第5章 电子商务安全协议

密码协议分类（按功能）
• （1）密钥交换协议：两个或多个实体之间建立共享的 秘密， 通常用于建立一次通信中所使用的会话密钥。 • （2）认证协议：包括实体认证协议、消息认证协议、 数据源认证、数据目的认证， 用于防止假冒、篡改、否 认等攻击。 • （3）认证和密钥交换协议： 将认证和密钥交换结合在 一起， 是网络中最普遍应用的安全协议。
该协议最早是由网景通信公司（Netscape Communication）推出的，主要是针对Web、电子 邮件及新闻组通信安全问题。版本1（SSLv1）仅 在网景公司内部流传，从来没有公开实现和广泛部 署，同时Netscape也没有真正交付过SSLv1的规范。 SSLv2最初在1994年推出，但是它包含许多中等程 度的安全缺陷。为此，在1995年末Netscape发布了 SSLv3。在对SSLv2改进的基础上，微软在1995年 10月发表了保密通信技术（Private Communication Technology ，PCT）。
5.1.2 协议的安全性
• 协议存在安全缺陷的原因 （1） 协议设计者误解或采用了不恰当的技术。 （2）协议设计者对环境要求的安全需求研究不足。
安全缺陷分类
• • • • • • 基本协议缺陷 口令／密钥猜测缺陷 陈旧消息缺陷 并行会话缺陷 内部协议缺陷 密码系统缺陷
5.1.3 安全协议分析
• 攻击检验方法：搜集目前对协议有效的攻击方 法， 逐一对安全协议进行攻击， 检验协议是否 具有抵抗这些攻击的能力。 • 形式化分析方法：采用各种形式化的语言或模 型， 为安全协议建立模型， 按照规定的假设、 分析和验证方法证明协议的安全性。
2． SSL协议中的状态 一个SSL会话是有状态的。SSL握手协议的责任是 协调客户端和服务器端的状态，因此允许每一个状 态机自行操作，而不用管这个状态是不是完全并行。 逻辑上，状态被表述两次，一次是当前操作状态， 一次是待定状态（在握手协议阶段）。SSL定义状 态来实现握手层协议协商的结果何时对记录层生效， 客户和服务器如何协调起来同时实施新的协商结果。 （1） 待定状态和当前状态 SSL用两个状态有效地实现了握手协议的协商结果 对记录层生效。
第五章 电子商务安全协议与安全标准
5.1 安全协议概述
• 5.1.1 安全协议的概念 • 安全协议是指使用密码学技术的密码协议。协议就是两 个或者两个以上的参与者为完成某项特定任务而采取的 一系列步骤。它包含三层含义： • （1）协议是一种顺序的执行过程， 执行顺序不可颠倒 也不可省略。 • （2）协议至少有两个参与者 • （2）协议是为完成某项特定的任务而设计的。 • 密码协议就是网络通信中采用密码算法的的密码技术协 议。
（2） 会话状态和连接状态 一个SSL会话可以包含多个安全连接，实体可以有 多个相似的会话。 每个会话状态包含以下元素： 会话标识符一个由服务器选出的任意的字节序列， 它用来表示一个活动的或可恢复的状态。 对等实体证书X.509 v3 证书，这个元素可以是空值。 压缩算法这个算法将预先的数据压缩成可加密的编 码。 加密规格说明指定应用数据的加密算法和MAC算 法。也定义了加密属性。
SSL协议可以独立于应用层协议，因此可以保证一 个建立在SSL协议之上的应用协议能透明地传输数 据。SSL协议在网络协议栈的位置如图5.1所示。 SSL握手协议的作用是在正式的秘密通信之前，让 服务器和客户之间互相鉴别对方的身份并协商一种 会话的加密算法和加密密钥。 （1） 客户端和服务器之间互相验证身份 主要是通过证书来验证，首先通过对方证书中权威 发证机构签字的验证，来确定对方拿的证书是否有 效。如果证书有效，接着就从这个证书中提取出公 钥，通过对方的签名验证用户是不是假冒的。如果 二者都通过，则证明对方的身份是真实可信的。其 中服务器对客户端的验证是可选的。
当前，Internet上有几种加密协议在使用中，对应 ISO/OSI七层网络模型的每一层都已提出了相应的 协议。对会话层有SSL(Secure Sockets Layer,安全 套接字层)协议，对应用层有SET(Secure Electronic Transaction，安全电子交易)协议。在所有的协议 中，SSL和SET与电子商务的关系最为密切。 SSL使用保密密钥对将要通过SSL连接传送的数据 进行加密，它是对两台机器之间的整个会话进行加 密的协议，在Internet上广泛用于处理财务上敏感 的信息，在这些敏感的财务问题处理上，SET协议 更安全、更可信，但是比较复杂。
形式化分析技术
• （1） 使用通用的形式化描述语言和协议校验工具建立 安全协议模型并进行校验。 • （2）设计专门的专家系统制定校验方案， 检验协议的 安全性， 并作出结论。 • （3）基于知识和信念的逻辑建立所分析协议的安全需 求模型。 • （4）基于密码学系统的代数特性开发协议的形式化模 型。
从SSLv3着手，1996年末Internet工程任务组 （Internet Engineering Task Force,IETF）的传输 层安全工作组完成了传输层安全协议（Transport Layer Security，TLS）的标准化工作，该工作被 广泛认为是对网景与微软公司方案的一种调和。 对安全保密性要求较高的是网络电子商务、事务处 理等系统，在现实中运营的这些系统绝大多数是以 SSL协议为基础建立的，就如同TCP/IP之于网络， SSL协议已成为Web安全方面的工业标准。目前广 泛采用的是SSLv3。
互用性。独立的程序员应能够开发使用SSL的程序， 并能相互交换加密参数，而不必了解对方的程序代 码。并不是所有的SSL协议（甚至在同一个域中） 实例都能成功地建立连接。 可扩展性。SSL力图提供一个框架，确保新的公开 密钥和重要的加密方法可以添加进去，这样不必因 某些缺陷而建立新的协议，也不必在设计时建立一 个完整的安全库。 关联功能。因为加密倾向于使用高速CPU，特别是 公钥加密运算，所以SSL协议集成了一个可选的会 话高速缓冲模式，它能减少连接的数目和重新建立 连接的需要。
主密钥一个在客户端和服务器间共享的48字节密钥。 是否可恢复一个标志，表明这个会话是否是可恢复 的。 每个连接状态包含下列元素： 服务器和客户端随机数是服务器和客户端为每一次 连接选择的一个字节长的数值。 服务器消息验证码密钥是服务器用来产生消息验证 码的密钥。 客户端消息验证码密钥是客户端用来产生消息验证 码的密钥。
待定状态，包含当前握手协议协商好的压缩、加密、 计算MAC以及密钥等。 当前状态，包含记录层正在实施的压缩、加密、计 算MAC以及密钥等。 另外，保留了独立的读和写状态，当客户端或服务 器接到一个改变密码的说明消息时，它将把待定读 状态复制成当前读状态；当客户端或服务器发送一 个改变密码的说明消息时，它将把待定写状态复制 成当前写状态。当握手协商结束时，客户端和服务 器交换改变密码的说明消息，使用已商量好的新的 密钥进行通信。
5.2 安全套接层协议(SSL)
• 由Netscape 开发，是一个保证任何安装了安全 套接层的客户和服务器之间的事务安全的协议， 它涉及所有的TCP/IP 协议。 • SSL已得到众多的Internet 和Intranet 网络产品 及其厂商的支持。
1.引言
安全套接字层协议( Security Socket Layer,SSL)是 用于Internet上进行保密通信的一个安全协议，它 的主要目的是保证两台机器之间的通信安全，提供 网络上可信赖的服务。该协议采用了多种加密算法， 具备了信息的加密、完整性校验、数字签名、密钥 交换的功能，保证服务器与客端在通信时免遭窃 听、篡改和伪造。
3. SSL 协议的结构 SSL协议基于C/S模式，它由两层组成，分别是握 手协议层和记录协议层。握手协议层主要是在双方 进行正式的保密通信前，建立一个连接双方的安全 通道。其中主要是相互验证、协商加密算法、生成 密钥、初始化向量等。记录协议层封装高层协议， 具体实现压缩/解压缩、加密/解密、计算MAC等与 安全有关的操作。 作为分层的协议，在每一层，消息可以包含长度、 描述和内容字段。SSL发出消息，先把数据分成可 管理的块，压缩、加密并发出加密后的结果。接受 消息就解密、验证、解压和重组，再把结果发往更 高一层的客户。
2 SSL协议概述
Netscape Navigator和Internet Explorer都支持SSL， 而且许多网站使用这种协议来从用户端接收信用卡 编号等保密信息。要求SSL连接的网址以“https：” 开头，而不是“http：”。SSL自提出标准草案， 经多次的改进升级，目前已广泛被业界所接受，成 为现实中的标准。 除 Netscape 的产品和微软的IE 外，还有很多其他产品均支持SSL的通信协议 。目 前全球绝大部分的网上商店使用SSL安全系统。
Navigator返回一个由这些证书授权者之一所签发 的证书。如果没有这样的证书，握手信号就失败， 这样就避免了用户为每个链接查看证书。SSL经过 多次修订，从开始版本1发展到IETF最终采纳的传 输层安全（Transport Layer Security,TLS）标准。 所有TLS版本之前的版本都是由网景公司的工程师 们设计的。到了TLS版本，IETF要求必须支持DH、 DSS新的MAC算法和新的密钥扩展。 SSL的设计目标如下： 加密安全。SSL协议应在两个实体之间建立一个安 全连接。
图5.1 SSL协议层与TCP/IP 协议的关系图
（2） 客户端和服务器之间协商安全参数 协商的参数一般包括协议的版本号、密钥交换算法、 数据加密算法和Hash算法。通过协商达成一致性。 版本号一般要求一致；关于密钥交换算法和数据加 密算法，是先由客户端向服务器端发送一个列表， 其中详细列举了客户端所支持的算法，然后由服务 器端从中选取自己支持且加密性能优的算法，将其 返回给客户端，至此完成了算法的协商；最后由客 户端随机产生一个用于数据加密的对称密钥，用一 种商定好的密钥交换协议将它传给服务器端。
随着SSL版本的递增，它所提供的安全保护也越来 越强。第一代Netscape产品（包括Netscape Navigator 2.0、Netscape Commerce Server 1.0 和 Netscape News Server 1.0）实现了SSLv2。目前 Netscape 产品（包括Netscape 3.0-和Netscape SuitSpot服务器的产品）实现了SSLv3。SSL提供 的基本服务（报文完整性、报文保密和相互验证） 在协议的版本2和版本3是相同的，但是SSL 3对协 议有很多的增强。最后的增强是对客户机证书请求 协议的改进，允许服务器规定一个可信赖的签发客 户机证书授权者表。