2019-2020-1学期 20192415 《网络空间安全专业导论》第十二周学习总结
2019-2020-1学期 20192415
《网络空间安全专业导论》第十二周学习总结
第十章 密码学应用及其发展史
10.1 概念及发展历史
（一）概念
密码学包括两部分：
密码编码学（cryptography）：主要研究信息的编码，构建各种安全有效的密码或协议。
密码分析学（cryptanalysis）：研究破译密码获得消息，或对消息进行伪造。
（二）发展历史
第一阶段：古代→19世纪末，密码学发展早期的古典密码阶段
密码算法多采用字符的替代(substitution)和置换(permutation)。
第二阶段：20世纪初→1949年，近代密码学的发展阶段
机械替代手工计算，发明机械密码机、机电密码机，如：ENIGMA转轮机。
但密码算法的安全性仍然取决于对密码算法本身的保密。
第三阶段：1949年→1975年，现代密码学的早期发展阶段
Shannon发表划时代论文“保密系统的通信理论”
第四阶段：自1976年延续至今
Diffie和Hellman发表“密码学的新方向”，提出公钥密码的思想，引发变革，密码学进入公钥密码新时代。
1977，美国制定了数据加密标准，公开密码算法的细节。
10.2 密码算法
（一）对称密码【传统密码】
对称密码算法的基本特征是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。
对称密码算法常分为两类：
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分组密码：将明文消息编码表示后的数字（简称明文数字）序列，划分为长度为N的组（可看成长度为N的矢量），每组分别在密钥的控制下变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列。
典例：DES/IDEA/AES/RC5/MARS/Twofish/CAST-256等。
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流密码：利用少量的密钥（制乱元素）通过某种复杂的运算（密码算法）产生大量的伪随机位流，用于对明文位流的加密。
（二）非对称密码【公钥密码】
公钥密码体制是建立在数学函数的基础上。
公钥密码体制既可用于加密，也可用于数字签名。
缺点：计算复杂、耗用资源大、导致密文变长。
（三）安全哈希密码
哈希（Hash）函数是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。
哈希函数接受一个消息作为输入，产生一个称为哈希值（也称散列值、消息摘要MD）
的输出。
h = H(M)
M 变长报文 h 定长的散列值
哈希函数的特点是可以应用到任意长度的数据上，并且能够生成大小固定的输出。
※哈希函数的对碰撞？ 对不同的关键字可能得到同一散列地址，即k1≠k2而H(k1)=H(k2)，这种现象称为碰撞（Collision）。 具有相同函数值的关键字对该散列函数来说称做同义词。
解决方法：https://blog.csdn.net/hotchange/article/details/80159671
10.3 网络空间安全中的密码学应用
密码技术可以解决以下安全保护问题：
（1）机密性保护问题：加密
（2）完整性保护问题：※循环冗余校验码 https://baike.baidu.com/item/循环冗余校验码/10168758?fr=aladdin
（3）可鉴别性保护问题：一般通过数字签名实现
（4）不可否认性保护问题：授权证书将授权者的身份以及对应的权限、许可绑定在一起
（5）授权与访问控制的问题
三种常见的密码产品：公钥设施基础（PKI)、虚拟专用网(VPN)、特权管理基础设施
（一） 公钥设施基础（PKI)
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概述：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
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PKI体系架构
通过CA把用户公钥和用户的真正身份绑定在一起，产生数字证书；通过数字证书，用户能方便安全地获取对方公钥，可以离线验证公钥的真实性。CA:PKI核心组成部分 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 RA：CA认证机构的延伸（与CA在逻辑上是一个整体） 主要功能：进行用户身份信息的审核，管理和维护本区域用户的身份安全、数字证书的下载、数字证书的发放和管理、登记黑名单 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。 主要内容：证书体、签名算法、CA签名数据 证书/CRL库：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CRL所用 终端实体（end entity）：拥有公/私钥对和相应公钥证书的最终用户
※终端实体可以是人、设备、进程？
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PKI互操作模型
信任模型描述了如何建立不同认证机构之间的认证路径，以及构建和寻找信任路径的规则。常用的PKI互操作模型：
1. 严格层次结构模型——集中式信任模型 A和B必须找到相同的祖先节点（中间根CA或根CA）才可以互相验证 优点：其结构与许多组织或单位的结构相似、容易规划 缺点：不同单位的CA必须在一个共同的根CA下，根CA会导致风险集中 2. 网状信任结构模型——分布式信任模型 每个终端实体都信任其证书签发CA；而CA之间如果信任，则以点对点的方式相互签发证书。 优点：结构灵活、扩展容易，适用动态变化的组织机构 缺点：证书路径的拓展与层次结构比较复杂，选择证书路径比较困难 3. 桥信任结构模型——中心辐射式信任模型 任何结构类型的PKI都可以通过桥CA连接在一起，实现相互信任；每个单独的信任域可通过桥CA扩展到多个CA之间。 -
PKI的应用与发展
PKI的应用举例：
基于PKI技术的IPSec协议已经成为构建VPN的基础 利用PKI，SSL协议支持在浏览器和服务器之间进行加密通信 结合SSL和数字证书，PKI技术可以保证在进行Web交易时多方面的安全需求PKI技术的发展变化：
属性证书，漫游证书，无线KPI
（二） 虚拟专用网(VPN)
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虚拟专用网络（VPN）通常是指在公共网络中，利用隧道技术建立一个临时的、安全的网络。
虚拟：相对传统的网络专用网络而言 专用/私有：为特点企业或用户所有的，只有经过授权的用户才可以使用 -
特点：成本低、安全保障、服务质量保证（不同等级）、可管理性、可扩展性（易于增加新的网络节点）
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工作原理及关键技术、典型应用方式
※什么是MAC算法？ MAC算法 (Message Authentication Codes) 带秘密密钥的Hash函数：消息的散列值由只有通信双方知道的秘密密钥K来控制。此时Hash值称作MAC。
（三） 特权管理基础设施
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概述
能够提供一种独立于应用资源，用户身份及访问权限的对应关系，保证用户能够获取授权信息。
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组成
（1）属性证书AC
PMI使用AC表示权限信息，对权限生命周期的管理是通过管理证书的生命周期实现的。 AC是一种轻量级的数据体，不包含公钥信息。（2）属性权威机构AA
AA是PMI的核心服务节点。
AA主要是应用授权的受理，可以有多个层次。
（3）证书库（AC库）
证书库用于发布PMI用户的AC以及AC撤销列表（ACRL），以供查询。
PMI和PKI一起建设时，也可以直接使用PKI的LDAP作为PMI的AC/ACRL库。
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应用的结构
PMI建立在PKI提供的可信的身份认证服务的基础上，采用基于属性证书的授权模式，提供用户身份到应用权限的映射。
实际应用中，PMI大多基于PKI来建设，也和PKI一起为应用程序提供安全支撑。
PMI和PKI比较：
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→签证：同一个护照可以有多个国家的签证，能在指定时间进入相应的国家。 （2)PKI主要进行身份鉴别，证明用户身份。→护照：护照是身份证明，可以用来唯一标识个人。 相似之处: （1)为用户数字证书签名的实体被称为CA,签名AC的实体被称为AA。 （2)PKI信任源被称为根CA，PMI的信任源被称为SOA。 （3)CA可以有它们信任的次级CA,次级CA可以代理鉴别和认证，SOA可以授权给次级AA。 （4)如果用户需要废除其签名密钥，则CA将签发CRL.与之类似，如果用户需要废除授权允许(authorization permissions), AA将签发一个AC撒销列表。
