1 / 52

第 8 讲 网络安全

基本概念 : 什么是安全性 ? 密码术 报文鉴别 信息安全性 密钥发放和确认 实用安全技术 : 应用层 : 安全邮件 传输层 : 电子商务， SSL, SET 防火墙技术. 第 8 讲 网络安全. 敌友之间 : Alice, Bob, Trudy. 三位网络安全领域里的“知名人士” Bob, Alice ( 恋人 !) 需要进行“私密”的通信 Trudy, 则是 “ 侵入者 ” 有可能对他人的通信进行截获、删改活动. Figure 7.1 goes here. 什么是网络安全 ?.

fauna
Download Presentation

第 8 讲 网络安全

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 基本概念: 什么是安全性? 密码术 报文鉴别 信息安全性 密钥发放和确认 实用安全技术: 应用层: 安全邮件 传输层: 电子商务， SSL, SET 防火墙技术 第8讲 网络安全 第8讲 网络安全

  2. 敌友之间: Alice, Bob, Trudy • 三位网络安全领域里的“知名人士” • Bob, Alice (恋人!) 需要进行“私密”的通信 • Trudy, 则是“侵入者”有可能对他人的通信进行截获、删改活动 Figure 7.1 goes here 第8讲 网络安全

  3. 什么是网络安全? 安全性:只有发送方,意欲中的接收方能够 “理解” 报文内容 • 发送方加密报文 • 接收方解密报文 报文鉴别:收发双方需要证实对方的身份 报文完整性:收发双方需要保证报文不被篡改 (在传输过程中,或传输完毕以后) ，不被探测 第8讲 网络安全

  4. 网络上的主动攻击和被动攻击 • 截获--被动攻击(主要的对应策略为加密传输) • 中断--主动攻击(主要的对应策略为信道冗余，防火墙的等) • 篡改--主动攻击(主要的对应策略为报文鉴别) • 伪造--主动攻击(主要的对应策略为报文鉴别) 第8讲 网络安全

  5. src:B dest:A payload 因特网的安全隐患举例 分组泄漏（Packet sniffing）: • 广播介质 • 间谍 NIC 可以读出所有传输的分组 • 即可以读出所有未加密的数据 (e.g. passwords) • e.g.: C 在“嗅“B的分组 C A B 第8讲 网络安全

  6. src:B dest:A payload 因特网安全隐患 IP 欺骗（Spoofing）: • 可以应用程序中产生“原始”的IP分组, 将任意的值植入IP信源字段 • 接受方往往分辨不出信源地址的真假 • e.g.: C 假装成 B A C B 第8讲 网络安全

  7. SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN 因特网安全隐患 拒绝服务(Denial of service ,DOS): • 发送“洪水”分组将接受方“淹死” • 分布式 DOS (DDOS): 多个协调的信源向接受端发起攻击 • e.g., C 和远程主机同步攻击 A A C B 第8讲 网络安全

  8. K K A B 密码术的术语 plaintext plaintext 对称密钥加密: 收发双方密钥完全相同 公共密钥加密: 加密密钥是公开的, 解密密钥是保密的 注：密码术是被动攻击主要防护策略 ciphertext Figure 7.3 goes here 第8讲 网络安全

  9. 常规密钥密码体制--对称密钥加密术 替代密码:使用一种符号来替代另一种 • 单字符密码: 用一个字母来替换另一个 明文: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 密文: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq E.g.: Plaintext: bob. i love you. alice ciphertext: nkn. s gktc wky. mgsbc • Q:这样的简单密码的解码难度如何?: • brute force (how hard?) • other? 第8讲 网络安全

  10. 解码难度分析 • 惟秘文攻击：入侵者只有密文，不知道内容的背景。统计分析对分析加密方案有用。 • 已知明文攻击：入侵者已知某些明文和密文 • 选择明文攻击：入侵者选择明文信息并且得到相应的秘文 第8讲 网络安全

  11. 常规密钥密码体制--对称密钥密码术: DES DES: Data Encryption Standard • 美国加密标准 [NIST 1993] • 56-bit 对称密钥, 64 bit 明文输入 • DES安全性如何? • DES 挑战赛: 对使用56-bit密钥的短语 (“Strong cryptography makes the world a safer place”) 进行的解码 (brute force)花费了 4个月 • 尚未找到 “后门” 解码方法 • 让DES更安全 • 对每个数据块顺序使用三层DES(3-DES) • 使用块状密码链(use cipher-block chaining) 第8讲 网络安全

  12. DES 运算 对称密钥密码术: DES 初始置换 16轮相同的运算,每次使用不同的48 bits 密钥 最终置换 第8讲 网络安全

  13. 公开密钥密码术 公开密钥密码术 • 完全不同于对称密钥的加密方法 [Diffie-Hellman76, RSA78] • 收发双方不共享密钥 • 加密的密钥匙 公开的(公诸于世) • 解码密钥是保密的 (只有接收方知道) 对称 密码密码术 • 要求收发双方约定共享的密钥 • Q:如何进行密钥的约定 (特别是在从未“谋面”的情况下)? 第8讲 网络安全

  14. 公共密钥密码术 Figure 7.7 goes here 第8讲 网络安全

  15. d (e (m)) = m B B 1 2 公共密钥加密算法 两个相关的要求: 需要加密d ( ) 和解密 e ( ) m m B B m 为 d ( )和 e ( ) 选取公开密钥和秘密密钥 m B B RSA: Rivest, Shamir, Adelson 算法 第8讲 网络安全

  16. RSA: 选择密钥 1.选取两个大质数 p, q. (e.g., 每个1024 bit) 2.计算 n = pq, z = (p-1)(q-1) 3.选择一个 e (e<n)并且与z没有公约数. (e, z互质). 4.找到一个数 d并且ed-1可以为z整除. (换言之: ed mod z = 1 ). 5.则公钥 数对为(n,e).密钥 数对为(n,d). 第8讲 网络安全

  17. d e c = m mod n m = c mod n Magic happens! d e m = (m mod n) mod n RSA: 加密, 解密 0.假设 (n,e) 和(n,d) 如前述方法计算 1.则加密过程为,设加密的位流为m, 则可计算出 e (i.e., 也就是m 为n除后所得余数) 2.若对接收到的位流c进行解密, 则可计算出 d (i.e., 也就是c为n除后所得余数) 第8讲 网络安全

  18. d e m = c mod n c = m mod n d c RSA 举例: Bob 选择 p=5, q=7. Then n=35, z=24. e=5 (e, z互质). d=29 (且 ed-1可为 z整除) e 字母 m m 加密: l 17 1524832 12 c 字母 解密: 17 12 l 481968572106750915091411825223072000 第8讲 网络安全

  19. e d ed (m mod n) mod n = m mod n ed mod (p-1)(q-1) 1 = m = m mod n = m mod n 数论结果:如果 p,q互质, n = pq, 那么 y y mod (p-1)(q-1) d e x mod n = x mod n m = (m mod n) mod n RSA: 原理: (使用上述数论结果) (由于我们 选择ed可为(p-1)(q-1)所除 且余数为 1 ) 第8讲 网络安全

  20. 报文鉴别 目的: Bob 要求 Alice “证明”其身份 Protocol ap1.0:Alice 说： “I am Alice” 为什么会失败?? 第8讲 网络安全

  21. 认证: 再试一次 Protocol ap2.0:Alice 说 “I am Alice” 并发送其IP地址进行证明 为什么会失败?? 第8讲 网络安全

  22. 认证: 又试一次 Protocol ap3.0:Alice说“I am Alice” 并发送口令证明. 为什么会失败? 第8讲 网络安全

  23. 认证: 再试 Protocol ap3.1:Alice 说 “I am Alice” 并发送其加密的口令进行证明. I am Alice encrypt(password) 为什么会失败? 第8讲 网络安全

  24. 认证: 再试 目的:避免回放攻击 杜撰字(nonce):number (R) 的结果只用一次 ap4.0:为证明 Alice是否处于“激活”状态, Bob 给 Alice发送 nonce, R. Alice 必须回送 R, 同时使用共享密钥对R进行加密 Figure 7.11 goes here 失败, 缺点? 第8讲 网络安全

  25. 认证: ap5.0 ap4.0 要求共享对称密钥 • 问题: Bob, Alice 如何才能在共享秘钥上达成一致 • 我们能否使用公开密钥机进行身份验证? ap5.0:使用 nonce, 公开密钥加密技术 Figure 7.12 goes here 第8讲 网络安全

  26. ap5.0: 安全漏洞 中间人攻击: Trudy 对 Alice假扮 Bob而对 Bob假扮 Alice Figure 7.14 goes here 结论：需要 “资质认证的” 公钥 第8讲 网络安全

  27. 模拟手签的加密技术. 发送方(Bob) 对文件进行数字签名, 确定他是文件的拥有者和创建者. 可供鉴定, 不可否认证据:接受方 (Alice) 可以确认这是 Bob发送的文件. 对报文进行简单的数字签名 : Bob 使用其私钥dB 对 m 加密, 创建了签过名的报文, dB(m). Bob 将原始报文m 和数字签名 dB(m) 发给 Alice. 数字签名 第8讲 网络安全

  28. 假设 Alice收到了原始报文m, 和数字签名dB(m) Alice核对m报文的签名过程是使用 Bob的公钥eB对数字签名档 dB(m) 进行解密，然后确认是否eB(dB(m) ) = m. 如果 eB(dB(m) ) = m, 那么无论是谁签署了原始报文m，必定使用了 Bob的私钥。 Alice 即可确认: Bob 签署了原始报文m. 不会是他人签署的 m. Bob签署的就是m 而不是m’. 不可否认: Alice 可以将原始报文 m, 和数字签名dB(m)提交法庭作为Bob签署了报文m的证据. 数字签名 (续) 第8讲 网络安全

  29. 对长报文进行公钥加密计算成本非常昂贵 目的:固定长度, 产生容易计算的数字签名, “指纹” 应用散列函数 H() 可以对报文m进行处理, 得到固定长度的报文摘要, H(m). 理想散列函数的特点: 多对一(Many-to-1) 产生固定长度的报文摘要 (指纹) 假设有一个报文摘要x, 但是如果想通过计算得到报文 m 的摘要并使 x = H(m)是不可能的 使用计算方法想找出两个报文m 和 m’ 并使得 H(m) = H(m’)也是不可能的 报文摘要 第8讲 网络安全

  30. Bob 发送数字签名报文: Alice 对数字签名报文的签名和报文完整性进行核对 数字签名 = 签过的报文摘要 第8讲 网络安全

  31. 因特网校验和可以看成性能很差的报文摘要. 要找到两个相同的校验和十分容易. MD5散列函数得到了广泛的使用. 通过4个步骤计算 128位报文摘要. 任意的128位串 x, 如果要构造一个报文m使得其MD5 散列结果等于x至少是十分困难的. SHA-1 也有应用. US 标准 160-bit 报文摘要 哈希函数算法 第8讲 网络安全

  32. 问题: 如何解决两个实体通过网络实现对称密钥的共享? 解决办法: 具有公信力的密钥分发中心（key distribution center (KDC) ）来作为诸多实体间的中介 问题: 当Alice获取Bob的公钥时 (可以从网站、 e-mail, 甚至软盘), 如何能够使她相信这就是 Bob的公钥, 而不是 Trudy的? 解决办法: 具有公信力的认证机构（certification authority (CA)） 具有公信力的中介（Trusted Intermediaries） 第8讲 网络安全

  33. Alice,Bob 需要共享对称密钥. KDC:为每个注册的用户提供不同的密钥服务. Alice, Bob 在KDC注册后，获取了自己的对称密钥, KA-KDC KB-KDC . ( Key Distribution Center ，KDC)工作原理 • Alice 与 KDC联系, 取得了会话密钥 R1, and KB-KDC(A,R1) • Alice 给Bob发送 KB-KDC(A,R1), Bob 取出 R1 • Alice, Bob 现在共享 R1. 第8讲 网络安全

  34. 认证机构(CA)为特定的实体管理公开密钥. 实体(个人, 路由器, etc.) 可以在CA注册公开密钥. 实体提供 “身份证明” 给 CA. CA 创建信任状将实体与公开密钥进行绑定. 由CA对信任状进行数字签名. 当 Alice需要Bob的公开密钥时: 获取Bob信任状 (从Bob 或其他什么地方). 把 CA提供的公开密钥对Bob的信任状进行认证和解码,从而得到 Bob的公开密钥 认证机构（Certification Authorities)工作原理 第8讲 网络安全

  35. Secure e-mail(保密邮件) • Alice 要发送保密邮件报文, m, 给 Bob. • 产生一个随机的对称密钥, KS. • 使用 KS 对报文进行加密 • 同时使用 Bob的公钥对KS进行加密. • 同时将 KS(m) 和eB(KS) 两项内容发给 Bob. 第8讲 网络安全

  36. Secure e-mail (保密邮件)（续） • 如果Alice需要提供发送方身份认证和报文完整性. • Alice 对报文进行数字签名. • 并同时发送两个报文 (明文和数字签名). 第8讲 网络安全

  37. Secure e-mail(保密邮件)（续） • 如果Alice要提供保密、发送方认证和报文完整性. 注意: Alice即使用了她自己的私钥，也使用了 Bob的公钥，还有一个对称密钥 第8讲 网络安全

  38. 因特网 e-mail的加密机制,一项既成事实的标准（ a de-facto standard）. 使用了前述的对称密钥加密术 , 公开密钥加密术, 哈希函数, 和数字签名技术 提供了保密、发送方认证和报文完整性 Inventor, Phil Zimmerman, was target of 3-year federal investigation. ---BEGIN PGP SIGNED MESSAGE--- Hash: SHA1 Bob:My husband is out of town tonight.Passionately yours, Alice ---BEGIN PGP SIGNATURE--- Version: PGP 5.0 Charset: noconv yhHJRHhGJGhgg/12EpJ+lo8gE4vB3mqJhFEvZP9t6n7G6m5Gw2 ---END PGP SIGNATURE--- Pretty good privacy (PGP) 具备 PGP 签署的报文: 第8讲 网络安全

  39. PGP 为特定的网络应用项目提供安全性保证. SSL则工作在传输层. 为任何使用TCP传输服务的应用程序或协议提供安全保障. SSL: 可以用在WWW 浏览器, 服务器之间为电子商务服务 (shttp/https). SSL 安全服务包括: 服务器认证 数据加密 客户端认证 (可选) 服务器认证: SSL使得浏览器可以使用来自CA的公钥. 浏览器可以请求由CA发布的服务器信用状. 浏览器通过CA的公钥来获取信用状上服务器的公钥. 查看你的浏览器，有关CA的内容 安全插口层(Secure sockets layer,SSL) 第8讲 网络安全

  40. 加密的 SSL 会话: 浏览器产生对称的会话密钥, 再使用服务器的公钥加密后, 将会话密钥发给服务器. 服务器使用它保存的私钥将会话密钥进行解密. 浏览器,服务器由此将下一步的报文交流的加密密钥取得一致. 所有送入 TCP插口的数据 (无论是客户端还是服务器) 全部使用对称密钥进行加密. SSL:成为 IETF 的传输层安全性(TLS) 的基石. SSL 可以用在非Web 应用程序, e.g., IMAP. 客户端认证可以通过客户端信用状( client certificates)解决. 安全插口层(Secure sockets layer,SSL)(续) 第8讲 网络安全

  41. SSL在电子商务应用中的局限性 • SSL比较简单而且发展较早 ,应用广泛 • SSL为付帐卡交易提供了一个通用平台 • SSL不是专门为支付卡交易设计的 • SSL缺少电子商务协议中要求的许多功能 第8讲 网络安全

  42. SSL在电子商务应用中的局限性 • 再次考虑Bob通过SSL从Alice 公司购物的过程 • Bob从Alice接收到的签名证书可以证明确实在与Alice Co.进行交易 • 一般证书不能够表明Alice Co.是否被授权接受支付卡交易以及公司是否是可靠(可能产生欺骗) • 客户端身份认证也有类似问题。即使启用SSL客户端身份认证，也不能够将Bob和特定授权的支付卡联系在一起 (可能产生信用卡盗用) 第8讲 网络安全

  43. 为在因特网上使用信用卡业务专门设计. 在交易的三方间提供安全服务: 客户 商家 商家的结算银行 三方都必须具备证书. SET 定义了各类证书的法律含义. 划清各方的责任界限 客户的卡号直接送到商家的结算银行，而商家看不到客户的卡号（明文）. 防止了商家的滥用或泄露客户的卡号. 三个软件/部件: 浏览器钱包 商家服务器 收单银行的支付网关 (Acquirer gateway) 安全电子事务(Secure electronic transactions ,SET)协议 第8讲 网络安全

  44. SET交易过程 • 假设Bob想通过因特网和SET从Alice Co购物 • Bob向Alice表明他需要进行信用卡购物 • Alice向Bob发送发货清单和惟一的交易标识符 • Alice向Bob发送商业证书和商家公钥。Alice还要发她的银行证书和银行的公钥。两个证书都用CA的私钥加密 • Bob用CA的公钥对两个证书解密。Bob现在有了Alice Co.和银行的公钥 第8讲 网络安全

  45. SET交易过程(续) • Bob产生两个信息包：订单信息(0I) 和购买指令(PI) ,发送给Alice Co. • OI是给Alice Co.的，其中包含交易标识符和使用的卡的种类。但并不包括Bob的卡号。 • PI是给Alice的银行的，包含交易标识符、卡号和Bob的购物价值。 • OI和PI的加密是不同的；OI是用Alice 的公钥加密，而PI是用Alice银行的公钥加密 (确切地说，OI和PI是用客户—商商家的会话密钥和客户-银行的会话密钥加密) 第8讲 网络安全

  46. SET交易过程(续) • Alice为支付卡支付请求生成授权请求，其中包含交易标识符 • Alice将用银行的公钥加密的报文发送给银行(实际上使用会话密钥)。这个报文包括授权请求、来自Bob的PI包和AliceCo.的证书 • Alice的银行接收到报文并且拆解。银行检查其完整性。它也确定在授权请求中的交易标识符和Bob的PI包中的相同 • Alice的银行通过传统的银行卡通道向Bob的支付卡银行发送支付授权请求 第8讲 网络安全

  47. SET交易过程(续) • 一旦Bob的银行授权了这笔支付，Alice的银行向Alice发送响应，这个响应包含交易标识符。 • 如果这笔交易通过了，Alice向Bob发送她的响应报文。这个报文是一个收据，通知 Bob支付被接受了,商品将要交付。 第8讲 网络安全

  48. 两种类型的防火墙: 分组过滤器 应用网关 firewall 防火墙 为防止“拒绝服务”类攻击: • SYN flooding: 攻击者启动许多虚假的TCP连接，占据了主机上的TCP缓存资源，从而阻止了主机有效的服务. 为防止非法修改内部数据. • e.g., 攻击者使用其他网页来替换网站原有的主页 为防止入侵者获取主机上的机密数据. 将某个组织的内部网络与外部因特网隔离，允许某些分组通过，而阻止另外一部分. 第8讲 网络安全

  49. 内部网络通过路由器连接到因特网. 路由器厂商提供了分组过滤的选项，其依据是 : 源 IP 地址 宿 IP 地址 TCP/UDP 源和宿端口号 ICMP 报文类型 TCP SYN 和ACK 位 例 1: block incoming and outgoing datagrams with IP protocol field = 17 and with either source or dest port = 23. 所有进出的 UDP数据流和 telnet 连接都被禁止掉了. 例 2: Block inbound TCP segments with ACK=0. 防止外部的客户端直接与内部的客户端进行TCP连接，允许内部的客户端与外部的进行连接. 分组过滤 第8讲 网络安全

  50. 根据应用数据和IP/TCP/UDP 的字段过滤分组. 例如:允许选择内部用户使用 telnet访问外部. gateway-to-remote host telnet session host-to-gateway telnet session application gateway router and filter 应用网关 1.要求所有的 telnet 用户通过网关进行 telnet 连接. 2.对通过认证的用户, 网关为其建立通往目的主机的telnet 连接. 网关在两个连接之间中转数据 3.路由器将阻止所有未经中转的 telnet连接. 第8讲 网络安全

More Related