信息安全技术与实践课件第3章

3.1.1消息认证概述 消息认证是验证消息的完整性，
当接收方收到发送方的报文时， 接收方能够验证收到的报文是真 实的和未被篡改，即验证消息的 发送者是真正的而非假冒的（数 据起源认证）；同时验证信息在 传送过程中未被篡改、重放或延 迟等。
消息认证系统的一般模型：
第3章
3.1消息认证
消息认证函数的分类
PPP协议认证过程：
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3.2身份认证
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3.2身份认证
2. TACACS+协议 TACACS协议是一种基于UDP的协议，最初由BBN开发，
之后被Cisco多次扩展，TACACS+是TACACS的最新版本。 TACACS+是客户机/服务器型协议：TACACS+客户机通常是一 个NAS，而TACACS+服务器是一个监控程序，监听49号端口。 TACACS+的基本设计组件有认证、授权和记账。
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3.2身份认证
3. RADIUS协议
RADIUS（Remote Address Dial-in User Service）是基于 UDP的访问服务器认证和记账的客户机/服务器型协议。
RADIUS的基本设计组件有认证、授权和记账。RADIUS的 认证与授权结合在一起，其过程为：RADIUS客户机向RADIUS 服务器发送Access-Request包，内容包括用户名、加密口令、 客户机的IP地址、端口号及用户想要启动的会话类型。服务 器收到Access-Request包后在数据库中查询是否有此用户名 的记录。如果没有则加载一个默认的配置文件，或返回一个 Access-Reject消息，内容为拒绝访问的原因。
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3.2身份认证
3.2身份认证
正确识别主体
的身份是十分重要 的，身份认证是指 证实主体的真实身 份与其所声称的身 份是否相符的过程。 这一过程是通过特 定的协议和算法来 实现的，常使用PPP、 TACACS+和Kerberos 等协议来实现身份 认证。
3.2.1身份认证基础
身份认证是网络安全的核心，它能有效防止未 授权用户访问网络资源。身份认证是指证实客户 的真实身份与其所声称的身份是否相符的过程。 目前的身份认证主要有三种形式： 1）简单身份认证，如密码和口令； 2）强度身份认证，如公钥/私钥； 3）基于生物特征的身份认证，如指纹、虹膜、 DNA、声纹和用户的下意识行为。
MAC认证原理
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3.1消息认证
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3.1消息认证
3.1.3常用的消息认证算法
1. CBC模式 CBC（Cipher Block Chaining）模式是利用收发双方共享密
钥，使用分组密码的密码分组链接模式来实现消息完整性认证。 实现步骤： 1）文件的制造者和检验者共享一个分组密码算法E和一个密钥 k。 2）文件的明文为m = (m1，...，mn），记r = mn+1 = m1 + m2 +...+ mn，称r为校验码分组。若分组长度为L，则运算“+”表示模 2L加法。 3）采用分组密码的CBC模式，对附带校验码的已扩充的明文 （m，r）进行加密，得到的最后一个密文分组Cn+1就是认证码。
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3.2身份认证
3.2.2身份认证的实现
1. PPP协议 在拨号环境中要进行两部分认证，即在用户的调制解调
器和网络访问服务器（NAS）之间使用PPP（Point To Point Protocol ）认证协议认证（这类认证协议包括PAP、CHAP 等），然后是NAS和认证服务器进行认证（这类协议包括 TACACS+、RADIUS等）。
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3.1.2消息鉴别码 消息鉴别码（ Message Authentication Code ）MAC
是用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证 标识，并用该标识鉴别信息的完整性。消息鉴别码 （MAC）仅仅认证消息M的完整性和可靠性，并不负责 消息M是否被安全传输。
MAC是消息和密钥的函数，即MAC = C K（M），其 中M是可变长的消息，C 是认证函数，K是收发双方共 享的密钥，函数值C K（M）是定长的认证码。
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2. HMAC
HMAC将杂凑函数看作是一个“黑盒”，这是因为一个已 有的杂凑函数实现可以作为HMAC实现中的一个模块，在这种 方式下，大量的HMAC程序代码能够预先打包，无需修改就可 使用。另外若想在一个HMAC实现中替换一个给定的杂凑函数， 那么只需移走现有的杂凑函数模块并加入新的杂凑函数模块即 可。当嵌入的杂凑函数不够安全时，可简单地用更安全的杂凑 函数来替换嵌入的杂凑函数（如用SHA-256替换MD5），使 HMAC保持原有的安全性。
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3.1消息认证
用公开函数与密钥产生一 个固定长度的值作为认证 标识
消息加 密函数
用完整信息的密 文作为对信息的 认证
消息认 证码 （MA数，将 任意长的信息映射成一 个固定长度的信息
消息认证中常见的攻击有：
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重放 攻击
冒充 攻击
截获以前协议执行时传输 的信息，然后在某个时候 再次使用。对付这种攻击 的一种措施是在认证消息 中包含一个非重复值，如 序列号、时戳、随机数或 嵌入目标身份的标志符等。
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4. Kerberos认证协议
Kerberos是一种秘密密钥网络认证协议，它使用“数据 加密标准”（DES）加密算法来进行加密和认证。
Kerberos协议中有3个通信参与方，即需要验证身份的通 信双方和一个双方都信任的第三方KDC。将发起认证服务的 一方称为客户方，客户方需要访问的对象称为服务器方。在 Kerberos中客户方是通过向服务器方递交自己的“凭据” （Ticket）来证明自己的身份，该凭据是由KDC专门为客户方 和服务方在某一阶段内通信而生成的。
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3. 公钥密码体制实现的消息认证
利用公钥密码体制实现消息的完整性认证是信息系统中最 常用的手段之一，它通常是通过消息的产生者对消息的杂凑值 进行数字签名的方法来实现。与基于对称密码体制实现的消息 认证技术和HMAC相比，具有以下优势： 1）在保证消息产生者的公钥真实性和有效性的前提下，可以 实现消息的公开验证性。 2）由于消息产生者私钥的私有性，可以有效地防止消息产生 者的抵赖和任何他人的伪造。 3）在消息的产生者和验证者之间出现争议时，可由第三方进 行仲裁。
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3.2身份认证
3.2.3常用的身份认证技术
1. 基于口令的认证技术 当被认证对象要求访问提供服务的系统时，提供服务的
认证方要求被认证对象提交口令信息，认证方收到口令后， 将其与系统中存储的用户口令进行比较，以确认被认证对象 是否为合法访问者。这种认证方式叫做PAP（Password Authentication Protocol）认证。
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3.1消息认证
4）如果仅需对明文认证，而不需加密时，传送明文m和认证码 Cn+1；如果既需对明文认证，又需要加密时，传送密文C = ( c1,c2,...,cn )和认证码Cn+1。 5）验证时若仅需对明文认证而不需加密时，验证者收到明文m 和认证码Cn+1后执行如下步骤： Step1 产生明文m的校验码，r = mn+1 = m1 + m2 +...+ mn。 Step2 利用共享密钥k使用CBC模式对（m，r）加密，将得到的 最后一个密文分组与接收到的认证码Cn+1比较，二者一致时判 定接收的明文无错；否则判定明文出错。
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3.2身份认证
2. 双因子身份认证技术
双因子认证（Two-factor Authentication），其中一个因 子是只有用户本身知道的密码，可以是默记的个人认证号 （PIN）或口令；另一个因子是只有该用户拥有的外部物理 实体—智能安全存储介质。
双因子认证比基于口令的认证方法增加了一个认证要素， 攻击者仅获取了用户口令或者仅拿到了用户的令牌访问设备， 都无法通过系统的认证。
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3.2身份认证
4. 基于在线手写签名的身份认证技术
典型的在线手写签名验证系统包括4个主要的技术环节： 首先获取签名信息的数据，即经输入设备采集实时的手写签 名信息后输入到计算机中；然后进行预处理，包括去噪、归 一化等操作，目的是将采集到的数据变成适宜于进行特征提 取的形式；接着进行特征提取，从预处理后的数据中提取能 充分反映各人书写风格同时又相对稳定的特征；最后进行特 征匹配和判决，即采用某种判别规则，将提取的特征信息与 标准签名样本进行匹配，得出鉴别结果，此过程是一对一的 匹配过程，即验证输入签名的身份是否属实。
数字签名技术是将摘要信息用发送者的私钥加 密，与原文一起传送给接收者。接收者只有用发 送者的公钥才能解密被加密的摘要信息，然后用 HASH函数对收到的原文产生一个摘要信息，并与 解密的摘要信息进行对比，若相同则说明收到的 信息完整，在传输过程中未被修改；否则说明信 息被修改。
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3.3数字签名
3.3.2数字签名的实现
攻击者冒充 合法用户发 布虚假消息。 为避免这种 攻击可采用 身份认证技 术。
重组 攻击
把以前协议执行时 一次或多次传输的 信息重新组合进行 攻击。为了避免这 类攻击，把协议运 行中的所有消息都 连接在一起。
篡改 攻击
修改、删除、 添加或替换 真实的消息。 为避免这种 攻击可采用 消息认证码 MAC或hash 函数等技术。
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3.1消息认证
HMAC中对消息认证码实现的流程如下： 1）将k+与ipad按位异或得到的b比特数据作为杂凑算法的第一 个分组，于是经过杂凑运算，得到n比特的杂凑值H(si x)。 2）对消息(k+⨁opad)ฮh+再进行杂凑运算，得到n比特的杂凑 值Hk。 注意，k+与ipad异或的结果使得k中的一半比特取补；同样k+与 opad异或的结果也使得k中的一半比特取补，只是取补的比特 不同。这样经过杂凑变换产生两个不同的结果。