层（表示层）或第 七层（应用层）进行数据加密。是为用户之间传送数据 而提供的连续的保护。端到端加密是面向网络高层主体 的，协议信息以明文形式传输，用户数据在中央节点不 需解密。
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在OSI参考模型中，除会话层不能实施加密外，其 它各层都可以实施一定的加密措施。但通常在最高 层上加密 任何加密系统不论形式多么复杂，都应满足以下基 本要求： 〃密码系统是容易使用的； 〃加、解密变换必须对所有密钥均有效； 〃密码系统的安全性仅仅依赖于密钥的保密，而与算 法无关。
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9.3.1 RSA算法的实现
2．加密消息 首先，将要加密的消息m分成比n小的数据分组。 这样，可确保加密固定长度的消息分组。于是， 加密后的密文C，将由固定长度的分组Ci组成。 e 加密公式可简化为： C i m i (mod n) 3．解密消息 解密消息时，取每一个加密后的分组Ci并计算：
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9.2.1 DES加密解密过程及安全性评论
DES的安全性评论 自从DES问世至今，对它多次的分析研究， 从未发现其算法上的破绽。直到1998年， EFF动用一台高速电脑在56小时内利用穷 尽搜索的方法破译56位密钥长度的DES。 对DES进行攻击的主要手段还有差分分析、 线性分析、相关密钥分析等方法。

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9.3.2 基于公开密钥的数字签名
2．数据签名的标准 DSS（Digital Signature Standard）采用的 DSA（Digital Signature Algorithm）是由 美国NIST（National Institute of Standards and Technology）推荐的。 DSA是基于整数有限域离散对数难题的数 字签名方案。
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9.3 RSA密码算法
9.3.1 RSA算法的实现 9.3.2 基于公开密钥的数字签名 9.3.3 单向散列函数
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9.3.1 RSA算法的实现
为了实现RSA算法，首先是设计密钥，然后是 对消息加密，最后是对密文解密。 1．设计密钥 为获得最大程度的安全性，设两个大素数p和q的 长度一样。先计算乘积：n=pq 然后随机选取加密密钥e，使e和(p-1)(q-1)互素。 最后用欧几里德扩展算法计算解密密钥d，以满足 ed1 mod (p-1)(q-1) 则 d=e-1mod ((p-1)(q-1)) 注意d和n也互素。e和n是公开密钥，d是私人密钥。 两个素数p和q不再需要，它们应该被舍弃，但绝不 可泄露。
（b）接收方计算报文摘要并验证数字签名的过程 图9-6 报文摘要与数字签名
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9.3.3 单向散列函数
2.MD5、SHA和HMAC的主要特性 MD5是一种安全的哈希算法。对输入信息 块按512位的长度处理，不足部分进行填充。 SHA（安全哈希算法）也称为安全哈希标 准SHS（secure hash standard），是由美 国政府提出的，它在结构上与MD5相似， 但比MD5慢25%。
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要发出的 输入的信息 (长度不定) 单向 哈希 函数 报文摘要 秘密 密钥 加密 信息(与输 数字签名 入相同) 数字签名
（a）发送方计算报文摘要并产生数字签名的过程
接收的信 息
单向 哈希 函数 报文摘要 比较 报文摘要 两个摘 要相等， 则为正 确签名。
数字签名
用公开密钥解密
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9.2 DES密码算法
9.2.1 DES加密解密过程及安全性评论 9.2.2 DES算法的进一步改进
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9.2.1 DES加密解密过程及安全性评论
在DES中，将要加密的信息被分成64比特的数据 块，密钥的有效长度为56比特。 设数据块和密钥分别为m和K： m=m1m2m3…m64 mi=｛0，1｝ i=1，2，…64 K=K1K2K3…K64 Ki=｛0，1｝ i=1，2，…64 其中K8，K16，K24，K32，K40，K48，K56和K64为 奇偶校验位，真正被用到的密钥只有56位。 DES的加密过程如下图所示。

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明文输入 M=m 1，m2，…，m64 初始换位 IP
L0 f
R0 k1
L1=R0 f
R1=L0

f(R0,k1) k2
… L15=R14
f


R15=L14
… f(R14,k15)
k16
R16=L15
f(R15,k16)
L16=R15
逆初始换位 IP-1
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9.4 鉴别
9.4.1 身份鉴别 9.4.2 主机之间的鉴别 9.4.3 Kerberos鉴别
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9.4.1 身份鉴别

身份鉴别，也称为身份认证。是对网络中 通信双方的主体进行验证的过程。通常有 三种方法验证主体身份：
一是只有该主体知道的秘密，如口令、密钥；

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9.1.1 计算机网络信息安全与保密
2．信息加密的种类和层次 在传输过程中的数据加密称为‚通信加密‛，将 存储的数据进行加密称为‚文件加密‛。 在通信的三个不同层次上实现的加密，又称为节 点加密、链路加密和端-端加密。


节点加密是对相邻两节点之间传输的数据进行加密， 相当于OSI参考模型的第一、二层之间进行。它仅对 报文加密，不对报头加密，以便于传输的路由根据其 报头的标识进行选择。 链路加密是指对OSI参考模型的数据链路层进行数据 加密。链路加密是面向节点，对网络高层主体是透明 的，它不仅对数据加密而且对高层的协议信息（地址、 检错、帧头帧尾）也进行加密。
密文输出 y=y 1,y2,…，y64
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9.2.1 DES加密解密过程及安全性评论
DES解密过程 DES的解密算法和加密算法类似，只不过 第1次迭代时用子密钥k16，第2次迭代时用 k15，…第16次迭代时用k1，这是因为最终 换位IP-1是初始换位IP的逆变换。 同时，Ri-1=Li，Li-1=Rif（Li，ki） i=1， 2，…64。 注意，解密过程只是子密钥的顺序颠倒了， 算法没有变。