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第4章密码学应用（2）
网络安全技术课程 Copyright(c)2009-2010 邢朝辉
本章内容
Baidu Nhomakorabea
密码功能的设置 密钥的生命周期及密钥管理的概念 对称密钥体制、公钥体制的密钥管理方法 消息认证的原理和方法 Kerberos认证交换协议 PKI的原理 数字证书的使用 PGP的原理及使用
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（ 4 ） TGS 对Tc,tgs 消息解密获得 Kc,tgs ，用 Kc,tgs 对加密的认证单解密 获得 Ac,s ，并与 Tc,tgs 中的数据进行比较，然后由 TGS 产生客户和 服务器之间使用的会话密钥Kc,s，并将Kc,s加入到客户向该服务器 提交的Ac,s中，生成门票Tc,s，然后用目标服务器的秘密密钥Ks将 此门票加密。 TGSClient的消息：{Kc,s}Kc,tgs，{Tc,s}Ks （5 ）客户对消息解密获得 Kc,s ，客户制作一个新的认证单 Ac,s，并 用 Kc,s 加密与 {Tc,s}Ks 一起发给目标服务器；服务器对 {Tc,s}Ks 解 密获得Kc,s，利用Kc,s对{Ac,s}Kc,s解密获得Ac,s，将Ac,s与Tc,s的内 容比较，如果无误，则服务器知道客户真实的身份，决定是否与 之进行通信。 ClientServer的消息：{Ac,s}Kc,s，{Tc,s}Ks 如果客户需要对服务器的身份进行确认，也可以使用同样的方 法。
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4.3 Kerberos认证交换协议
4.3.1 Kerberos模型的工作原理和步骤
Kerberos是为TCP/IP网络设计的基于对称密码体系的可信第三方鉴别协议。 包括一个认证服务器（AS）和一个（或多个）票据分配服务器（TGS）。
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Kerberos基于对称密码体系，因而在认证服务 器 AS 和门票分配服务器 TGS 上都要存放大量的 秘密密钥，而密钥的管理一直是对称密码学中 一个比较棘手的问题，如果密钥管理不善，攻 击者获得一个客户的秘密密钥后就可以假冒该 客户的身份申请票据，从而导致整个认证的无 效。
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三、公钥基础设施（PKI）
1、公钥密码的密钥管理问题
公钥密码也需要进行密钥分配。 在密钥分配时必须确保解密钥的秘密性、真实 性和完整性。 因为公钥是公开的，因此不需确保秘密性。 然而，却必须确保公钥的真实性和完整性，绝 对不允许攻击者替换或篡改用户的公钥。
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2、公钥证书
采用数字签名技术可以克服上述两个弱点。 经过可信实体签名的一组信息的集合被称为证书 （ Certificate），而可信实体被称为签证机构 CA （Certification Authority）。 一般地讲，证书是一个数据结构，是一种由一个可信 任的权威机构签署的信息集合。 在不同的应用中有不同的证书。例如公钥证书PKC （Public Key Certificate）、PGP证书、SET证书等。
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4.3.2 Kerberos的优势与缺陷
Kerberos为网络中的所有实体提供了一个集中 的、统一的认证管理机制，而一般的认证协议 仅局限于客户与服务器两者之间的交换过程； Kerberos 认 证 服 务 器 与 TGS 产 生 的 会 话 密 钥 Kc,tgs和Kcs保证了客户与TGS和Server之间消息 传输的安全性
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1、公钥密码的密钥管理问题
结果导致： ④若B要发送加密的消息给A，则B要用A的公开钥 进行加密，但A的公开钥已被换成C的公开钥， 因此B实际上是用C的公开钥进行了加密。
⑤ C 从网络上截获 B 发给 A 的密文。由于这密文 实际上是用 C 的公开钥加密的，所有 C 可以解 密。A反而不能正确解密。
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1、公钥密码的密钥管理问题
如果公钥的真实性和完整性受到危害，则基于公钥的 各种应用的安全将受到危害。 C冒充A欺骗B的攻击方法： ①攻击者C在用自己的公钥KeC替换用户A的公钥KeA 。 ②C用自己的解密钥签名一个消息冒充A发给B。 ③B验证签名：因为此时A的公开钥已经替换为C的公开 钥，故验证为真。 于是B以为攻击者C就是A。
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1、公钥密码的密钥管理问题 上述攻击成功的原因：
①对公开钥没有采取保护措施，致使公开钥被替 换而不能发现； ②公开钥与用户的标识符之间没有绑定关系，致 使 A 的公钥替换成 C 的公钥后不能发现公开钥 与用户的标识符之间的对应关系被破坏。
AS
TGS
3
2
4
1
5 Client
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Server
（1）客户请求Kerberos认证服务器AS发给接入TGS的门票。 ClientAS的消息：c,tgs （2） AS在其数据库中查找客户实体，产生会话密钥 Kc,tgs，使用Kc对之 加密，生成允许客户使用的 TGS 的票据 Tc,tgs （Tc,tgs 中包括：客户实体 名 、 地 址 、 TGS 名 、 时 间 印 记 、 时 限 、 会 话 密 钥 Kc,tgs 等 ） ， 并 用 Kerberos与TGS之间的秘密密钥加密，然后把两个加密消息发给客户。 ASClient的消息：{Kc,tgs}Kc，{Tc,tgs}Ktgs （3）客户用自己的秘密密钥解密消息得到会话密钥Kc,tgs，然后生成一个 认证单Ac,s（Ac,s中包括客户实体名、地址、时间标记），并使用Kc,tgs 加密，然后向TGS发出请求，申请接入应用服务器的门票。 ClientTGS的消息：{Ac,s}Kc,tgs，{Tc,tgs}Ktgs
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密码功能的设置 密钥的生命周期及密钥管理的概念 对称密钥体制、公钥体制的密钥管理方法 消息认证的原理和方法 Kerberos认证交换协议 PKI的原理 数字证书的使用 PGP的原理及使用
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（ 4 ） TGS 对Tc,tgs 消息解密获得 Kc,tgs ，用 Kc,tgs 对加密的认证单解密 获得 Ac,s ，并与 Tc,tgs 中的数据进行比较，然后由 TGS 产生客户和 服务器之间使用的会话密钥Kc,s，并将Kc,s加入到客户向该服务器 提交的Ac,s中，生成门票Tc,s，然后用目标服务器的秘密密钥Ks将 此门票加密。 TGSClient的消息：{Kc,s}Kc,tgs，{Tc,s}Ks （5 ）客户对消息解密获得 Kc,s ，客户制作一个新的认证单 Ac,s，并 用 Kc,s 加密与 {Tc,s}Ks 一起发给目标服务器；服务器对 {Tc,s}Ks 解 密获得Kc,s，利用Kc,s对{Ac,s}Kc,s解密获得Ac,s，将Ac,s与Tc,s的内 容比较，如果无误，则服务器知道客户真实的身份，决定是否与 之进行通信。 ClientServer的消息：{Ac,s}Kc,s，{Tc,s}Ks 如果客户需要对服务器的身份进行确认，也可以使用同样的方 法。
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4.3 Kerberos认证交换协议
4.3.1 Kerberos模型的工作原理和步骤
Kerberos是为TCP/IP网络设计的基于对称密码体系的可信第三方鉴别协议。 包括一个认证服务器（AS）和一个（或多个）票据分配服务器（TGS）。
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Kerberos基于对称密码体系，因而在认证服务 器 AS 和门票分配服务器 TGS 上都要存放大量的 秘密密钥，而密钥的管理一直是对称密码学中 一个比较棘手的问题，如果密钥管理不善，攻 击者获得一个客户的秘密密钥后就可以假冒该 客户的身份申请票据，从而导致整个认证的无 效。
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三、公钥基础设施（PKI）
1、公钥密码的密钥管理问题
公钥密码也需要进行密钥分配。 在密钥分配时必须确保解密钥的秘密性、真实 性和完整性。 因为公钥是公开的，因此不需确保秘密性。 然而，却必须确保公钥的真实性和完整性，绝 对不允许攻击者替换或篡改用户的公钥。
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2、公钥证书
采用数字签名技术可以克服上述两个弱点。 经过可信实体签名的一组信息的集合被称为证书 （ Certificate），而可信实体被称为签证机构 CA （Certification Authority）。 一般地讲，证书是一个数据结构，是一种由一个可信 任的权威机构签署的信息集合。 在不同的应用中有不同的证书。例如公钥证书PKC （Public Key Certificate）、PGP证书、SET证书等。
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4.3.2 Kerberos的优势与缺陷
Kerberos为网络中的所有实体提供了一个集中 的、统一的认证管理机制，而一般的认证协议 仅局限于客户与服务器两者之间的交换过程； Kerberos 认 证 服 务 器 与 TGS 产 生 的 会 话 密 钥 Kc,tgs和Kcs保证了客户与TGS和Server之间消息 传输的安全性
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1、公钥密码的密钥管理问题
结果导致： ④若B要发送加密的消息给A，则B要用A的公开钥 进行加密，但A的公开钥已被换成C的公开钥， 因此B实际上是用C的公开钥进行了加密。
⑤ C 从网络上截获 B 发给 A 的密文。由于这密文 实际上是用 C 的公开钥加密的，所有 C 可以解 密。A反而不能正确解密。
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1、公钥密码的密钥管理问题
如果公钥的真实性和完整性受到危害，则基于公钥的 各种应用的安全将受到危害。 C冒充A欺骗B的攻击方法： ①攻击者C在用自己的公钥KeC替换用户A的公钥KeA 。 ②C用自己的解密钥签名一个消息冒充A发给B。 ③B验证签名：因为此时A的公开钥已经替换为C的公开 钥，故验证为真。 于是B以为攻击者C就是A。
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1、公钥密码的密钥管理问题 上述攻击成功的原因：
①对公开钥没有采取保护措施，致使公开钥被替 换而不能发现； ②公开钥与用户的标识符之间没有绑定关系，致 使 A 的公钥替换成 C 的公钥后不能发现公开钥 与用户的标识符之间的对应关系被破坏。
AS
TGS
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2
4
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5 Client
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Server
（1）客户请求Kerberos认证服务器AS发给接入TGS的门票。 ClientAS的消息：c,tgs （2） AS在其数据库中查找客户实体，产生会话密钥 Kc,tgs，使用Kc对之 加密，生成允许客户使用的 TGS 的票据 Tc,tgs （Tc,tgs 中包括：客户实体 名 、 地 址 、 TGS 名 、 时 间 印 记 、 时 限 、 会 话 密 钥 Kc,tgs 等 ） ， 并 用 Kerberos与TGS之间的秘密密钥加密，然后把两个加密消息发给客户。 ASClient的消息：{Kc,tgs}Kc，{Tc,tgs}Ktgs （3）客户用自己的秘密密钥解密消息得到会话密钥Kc,tgs，然后生成一个 认证单Ac,s（Ac,s中包括客户实体名、地址、时间标记），并使用Kc,tgs 加密，然后向TGS发出请求，申请接入应用服务器的门票。 ClientTGS的消息：{Ac,s}Kc,tgs，{Tc,tgs}Ktgs