沈鑫剡编著(网络安全)教材配套课件第6章

计算机网络安全
网络安全基础
一、IPSec概述
1．安全关联
（3）安全关联相关参数




序号：32位长度，用于防止重放攻击。 防重放攻击窗口：用于确定接收到的AH或ESP报文是否是重放报文。 AH信息：消息鉴别码（MAC）算法，MAC密钥，MAC密钥寿命，及其他 用于AH的参数。 ESP信息：加密算法和加密密钥，MAC算法和MAC密钥，密钥寿命，及 其他用于ESP的参数。 安全关联寿命：可以是一段用于确定安全关联存在时间的时间间隔， 也可以是安全关联允许发送的字节数。 IP Sec协议模式：目前定义了两种模式，传输和隧道。 路径最大传送单元（MTU）：不用分段可以在安全关联绑定的发送端 和接收端之间传输的最大分组长度。
网络安全基础
三、安全协议体系结构
安全协议体系结构 HTTPS PGP SET SSL 或 TLS IP Sec IP over 以太网 不同传输网络 对应的安全协议

应用层 TCP IP IP over ATM ATM IP over SDH SDH … … UDP
应用层 传输层 网际层 网络接口层 不同类型网络
IP 首部
净荷
ESP ESP 尾部 MAC
隧道模式下，净荷是包括内层IP首部在内的整个IP分组。
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网络安全基础
三、ESP
加密 IP 首部 ESP 首部 净荷 ESP ESP 尾部 MAC 鉴别数据 96b
安全参数索引（SPI） 32b
序号 32b
填充
填充长度 下一个首部 8b 8b
ESP首部包含安全参数索引（SPI）和序号，它们的作用和AH 相同。 ESP尾部包括填充数据、8位的填充长度字段和8位的下一个首 部字段。填充长度字段值以字节为单位给出填充数据长度，下一 个首部字段给出净荷的协议类型。 计算鉴别数据时覆盖的字段只包括ESP首部＋净荷＋ESP尾部。
终端 A 3.3.3.3 终端 A（IDA） 的公钥是 PKA CA 签名
Web 服务器 B 7.7.7.7 Web 服务器 B（IDB） 的公钥是 PKB CA 签名
建立终端A至web服务器的动态安全关联，采用证书+私钥 方式鉴别对方身份。
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四、IKE
2．IKE相关配置
终端A和Web服务器B与第一阶段有关的配置如下。
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四、IKE
1．静态安全关联和动态安全关联 静态安全关联建立机制由人工完成发送端和接收端 中安全关联数据库（SAD）的配置过程。 动态安全关联建立机制根据安全传输数据的需要， 通过协议建立发送端至接收端的安全关联，协商与该安 全关联相关的参数。
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四、IKE
以太网
每一种传输网络有着该传输网络对应的安全协议； 网际层有Internet安全协议（IPSec） ； 传输层有安全协议安全插口层（SSL），或者传输层安全（TLS） ； 应用层有实现电子邮件安全传输的PGP，用于实现电子安全支付的安全电 子交易（SET），用于安全访问网站的基于SSL/TLS的HTTP（HTTPS）等。
鉴别数据：消息鉴别码（MAC），用于鉴别源端身份和实现数 据完整性检测。
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二、AH
2．AH应用实例
终端 A 至 web 服务器安全关联 终端 A 3.3.3.3 IP 分组分类 安全关联标识符 安全关联参数 MAC 算法=HMAC-MD5-96 MAC 密钥=7654321 序号=7890 Web 服务器 7.7.7.7 安全关联标识符 SPI=1234 目的 IP 地址=7.7.7.7 安全协议标识符=AH 安全关联参数 MAC 算法=HMAC-MD5-96 MAC 密钥=7654321
如果报文序号小于N－W+1， 或者该序号对应的报文已经正确 接收，丢弃该报文。 如果报文序号在窗口范围内， 且未接收过该序号对应的报文， 接收该报文并将该序号对应的标 志改为已正确接收该序号对应的 报文。 如果报文序号大于N，假定 为L（L＞N），将窗口改为L－ W+1～L，并将序号L对应的标志 改为已正确接收该序号对应的报 文。
DES,MD5,YA,NA DES,MD5,YB,NB,证书请求 EK（AH,HAMC-MD5,IDA,IDB,证书,证书请求,数字签名） EK（AH,HAMC-MD5,SPI=1234,IDA,IDB,证书,数字签名）
IKE动态建立安全关联过程分为两个阶段，第一个阶段是建 立安全传输通道，第二个阶段是建立安全关联。建立安全传输 通道的目的是可以安全传输为建立安全关联而相互交换的信息。
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一、IPSec概述
３．防重放攻击过程
黑客终端
实际传输路径 网络 正常传输路径 源端 目的端
黑客可以重复转发截获的AH或ESP报文，或是延迟一 段时间后，再转发截获的AH或ESP报文。
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一、IPSec概述
３．防重放攻击过程
W
目的端每接收到一个AH或ESP 报文，执行如下操作：
TLS 记录协议 TCP IP
TLS记录协议用于封装上层协议消息，通过TLS记录协 议传输的上层消息可以实现源端鉴别、保密性和完整性。
协议类型=TCP SPI=1234 源 IP 地址=3.3.3.3/32 目的 IP 地址=7.7.7.7 目的 IP 地址=7.7.7.7/32 安全协议标识符=AH 目的端口号=80
终端A与Web服务器之间建立终端A至web服务器的安全关联， 用SPI=1234、目的IP地址=7.7.7.7和安全协议标识符=AH唯一 标识该安全关联。经过安全关联传输的IP分组封装成AH报文。 建立安全关联时双方约定MAC算法为HMAC-MD5-96，MAC密钥为 7654321。
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6.2 IPSec
本讲主要内容 IPSec概述； AH; ESP; IKE。
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一、IPSec概述
1．安全关联 （1）安全关联定义 这种以实现源端鉴别、数据加密和完整性检 测为目的的关联称为安全关联（SA）。安全关联 是单向的。 安全关联用安全参数索引（SPI）、目的IP 地址和安全协议标识符唯一标识。
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6.3 TLS
本讲主要内容 TLS引出原因和发展过程； TLS协议结构； TLS记录协议； 握手协议实现身份鉴别和安全参数协商过程； HTTPS。
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一、TLS引出原因和发展过程
1．引出原因 对于许多客户/服务器（C/S）应用结构，实 现双向身份鉴别与保证相互交换的数据的保密性 和完整性是非常重要的。 必须有一套用于完成双向身份鉴别和安全参 数协商的协议。
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一、IPSec概述
2．传输模式和隧道模式
安全关联 网络 源端 目的端
传输模式用于保证数据端到端安全传输，并 对数据源端进行鉴别，这种模式下，IPSec所保 护的数据就是作为IP分组净荷的上层协议数据， 如TCP、UDP报文和其他基于IP的上层协议报文。
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一、IPSec概述
2．传输模式和隧道模式
安全关联
内部网络 源端 路由器 R1
隧道 公共网络 路由器 R2
内部网络 目的端
安全关联的两端是隧道的两端。 源端至目的端的IP分组作为净荷封装在以路由器R1 的全球IP地址为源IP地址，路由器R2的全球IP地址为目 的IP地址的IP分组中，这种将整个IP分组作为另一个IP 分组的净荷的封装方式就是隧道格式。
网络安全
第六章
© 2006工程兵工程学院 计算机教研室
网络安全基础
第6章 安全协议
本章主要内容 安全协议概述； IPSec； TLS； 应用层安全协议； IPSec、TLS和应用层安全协议比较。
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网络安全基础
6.1 安全协议
本讲主要内容 产生安全协议的原因； 安全协议功能； 安全协议体系结构。
AH
IP 首部
净荷
隧道模式下，整个IP分组作为隧道格式的净荷，在外层IP 首部和净荷之间插入鉴别首部AH。
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二、AH
1．AH报文格式
8位 下一个首部 8位 鉴别首部长度 16 位 保留
安全参数索引（SPI） 序号 鉴别数据
隧道模式下，整个IP分组作为隧道格式的净荷，在外层IP 首部和净荷之间插入鉴别首部AH。
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网络安全基础
一、TLS引出原因和发展过程
2．TLS发展过程 TLS的前生是安全插口层（SSL） 。 IETF在SSL v3.0的基础上提出了TLS 1.0，目 前TLS的最新版本是TLS 1.2。
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二、 TLS协议结构
TLS 握手协议 TLS 改变 密码规范协议 TLS 报警协议 HTTP
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网络安全基础
二、AH
2．AH应用实例
7654321 HMAC -MD5 相等，源端鉴别和 完整性检测通过 不相等，源端鉴别和 完整性检测没有通过 AH 报文 HMAC -MD5 AH 报文 鉴别 数据 AH 报文 鉴别 数据
7654321
（a）发送端操作过程
（b）接收端操作过程
AH源端鉴别和完整性检测过程
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一、IPSec概述
1．安全关联
发送者 A SPI 目的 IP 地址 安全协议标识符
安全关联
接收者 A
发送者 B 源 IP 地址 目的 IP 地址 源端口号 目的端口号 传输层协议 服务类型 安全协议 接收者 B