2022_1_21_周汇报
目录
一、进度
(一)形式化定义
实体构成
可信第三方\(T\)：负责签发证书，生成系统参数。
通信方\(A\)：发起通信的一方。
通信方\(B\)：参与通信方。
一）初始化阶段
1、\(T\)随机生成公钥\(Pub_T\)、私钥\(Pri_T\)。生成自签名\(CA\)证书\(Cert_T\)。
2、参与方\(A\)随机生成公钥\(Pub_A\)、私钥\(Pri_A\)。将身份信息和公钥\(Pub_A\)提交给\(T\)。
3、\(T\)根据\(A\)的身份和公钥，生成签名证书\(Cert_A\)并发送给\(A\)。
4、通信方\(B\)重复3-4步，获得自身证书\(Cert_B\)。
5、确定系统安全参数\(l\)。
二）密钥协商
密钥协商协议步骤
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|---|---|---|---|
| 步骤1 |
$A$选择长度为$l$的素数$p$，发送$(p,Sign_A(p),Cert_A)$给$B$ |
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| $A$选择长度为$l$的素数$p$，计算$Sign_A(p)$，将$(p,Sign_A(p),Cert_A)$打包 | $B$接受包 | ||
| 步骤2 |
$B$收到后，首先使用$CA$证书$Cert_T$验证$Cert_A$有效性，然后使用$A$的公钥验证$Verify_A(Sign_A(p))$。若验证失败，则中止通信。若验证通过，则选择随机数$g \leftarrow Z_p^*$，选择随机串$K_1$，
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| $A$接受包 | $B$验证$Cert_A$有效性， 计算验证$Verify_A(Sign_A(p))$。 若验证失败，则中止通信。 若验证通过，则选择随机数$g \leftarrow Z_p^*$， 选择随机串$K_1$，计算$E_{Pub_A}(K_1)$， 计算$Sign_B(g)$， 将$(g,E_{Pub_A}(K_1),Cert_B,Sign_B(g))$打包 |
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| 步骤3 |
$A$验证$Cert_B$的有效性，并验证$Verify_B(Sign_B(g))$。若验证失败，则中止通信。若验证通过，则解密$D_{Pri_A}(E_{Pub_A}(K_1))$得到$K_1$，并随机选择$R_A \leftarrow Z_p^*$，
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| $A$验证$Cert_B$的有效性， 计算验证$Verify_B(Sign_B(g))$。 若验证失败，则中止通信。 若验证通过，则计算$D_{Pri_A}(E_{Pub_A}(K_1))$解密得到$K_1$，随机选择$R_A \leftarrow Z_p^*$， 计算$g^{R_A}(mod\:p)$， 计算$E_{Pub_B}(g^{R_A}(mod\:p))$，将$E_{Pub_B}(g^{R_A}(mod\:p))$打包 |
$B$接受包 | ||
| 步骤4 |
$B$随机选择$R_B \leftarrow Z_p^*$，计算并发送$E_{Pub_A}(g^{R_B}(mod\:p))$给$A$；
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| $A$接受包后 计算$D_{Pri_A}(E_{Pub_A}(g^{R_B}(mod\:p)))$ 解密得到$g^{R_B}(mod\:p)$， 计算$K_2=g^{R_AR_B}(mod\:p)$， 继而计算$K=sm3(K_1,K_2,Cert_A,Cert_B)$ |
$B$随机选择$R_B \leftarrow Z_p^*$， 计算$E_{Pub_A}(g^{R_B}(mod\:p))$，将$E_{Pub_A}(g^{R_B}(mod\:p))$打包发送。 计算$D_{Pri_B}(E_{Pub_B}(g^{R_A}(mod\:p)))$解密得到$g^{R_A}(mod\:p)$， 计算$K_2=g^{R_AR_B}(mod\:p)$，继而计算 $K=sm3(K_1,K_2,Cert_A,Cert_B)$ |
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(二)通信设计
1.包格式
2.包格式解释
- uid
通信标识，32位 - sender sequence
数据包发送序号，32位 - responder sequence
数据包应答序号，32位 - stage
步骤标识序号，4位，加密秘钥协商4步、通信、结束2步 - header length
头部长度，4位，以4字节为单位 - shared flag
是否分段标识，1位 - next flag
当前分段是否继续标识，1位 - packet count
累计包数，6位，单位为：一个包数据长度，现为1440字节 - checked num
校验和，16位 - window size
窗口大小，8位 - timestamp
时间戳，24位 - reserved
拓展+保留位，12字节 - 共32字节
3.通信流程
1.协商部分
按照协商步骤计算后发送，设置stage为0x1、0x2、0x3、0x4
2.通信部分
所有通信包设置stage为0x5
、
加密通信部分($A$发起通信) |
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|---|---|---|---|
| 步骤1 |
$A$将信息用加密秘钥加密 |
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| $A$计算$E_k^{sm3}(message)$，将$E_k^{sm3}(message)$打包 | B接受包 | ||
| 步骤2 |
$B$解密获取信息 |
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| $A$(无) | $B$解密获取信息 | ||
3.结束
一方提出结束请求，另一方发送结束请求确认(必须要签名数据，签名包含头部)，提出请求方还需要确认签名
设置stage为0x6、0x7、0x8
4.意外处理
- 验证证书失败
中止协议，并发送验证证书失败信息+\(sm3 Hash\)，设置stage为0xA - 验证签名失败
中止协议，并发送验证签名失败信息+\(sm3 Hash\)，设置stage为0xB - 超时
重传，stage不变，将发送序号+1 - 收到重发的包
舍弃 - 加解密失败
发送加解密失败信息+签名，设置stage为0xC - 机器断电或重启或断网
- 内存占用过多，进程崩溃
- 进程被结束掉
- 建立连接时，服务器应用被阻塞
- 端口不存在或未开放
二、遇到的问题及解决
1.Markdown里的公式编辑LaTex
在博客园使用LaTeX数学公式
在博客中使用LaTeX插入数学公式
Markdown数学公式语法
[转] Markdown 中的常用 LaTex 数学公式
编辑你的数学公式——markdown中latex的使用
2.draw.io画图没有竖直文本框
参考：【drawio笔记】更改文字书写的方向，调整后只是把框方向调整了，将框大小调小了
3.通信异常处理
参考：
TCP协议(TCP异常情况 | TCP协议总结)
tcp返回结果错误_从TCP协议到TCP通信的各种异常现象和分析（上）
单片机tcp异常处理_从TCP协议到TCP通信的各种异常现象和分析（下）
