# 第10章 密码学及应用
## 10.1 密码学的概念及发展历史
### 10.1.1 密码学的概念
- 密码学包括**密码编码学**和**密码分析学**两部分。
- 密码编码学主要**研究信息的编码**，构建各种有效的密码算法和协议，用于消息的加密，认证等方面，密码分析学是**研究破译密码获得消息**，或对消息进行伪造。
### 10.1.2 密码学的发展历史
- 密码编码学主要**研究信息的编码**，构建各种有效的密码算法和协议，用于消息的加密，认证等方面，密码分析学是**研究破译密码获得消息**，或对消息进行伪造。
### 10.1.2 密码学的发展历史
- **第一阶段**：从古代到19世纪末，密码学发展早期的古典密码（classical cryptography）阶段。
- **第二阶段**：20世纪初到1949年，近代密码学的发展阶段。
- **第三阶段**：1949-1975，近代密码学的早期发展阶段。
- **第四阶段**：自1975年至今。1976年是密码学历史上的一次变革，标志着密码学进入公钥密码学的新时代。
- **第二阶段**：20世纪初到1949年，近代密码学的发展阶段。
- **第三阶段**：1949-1975，近代密码学的早期发展阶段。
- **第四阶段**：自1975年至今。1976年是密码学历史上的一次变革，标志着密码学进入公钥密码学的新时代。
## 10.2 密码算法
- 密码按其功能特性主要分为三类：**对称密码、公钥密码和安全哈希算法**
- 密码按其功能特性主要分为三类：**对称密码、公钥密码和安全哈希算法**
#### 10.2.1 对称密码算法
- 对称密码算法的**基本特征**：用于加密和解密的**密钥**相同，或者相对容易推导，因此也称为单密钥算法。
- 对称密码算法的**分类**：**分组密码算法和流密码算法**。
- 对称密码算法的**分类**：**分组密码算法和流密码算法**。
#### 10.2.2 非对称密码算法
- 在公钥密码系统中，加密密钥和解密密钥**不同**，由加密密钥推导出相应的解密密钥在计算上是不可行的。
- 公钥密码体制的**作用**：既可以用于**加密**，也可以用于数字签名。
- 公钥密码体制的**作用**：既可以用于**加密**，也可以用于数字签名。
#### 10.2.3 哈希函数
- **哈希函数**：进行消息认证的基本方法，主要用于**消息完整性检测和数字签名**。
- **哈希函数**是将任意有限长度的比特串映射为**固定长度的串**。
- 哈希函数的**特点**：能够应用到任意长度的数据上，并且能够生成大小固定的输出。
- **哈希函数**是将任意有限长度的比特串映射为**固定长度的串**。
- 哈希函数的**特点**：能够应用到任意长度的数据上，并且能够生成大小固定的输出。
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## 10.3 网络空间安全中的密码学应用
- 网络空间安全中的密码学应用：
1）机密性保护问题
2）完整性保护问题
3）可鉴别性保护问题
4）不可否认性保护问题
5）授权与访问控制的问题
1）机密性保护问题
2）完整性保护问题
3）可鉴别性保护问题
4）不可否认性保护问题
5）授权与访问控制的问题
#### 10.3.1 公钥基础设施
1. **公钥基础设施**：一种**遵循标准、利用公钥加密技术**提供安全基础平台的技术和规范，能够为网络应用提供密码服务的一种基本解决方案。
2. **PKI体系**：一般由**CA、注册权威机构、数字证书、证书/CRL库和终端实体**等部分组成。
3. **CA**：专门负责数字证书的**产生、发放和管理**。
**CA的主要功能**：
- 证书的签发和管理；
- CRL的签发和管理；
- RA的设立、审核及管理。
4. **RA**：负责数字证书的**申请、审核和注册**，同时也是CA认证机构的延伸。
**RA的主要功能**：
1）进行用户身份信息的审核，确保其真实性
2）管理和维护本区域用户的身份信息
3）数字证书的下载
4）数字证书的发放和管理
5）登记黑名单
5. **数字证书**：一段经CA签名的，包含拥有者身份信息和公开密钥的数据体，是各实体的身份证明，具有**唯一性和权威性**。
数字证书主要包括三部分内容：**证书体。签名算法以及CA签名数据**。
- 证书体一般包含以下内容：
- 版本号
- 序列号
- 签名算法标识
- 签发者
- 有效期
- 主体名
- 主体的公钥
- 发行者唯一识别符
- 主体唯一识别符
- 扩展域
证书库：主要用来发布/存储数字证书和证书撤销列表
6. **证书/CRL库**：主要用来**发布、存储数字证书和证书撤销列表**，供用户查询、获取其他用户的数字证书，为系统中的CRL所用。
7. **终端实体**：拥有公/私钥对和相应公钥证书的**最终用户**，可以是人、设备、进程等。
8. 常用的**PKI互操作模型**主要分为三种结构：**严格层次结构模型、网状信任结构模型和桥信任结构模型**。
PKI技术主要表现在**属性证书、漫游证书和无线PKI**上。
PKI技术的发展： 属性证书，漫游证书，无线PKI。
2. **PKI体系**：一般由**CA、注册权威机构、数字证书、证书/CRL库和终端实体**等部分组成。
3. **CA**：专门负责数字证书的**产生、发放和管理**。
**CA的主要功能**：
- 证书的签发和管理；
- CRL的签发和管理；
- RA的设立、审核及管理。
4. **RA**：负责数字证书的**申请、审核和注册**，同时也是CA认证机构的延伸。
**RA的主要功能**：
1）进行用户身份信息的审核，确保其真实性
2）管理和维护本区域用户的身份信息
3）数字证书的下载
4）数字证书的发放和管理
5）登记黑名单
5. **数字证书**：一段经CA签名的，包含拥有者身份信息和公开密钥的数据体，是各实体的身份证明，具有**唯一性和权威性**。
数字证书主要包括三部分内容：**证书体。签名算法以及CA签名数据**。
- 证书体一般包含以下内容：
- 版本号
- 序列号
- 签名算法标识
- 签发者
- 有效期
- 主体名
- 主体的公钥
- 发行者唯一识别符
- 主体唯一识别符
- 扩展域
证书库：主要用来发布/存储数字证书和证书撤销列表
6. **证书/CRL库**：主要用来**发布、存储数字证书和证书撤销列表**，供用户查询、获取其他用户的数字证书，为系统中的CRL所用。
7. **终端实体**：拥有公/私钥对和相应公钥证书的**最终用户**，可以是人、设备、进程等。
8. 常用的**PKI互操作模型**主要分为三种结构：**严格层次结构模型、网状信任结构模型和桥信任结构模型**。
PKI技术主要表现在**属性证书、漫游证书和无线PKI**上。
PKI技术的发展： 属性证书，漫游证书，无线PKI。
#### 10.3.2 虚拟专用网
1. **虚拟专用网**：指在公共网络中，利用**隧道技术**，建立一个临时的、安全的网络。
2. **VPN的特点**：
1）成本低
2）安全保障
3）服务质量保证
4）可管理性
5）可扩展性
3. VPN的工作原理及关键技术：
（1）**隧道技术**：通过对数据进行封装，在公共网络上**建立一条数据通道**，让数据包通过这条隧道传输。
主要有三种隧道协议：
1）第二层隧道协议：先把各种网络协议封装到PPP包中，再把整个数据包装入隧道协议中，这种经过两层封装的数据包由第二层协议进行传输。
2）第三次隧道协议：在网络层把各种网络协议直接装入隧道协议中，形成的数据包依靠第三层协议进行传输。
3）第四次隧道协议：在传输层进行数据封装。
（2）加解密技术
（3）使用者与设备身份认证技术
（4）IPSec技术
- 认证头协议（AH）
- 封装安全载荷
- 安全关联
- Internet密钥交换
（5） 安全套接层（SSL）技术
- 记录协议
- 更改密码协议
- 告警协议
- 握手协议
4. VPN的三种典型应用方式：
- 远程访问VPN
- 内联网VPN
- 外联网VPN
2. **VPN的特点**：
1）成本低
2）安全保障
3）服务质量保证
4）可管理性
5）可扩展性
3. VPN的工作原理及关键技术：
（1）**隧道技术**：通过对数据进行封装，在公共网络上**建立一条数据通道**，让数据包通过这条隧道传输。
主要有三种隧道协议：
1）第二层隧道协议：先把各种网络协议封装到PPP包中，再把整个数据包装入隧道协议中，这种经过两层封装的数据包由第二层协议进行传输。
2）第三次隧道协议：在网络层把各种网络协议直接装入隧道协议中，形成的数据包依靠第三层协议进行传输。
3）第四次隧道协议：在传输层进行数据封装。
（2）加解密技术
（3）使用者与设备身份认证技术
（4）IPSec技术
- 认证头协议（AH）
- 封装安全载荷
- 安全关联
- Internet密钥交换
（5） 安全套接层（SSL）技术
- 记录协议
- 更改密码协议
- 告警协议
- 握手协议
4. VPN的三种典型应用方式：
- 远程访问VPN
- 内联网VPN
- 外联网VPN
#### 10.3.3 特权管理基础设施
- **特权管理基础设施**：提供一种在多应用环境中的**权限管理和访问控制机制**，将权限管理和访问控制从具体应用系统中分类出来，使得访问控制机制和应用系统之间能灵活且方便地结合。
- PMI的**主要功能**：对权限管理进行系统的定义和描述，建立用户身份到应用授权的映射，支持应用访问控制。
- PMI的组成：**属性证书、属性权威机构、证书库**。
- PMI和PKI之间的**主要区别**：
1）PMI主要进行授权管理，证明用户有什么权限、能干什么。
2）PKI主要进行身份鉴别，证明用户身份。
- PMI应用的结构：
1）访问者、目标
2）策略
3）授权检查
4）访问控制决策点
- PMI的**主要功能**：对权限管理进行系统的定义和描述，建立用户身份到应用授权的映射，支持应用访问控制。
- PMI的组成：**属性证书、属性权威机构、证书库**。
- PMI和PKI之间的**主要区别**：
1）PMI主要进行授权管理，证明用户有什么权限、能干什么。
2）PKI主要进行身份鉴别，证明用户身份。
- PMI应用的结构：
1）访问者、目标
2）策略
3）授权检查
4）访问控制决策点
