13第9章 网络信息服务平台安全性

对称密钥加密: 收发双方密钥完全相同
公共密钥加密: 加密密钥公开, 解密密钥保密
注：密码术是被动攻击主要防护策略
1
一般的数据加密模型
截获
截取者
篡改
明文 X
E 加密算法
加密密钥 K
密文 Y = EK(X)
安全信道
D 解密算法
明文 X
解密密钥 K
密钥源
常规密钥密码体制--对称密钥加密术 替代密码: 使用一种符号来替代另一种
A
src:B dest:A
C
payload
B
8
IP 欺骗（Spoofing）:
◦ ◦ ◦
可以应用程序中产生“原始”的IP分组, 将任意的值 植入IP信源字段 接受方往往分辨不出信源地址的真假 e.g.: C 假装成 B
A
src:B dest:A payload
C
B 9
拒绝服务(Denial of service ,DOS) :

单字符密码: 用一个字母来替换另一个
明文: 密文:
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq
E.g.: Plaintext: bob. i love you. alice ciphertext: nkn. s gktc wky. mgsbc
◦ ◦
◦
发送“洪水”分组将接受方“淹死” 分布式 DOS (DDOS): 多个协调的信源向接受端发起 攻击 e.g., C 和远程主机同步攻击 A
A
SYN SYN SYN SYNCSYNSYN SYNB
1
密码术的术语
plaintext
KA
ciphertext
KB
plaintext
Figure 7.3 goes here
5. 则公钥 数对为(n,e).密钥 数对为(n,d).
2
RSA: 加密, 解密
0. 假设 (n,e) 和(n,d) 如前述方法计算 1. 则加密过程为,设加密的位流为 m, 则可计算出
c = m e mod n (i.e., 也就是me为n除后所得余数)
2. 若对接收到的位流 c进行解密, 则可计算出
3
哈希函数算法

因特网校验和可以看 成性能很差的报文摘 要. 要找到两个相同的 校验和十分容易.


MD5散列函数得到了广泛的使 用. 通过4个步骤计算 128位报 文摘要. 任意的128位串 x, 如果要 构造一个报文m使得其MD5 散列结果等于x至少是十分 困难的. SHA-1 也有应用. US 标准 160-bit 报文摘要
失败, 缺点?
2
认证: ap5.0
ap4.0 要求共享对称密钥 问题: Bob, Alice 如何才能在共享秘钥上达成一致 我们能否使用公开密钥机进行身份验证? ap5.0: 使用 nonce, 公开密钥加密技术
Figure 7.12 goes here
2
ap5.0: 安全漏洞
中间人攻击: Trudy 对 Alice假扮 Bob而对 Bob假扮 Alice
3



假设 Alice收到了原 Alice 即可确认: 始报文m, 和数字签 Bob 签署了原始报文m. 名 dB(m) 不会是他人签署的 m. Alice核对m报文的签 名过程是使用 Bob的 Bob签署的就是m 而不 公钥 eB 对数字签名 是 m’. 档 dB(m) 进行解密， 不可否认: 然后确认是否 Alice 可以将原始报文 eB(dB(m) ) = m. m, 和数字签名dB(m) 提 如果 eB(dB(m) ) = m, 交法庭作为Bob签署了 那么无论是谁签署了 报文m的证据. 原始报文m ，必定使 用了 Bob的私钥。 3
e (m mod n) d mod n = med mod n = m ed mod (p-1)(q-1) = m mod n
(由于我们 选择 ed 可为(p-1)(q-1)所除 且余数为 1 ) (使用上述数论结果)
mod n
1
= m
2
报文鉴别
目的: Bob 要求 Alice “证明”其身份 Protocol ap1.0: Alice 说： “I am Alice”
完整性
什么是网络安全? 安全性: 只有发送方,意欲中的接收方能够 “ 理解” 报文内容

发送方加密报文 接收方解密报文
报文鉴别: 收发双方需要证实对方的身份 报文完整性: 收发双方需要保证报文不被篡 改 (在传输过程中,或传输完毕以后) ，不 被探测
4
信息安全的威胁/攻击
网络上的主动攻击和被动攻击
报文摘要
对长报文进行公钥加密 计算成本非常昂贵 目的: 固定长度, 产生容 易计算的数字签名, “指 纹”

应用散列函数 H() 可以 对报文m进行处理, 得 到固定长度的报文摘 要, H(m).
理想散列函数的特点: 多对一(Many-to-1) 产生固定长度的报文摘要 (指纹) 假设有一个报文摘要x, 但 是如果想通过计算得到报 文 m 的摘要并使 x = H(m)是不可能的 使用计算方法想找出两个 报文m 和 m’ 并使得 H(m) = H(m’)也是不可能的
为什么会失败??
2
认证: 再试一次
Protocol ap2.0: Alice 说 “I am Alice” 并 发送其IP地址进行证明
为什么会失败??
2
认证: 又试一次
Protocol ap3.0: Alice说“I am Alice” 并发 送口令证明.
为什么会失败?
2
认证: 再试
Protocol ap3.1: Alice 说 “I am Alice” 并发送 其加密的口令进行证明. I am Alice encrypt(pas sword) 为什么会失败?

让DES更安全

1
对称密钥密码术: DES DES 运算 初始置换 16轮相同的运算,每 次使用不同的48 bits 密钥 最终置换
1
公开密钥密码术
对称 密码密码术


要求收发双方约定 共享的密钥 Q: 如何进行密钥 的约定 (特别是在 从未“谋面”的情 况下)?
公开密钥密码术
o完全不同于对称密钥 的加密方法 [DiffieHellman76, RSA78] o收发双方不共享密钥 o加密的密钥匙 公开 的(公诸于世) o解码密钥是保密的 ( 只有接收方知道)
3
报文摘要的实现
发端 明 文 经过报文M 摘要运算 H MD 得出报文 摘要 明 文 M 收端
发送
密钥 K
明 文 M
H 密钥 K
收端算出的 报文摘要
加密的报文摘要 附加在明文后面 得出解密的报文摘要 加密的报文摘要
比较 （是否一致？） MD
数字签名 = 签过的报文摘要
Bob 发数字签名报文:
Alice 对所收报文的签名 和报文完整性进行核对
1
公共密钥密码术
Figure 7.7 goes here
1
公共密钥加密算法
两个相关的要求:
1
B d (e (m)) = m B B
需要加密d ( m 和解密 e ( m ) )
B
2
m 为 dm )和 e ( )选取公开密钥和 ( B B 秘密密钥
RSA: Rivest, Shamir, Adelson 算法 1
Figure 7.14 goes here
结论：需要 “资质认证的” 公钥
3
数字签名
对报文进行简单的数字签名 : Bob 使用其私钥dB 对 m 加 模拟手签的加密技术. 密, 创建了签过名的报文, 发送方(Bob) 对文件进行 dB(m). 数字签名, 确定他是文件 Bob 将原始报文m 和数字 的拥有者和创建者. 签名 dB(m) 发给 Alice. 可供鉴定, 不可否认证据: 接受方 (Alice) 可以确认 这是 Bob发送的文件.


三位网络安全领域里的“知名人士” Bob, Alice (恋人!) 需要进行“私密”的通信 Trudy, 则是“侵入者”有可能对他人的通信进行截获、 删改活动
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因特网的安全隐患
分组泄漏（Packet sniffing）:
◦ ◦ ◦ ◦
广播介质 间谍 NIC 可以读出所有传输的分组 即可以读出所有未加密的数据 (e.g. passwords) e.g.: C 在“嗅“B的分组


具有公信力的密钥分发中 心（key distribution
center (KDC) ）来作 为诸多实体间的中介
481968572106750915091411825223072000
me
c = me mod n 17
1524832
c 解密: 17
m = cd mod n 12
字母 l
2
RSA: 原理:
m = (m e mod n) d mod n
数论结果: 如果 p,q 互质, n = pq, 那么 y y mod (p-1)(q-1) x mod n = x mod n
DES: Data Encryption Standard 美国加密标准 [NIST 1993] 56-bit 对称密钥, 64 bit 明文输入 DES安全性如何?


DES 挑战赛: 对使用56-bit密钥的短语 (“Strong cryptography makes the world a safer place”) 进行的 解码 (brute force)花费了 4个月 尚未找到 “后门” 解码方法 对每个数据块顺序使用三层DES(3-DES) 使用块状密码链(use cipher-block chaining)