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第5章
5.1 5.2 5.3 5.4
密钥管理技术
密钥管理概述 密钥生成与分发 秘密共享与密钥托管 公钥基础设施PKI
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5.1 密钥管理的基本概念
密钥管理系统 目的:维持系统中各实体之间的密钥关系,以抗击 各种可能的威胁:密钥的泄露;秘密密钥或公开密钥 的身份的真实性丧失;经未授权使用。 基本思想:工作密钥需要时才动态产生,并由其上 层的密钥加密密钥进行加密保护;密钥加密密钥可 根据需要由其上层的加密密钥再进行保护;最高层 的主密钥构成整个密钥管理系统的核心。为了产生 可靠的密钥管理系统,对于不同的密钥应用场合, 应当规定不同类型的密钥。
K 1
信 使
K
挂号函件 特快专递 密钥分路递送 电 话
K K
2
3
密钥接收重组送
信 鸽 K1 K5 K2 K3 K4
K
4
5
K1 K5
K
2
K3
K4
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5.2 密钥生成与分发 5.2.5 密钥的分配
2.网内分配密钥方式
网内分配方式是利用密码技术自动分配密钥方式。它
又可分为两种: 一种是在用户之间直接分配密钥,即一个通信主体可向 另一个通信主体传送在一次对话中要使用的会话密钥。 另一种是设立一个密钥分配中心(KDC-Key Distribute Center),通过KDC来分配密钥,这种方法使用得较多。
2
5.1
密钥管理的基本概念
密钥管理处理密钥自产生到最终销毁的整个过程中 的有关问题 (1)密钥生成 (2)密钥的装入和更换 (3)密钥分配 (4)密钥保护和存储 (5)密钥的吊销 (6)密钥的销毁
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第5章
5.1 5.2 5.3 5.4
密钥管理
密钥管理的基本概念 密钥生成与分发 秘密共享与密钥托管 公钥基础设施PKI
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5.2 密钥生成与分发 5.2.5 密钥的分配
密钥的分配是指产生并使使用者获得密钥的过程。
由于任何密钥都有使用期限,因此密钥的定期(或 不定期)更换是密钥管理的一个基本任务。为了尽可能 地减少人的参与,密钥的分配需要尽可能地自动进行。 密钥的传递分为集中传送和分散传送两类。
集中传送是指将密钥整体传送,这时需要使用主密 钥来保护会话密钥的传递,并通过安全渠道传递主密钥 。分散传送是指将密钥分解成多个部分,用秘密分享( secret sharing)的方法传递,而且只要有一部分到达即可 复原。分散传送方式适用于在不安全信道中传递密钥的 情形。
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5.2
密钥生成与分发
密钥的种类 初始密钥(primary key):也称为基本密钥(base key )或用户密钥(user key)。该密钥可由用户选定或 由系统分配给,通常由密钥生成算法实现。初始密 钥的生命周期一般比较长,可为几个月、半年,甚 至是一年。 会话密钥(session key):用于通信双方交换数据 时使用的密钥, 可以由可信的密钥管理中心分配,也 可以由通信用户协商获得。通常会话密钥的生命周 期很短,一次通信结束后,该密钥就会被销毁
组播报文涉及一个发送者和多个接收者,而且接收者和 发送者都可能变化,组播成员之间不能使用固定的对称 密钥,所以对组播报文的加密是一个较为困难的问题。 几种可能的方案
(1)可以使每个会话的成员使用一个共享会话密钥,要解 决将会话密钥传递到本次会话的各个成员手中;
(2)在非对称密钥体制中各个成员使用自己固定的密钥, 发送者用会话密钥加密报文后,再根据各个接收者的公 开密钥进行加密,附在密文中传送给各个接收者。
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5.3 秘密共享与密钥托管 5.3.1 密钥的存储
1.密钥的硬件存储
好处:是攻击者无法接触它们。因为令牌通常保存在个 人手中,并不连接到网络上。只有当用户要使用他的令 牌时,才将其连接到他的计算机上,这最终也会连接到 网络。因此在这短暂的一刻,他的秘密是脆弱的。但是 几秒钟的脆弱性显然没有一天24小时之内都脆弱的网络 那样危险。这种方案可以使远程攻击受挫。
A B
K A K B
. . . . ③ EKB[IDA,KS,T] 用户B
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5.2 密钥生成与分发 5.2.6 密钥分配中心方案
2.公开密钥分配方案
KDC ①IDA||IDB
公开密钥文件
A K PA K PB
用户A
② CA||CB ③ CA||CB
B
. . . .
用户B
CA=DKRAS(IDA,KPA,T1), CB=DKRAS(IDB,KPB,T2)
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5.2
密钥生成与分发
会话密钥:可在密钥加密密钥控制下通过某种加密 算法动态地产生,如用初始密钥控制一非线性移位 寄存器或用密钥加密密钥控制DES算法产生。 初始密钥:可用产生密钥加密密钥或主机主密钥的 方法产生 非对称密码体制密钥生成 建立在某一计算困难性问题之上的单向陷门函数
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5.2 密钥生成与分发 5.2.1密钥的生成
(3)交换密钥后,A、B分别计算共享的秘密会话密钥KA、KB:
用户A计算: KA=YB XA mod 47=178 mod 47=4 mod 47 用户B计算: KB=YA XB mod 47=2810 mod 47=4 mod 47
A和B双方独立地决定采用4作为会话密钥。
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源自文库
5.2 密钥生成与分发 5.2.7 组播密钥分配
初始密钥:直接或间接注入,注入后不能再读出, 可联机验证。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.3 密钥的寿命
密钥不能无限期使用。密钥使用时间越久,泄露的机会
已越大,由泄露造成的损失就越大。用同一个密钥对多个
明文加密,被破译的机会就大。 密钥必须定期更换。更换时间取决于给定时间内待加密 数据的数量、加密的次数和密钥的种类。 例如,会话密钥应当频繁更换以便达到一次一密。密钥 的加密密钥无需频繁更换。主密钥可有更长的更换时间。 用于存储加密密钥的密钥则有更长的更换时间。公开密钥 密码体制的私钥的寿命,根据应用的不同有很大变化,如 用做数字签名和身份认证的私钥可持续数年或一生。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.6 Diffie-Hellman密钥交换方案
让 A 和 B 两个陌生人之间建立共享秘密密钥的公开密 钥算法是由 W.Diffie 和 M.E.Hellman 于 1976 年提出,称为 Diffie-Hellman算法,它定义了公开密钥密码体制。它的 目的是使得两个用户安全地交换一个密钥以便用于以后 的报文加密,这个算法本身限于密钥交换的用途。许多 商用产品都使用这种密钥交换技术。 在Diffie-Hellman密钥交换算法中的单向函数是模指数运 算。它的逆过程是离散对数问题,其Diffie-Hellman算法 的保密性基于求mod p解离散对数问题的困难。
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5.3 秘密共享与密钥托管 5.3.1 密钥的存储
2. 使用门限方案的密钥保存
门限方案(也称秘密共享或秘密分享)。通常将秘密(比如 密钥)被分割成几份,某些份额必须结合在一起才能恢复秘密。 例如,一个秘密可以分成5份,任何3份都可以结合以重新产 生该值。
网内KDC方式的几种密钥分配方案。
一种是对称密钥分配方案,
另一种是公开密钥分配方案, 这几种方案实际也就是网络的密钥分配协议。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.6 密钥分配中心方案
1.对称密钥分配方案 KDC
① IDA‖IDB
用户专用基 本密钥文件
用户A
②EKA[IDB,KS,T,EKB[IDA, KS,T]]
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第6章
5.1 5.2 5.3 5.4
密钥管理
密钥管理的基本概念 密钥生成与分发 秘密共享与密钥托管 公钥基础设施PKI
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5.3 秘密共享与密钥托管 5.3.1 密钥的存储
密钥在多数时间处于静态,因此对密钥的保存是密
钥管理重要内容。密钥可以作为一个整体进行保存,也
可化为部分进行保存。 密钥的硬件存储 使用门限方案的密钥保存 公钥在公用媒体中存储
交易中的安 全责任由中 心承担
网络边界确 定的有中心 系统
分散式
由个人产生
密钥变量中 交易中安全 的公钥必须 责任由个人 承担 公开,需经 第三方认证。
无边界的和 无中心系统
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5.2 密钥生成与分发 5.2.2 密钥的注入
主机主密钥:直接或间接注入,注入时须有电磁屏 蔽,注入后不能再读出(但可间接验证)。 密钥加密密钥:直接或间接注入,注入时须有电磁 屏蔽,装入后不能再读出,可联机或者间接验证。
1.好密钥特征
真正随机、等概;
避免使用特定算法的弱密钥; 双钥系统的密钥更难产生,因为必须满足一定的数学关 系; 为了便于记忆,密钥不能选得过长,而且不可能选完全 随机的数字串,要选用易记而难猜中的密钥;
采用散列函数。
密钥的生成与算法有关,如果生成的密钥强度不一致,则称该 算法构成的是非线性密钥空间;否则称为线性密钥空间。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.5 密钥的分配
3.利用物理现象实现
基于量子密码的密钥分配方法,它是利用物理现 象实现的。密码学的信息理论研究指出,通信双方A 到B可通过先期精选、信息协调、保密增强等密码技 术实现使 A 和 B 共享一定的秘密信息,而窃听者对其 一无所知。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.6 密钥分配中心方案
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5.2 密钥生成与分发 5.2.4 密钥的销毁
加密设备应能对设备内的所有明文、密钥及其他没受 保护的重要保密参数“清零”。即清除一个密钥的所 有踪迹。一个密钥的值在被停止使用后可能还要持续 一段时间。
必须禁止攻击者通过观察的数据文件中存储的内容或 从抛弃的设备来确定旧密钥值。若设备内密钥已加密 或在逻辑上以及物理上已采取了保护措施,“清零” 可不做要求。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.5 密钥的分配
能使通信双方共享密钥的基本方法有三种。利用人 工信道实现、网内利用码密技术实现密钥分配、量子密 码学分配。 1.利用人工信道实现
2.网内分配密钥方式
3.利用物理现象实现
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5.2 密钥生成与分发 5.2.5 密钥的分配
1.利用人工信道实现
数据加密密钥:对传输的数据进行保护的会话密钥 文件密钥:保护文件的会话密钥
5
5.2
密钥生成与分发
密钥的种类 密钥加密密钥(key encrypting key):在传输会话 密钥时,用来加密会话密钥的密钥称为密钥加密 密钥,也称为次主密钥(submaster key)或二级密 钥(secondary key)。 主机主密钥(host master key):对密钥加密密钥 进行加密的密钥称为主机主密钥。它一般保存于 网络中心、主节点、主处理机中,受到严格的物 理保护。
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5.2 密钥生成与分发 5.2.6 Diffie-Hellman密钥交换方案
1.基本原理
用户A 用户B
公开
YA
YB
公开
秘密
XA
XB
秘密
计 算
计 算
会话秘密
KA
KB
会话秘密
密钥交换过程
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5.2 密钥生成与分发 5.2.6 Diffie-Hellman密钥交换方案
2.交换示例
为了计算简单,使用很小数字。设P=47和47的一个原元,a=3。 A选择秘密密钥XA=8,B选择秘密密钥XB=10,各自计算其公开密钥。 (1)双方各自计算 用户A计算: YA=3 8mod 47=6561 mod 47=28 mod 47 用户B计算: YB=3 10mod 47= 59049 mod 47=17 mod 47 (2)交换YA和YB;
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5.2 密钥生成与分发 5.2.1密钥的生成
2.生成密钥的方式
方式 代 表 生产者 用户数量 特 点 安全性 适用范围
集中式
传统的密钥 分发中心 KDC 和证书 分发中心 CDC 等方案
在中心统 一进行
生产有边界, 密钥的认证 边界以所能 协议简洁 配置的密钥 总量定义, 其用户数量 受限 密钥生产无 边界,其用 户数量不受 限制
6
5.2
密钥生成与分发
密钥的种类 密钥管理的架构模式
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5.2
密钥生成 主机主密钥
密钥生成与分发
生命周期较长,安全性要求最高 伪随机数生成器生成
密钥加密密钥
由随机数生成器自动产生 也可以由密钥管理员选定 密钥加密密钥构成的密钥表存储在主机中的辅助存储 器中,只有密钥产生器才能对此表进行增加、修改、 删除和更换,其副本则以秘密方式发送给相应的终端 或主机。
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