2022_1_7_周汇报
一、进度
1.阅读参考书籍细化协议步骤
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消息的编号或者说序列号需要递增，需要是唯一的，安全信道采用32位长度，1-2^32-1，溢出，必须停止使用现在的秘钥，接受者只会接受更大序号的消息《密码工程》P66
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认证采用MAC，HMAC-sm3-256，输入由消息和额外的认证数据（一些上下文，用于解释消息含义，协议的标识、协议的版本号、所协商的域的长度）组成，《密码工程》P67
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加密算法使用sm4-cbc
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p，大素数，2000位-4000位
使用安全素数，a是素数，b=2*a+1也是素数
在2~b-2中选择一个随机数x，并计算g=x^2(mod b)，检验g!=1并且g!=b-1(如果g等于这两个值，选择另外一个x重新尝试),这样产生的（b,a,g）就适用于DH协议（参考《密码工程》P123）
安全素数缺点，运算慢
---->解决：P123使用较小子群，具体实现P125，可能存在的问题P126 -
协议中的信任和风险，信任分级《密码工程》P143
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协议顺序：IP头=>UDP头-》子协议头=》编码（TLV下的ASN.1或XML）
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几个子协议的不同动向和运行状态，需要事件驱动编程和状态机（一个驱动和一个状态机）
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要进行多种检查P147第一段，检查出问题，需要处理错误（原则：足够小心，泄露信息尽可能少）
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重试：状态机里要有计数器，一定时间没收到回复就重新发送，UDP包几秒钟
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一个密钥只使用在一个对象上
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协议版本，需要协议转换器，暂时不考虑
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认证的惯例P152
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改进的DH协议最终版P155
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内核模块的实现，参考：https://www.docin.com/p-169584129.html 中4.2；sm2,3,4实现，参考4.3
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包处理的修改，参考4.4
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Linux协议注册参考：http://bbs.chinaunix.net/forum.php?mod=viewthread&tid=3627341
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显示协议状态，使用消息驱动：参考：《密码工程》P166
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包格式初步：UDP头=》子协议头（协议标识符，协议实例标识符，消息标识符{参考P167}）=》消息
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时间使用UTC时间：这只能尽最大程度避免时间的重复
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带加密的签名《应用密码学》P30 2.7
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连锁协议，抗中间人攻击：P35
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或者数字签名，抗中间人攻击
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SKEY鉴别程序，P38
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消息鉴别，签名
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密钥捏碎技术
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不适用弱密钥
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通行短语P124
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DOD密钥产生P125
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密钥传输过程中的纠错P128
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端到端加密的缺点P155
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将身份鉴别信息嵌入协议P363 21.1.4，21.1.5中FS协议
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DH协议防中间人攻击 P369 22.2
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协议EKE P372
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加强的秘钥协商P374
2.整个实现思路
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验证系统中需要注册，输入密码，生成一个UID（UID要满足整个系统的唯一性和随机性，64位）
根据UID生成sm2证书（根据密码，UTC时间以及一个随机数，证书有时间限制，一段时间后重新生成证书），根证书提前生成 -
协议：双方通信
查本地数据库（生成UID后创建相关数据库，设置密码为UID），若不存在会话密钥或者会话密钥过期
初始化DH协议，中间通过证书进行验证
。。。。。。
协商好会话密钥（会话密钥新生成，满足前项安全）后，生成加密秘钥，进行加密通信
通信完成后，结束协议通信 -
只有第一次才进行双向身份认证，后面不需要直接获取会话密钥有效期，无效则DH，有效生成加密秘钥进行通话
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协议编译成动态库，验证系统进行加载运行
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UDP可靠传输
实现确认机制、重传机制、窗口确认机制。
自己通过抓包和发包的方式去实现可靠性传输，那么必须实现如下功能：
发送：包的分片、包确认、包的重发
接收：包的调序、包的序号确认（参考https://blog.csdn.net/gettogetto/article/details/76736365）
3.协议步骤
1.双向身份认证
- A生成随机数R1，发送给B
- B生成随机数R2，用B的私钥在sm2上将R1+R2签名发送给A
- A验证签名，通过A的私钥对R2签名并发送给B(A对B认证)
- B验证签名(B对A认证)
(这还得考虑一个CA服务器，存储证书)
2.公钥协商DH中的g和p（防DH的中间人攻击）
1.素数
p，大素数，2000位-4000位
使用安全素数，a是素数，b=2*a+1也是素数
在2~b-2中选择一个随机数x，并计算g=x^2(mod b)，检验g!=1并且g!=b-1(如果g等于这两个值，选择另外一个x重新尝试),这样产生的（b,a,g）就适用于DH协议（参考《密码工程》P123）
安全素数缺点，运算慢
---->解决：P123使用较小子群，具体实现P125，可能存在的问题P126
2.传输
- 发起通信方A用B的公钥加密g和x发送给B
（另一种方法：连锁协议（防止中间人攻击）
A用B的公钥加密g和p，并将加密结果的一半发送给B
B用A的公钥加密g和p，并将加密结果一半发送给A
A将另一半发送给B
B用私钥解密；并将另一半发送给A
A用私钥解密（参考《应用密码学》P35）
加密算法可以用对称算法
）
3.DH协议(协商会话密钥）
- A生成随机数并将计算的x=g^ra(mod p)发送给B
- B生成随机数并将计算的y=g^rb(mod p)生成k ,把[y,Ek(Sb(x,y))]发送给A
- A计算K并将消息解密并验证签名，将Ek(Sa(x,y))发送B
B验证
（加入站间协议防止中间人攻击参考P369）
4.根据会话密钥生成加密秘钥
- 选择一个分组算法生成加密秘钥（参考P125 DOD秘钥）
5.数字信封传送消息
第一次传输可以添加验证秘钥的部分（参考P128 解密过程中的错误检测）
- A将信息用加密秘钥加密，并签名发送给B
- B验证签名，并解密
3.数据包格式
找到的格式，参考：http://icsisia.com/industry/content-2039.html
| 自定义协议标识 | 报文序号或时间戳 | 应答确认序号 | 首部长度 | 单元标识类型 | 功能码 | 数据 | 时间戳 | sm2签名值 | 保留字段 | END |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2字节 | 4字节 | 4字节 | 1字节 | 1字节(如TCP中的ACK一类的) | 8字节 | 64字节 |
自定义协议标识，报文序号唯一标识，长度，生存时间，请求包序号，响应包序号，校验码，保留字段，数据包最大长度
二、遇到和解决的问题
协议的身份鉴别，密钥协商，数据的机密性、真实性、不可否认性保护，抗中间人攻击、重放攻击
参考《密码工程:原理与应用》、《应用密码学:协议、算法与C源程序》
