网络安全笔记

网络各层安全协议

链路层：链路隧道协议、加密技术

网络层：包过滤机制、NAT、IPsec协议、 VPN

传输层/会话层 ：SSL/TLS 协议

应用层：SHTTP、HTTPS、PGP、S/MIME等

网络安全技术

第二代安全技术

• 保护

• 响应

• 检测

• 恢复

包括

• 防火墙

• 入侵检测

• 虚拟专用网

• 公钥基础设施

密码学

发展进程

• **古典密码**: 基于字符替换的密码，现在已很少使用了，但是 它代表了密码的起源

• **对称密钥体制（ Symmetric System** ）:加密密钥和解密密钥 相同，这些算法也叫作单钥密码体制（one-key system)

• **非对称密钥体制(Asymmetric System)** ：加密密钥和解密密 钥不同，也叫**公钥密码体制（public key system)或双钥密码体制（two-key system）**

加密模式

• **序列密码(stream cipher)**： 序列密码**按位或字节加密**，也 可以称为流密码，序列密码是手工和机械密码时代的主流。

• **分组密码(block cipher)**： 分组密码**将明文分成固定长度的组**，用同一密钥和算法对每一块加密，**输出也是固定长度的密文**。

对称密码

DES（数据加密标准，Data Encryption Standard ）

DES是一种对二元数据进行加密的算法，数据分组长度为 **64位**，密文分组长度也是**64位**，使用的密钥为**64位**，有效密钥长度为**56位**，**有8位用于奇偶校验**，解密时的过程和加密时相似，但密钥的顺序正好相反，DES的整个体制是公开的，系统的安全性**完全靠密钥的保密**。

对加密系统的攻击

• 唯密文攻击：根据加解密算法和密文进行破译

• 已知明文攻击：攻击者拥有部分密文和对应的明文，根据算法寻找密钥

• 选择明文攻击：有选择地使用任意明文和与之对应的密文信息，根据算法寻找密钥

• 选择密文攻击：有选择地使用密文和与之对应的明文信息，根据算法寻找密钥

分组密码

分组密码一次处理一个数据分组

对于较长的明文，在分解成若干个分组之 后，采用相同的密钥进行加密，NIST定义 了5种工作模式

• **电码本ECB(Electronic Codebook)**

• **密码分组反馈CBC(Cipher-block chaining)**

• **密码反馈CFB(Cipher feedback)**

• **输出反馈OFB(Output Feedback)**

• **计数器CRT(Counter)**

公钥密码

RSA

过程

密钥生成

1. **选择两个互异的素数p和q**

2. **计算n=p*q**

3. **计算φ(n)=(p-1)(q-1)**

4. **选择与φ(n)互素的e，且1<e<φ(n)**

5. **计算d*e mod φ(n)= 1 **

**公钥为Pk为{e，n}，私钥为{d，n}**

**加密**

C=M\^e\\,(mod\\,n)

**解密**

M=C\^d\\,(mod\\,n)

ELGamal密码

• todo

消息认证与身份认证

数字签名-消息的不可否认性

消息认证-消息的完整性

数字签名

基本概念

① 签名者事后不能抵赖自己的签名；

② 任何其他人不能伪造签名；

③ 如果当事的双方关于签名的真伪发生争执，能够在公正的仲裁者面前通过验证确认其真伪。

与加解密的区别

数字签名的加密/解密过程和信息（报文）的加密/解密 过程都可适用公开秘钥算法，但实现**过程正好相反**，适用的密钥对也不同。数字签名使用的是发送方的密钥对， 发送方用自己的私钥进行加密（签名），接收方用发送方的公开秘钥进行解密（验证）

这是一个一对多的关系：任何拥有发送方公开秘钥的人都可以验证数字签名的正确性

签名

设施加签名的算法为 SIG，产生签名的密钥为K，被签 名的数据为M，产生的签名信息为S

S ＝ SIG (M，K)

验证签名的算法为VER ，用VER对签名S进行验证，可鉴别S的真假

VER(S, K)= \\begin{cases} true \\quad当S=SIG(M, K)\\\\ false \\enspace当S\\neq SIG(M, K) \\end{cases}

公钥实现数字签名

1. **A用自己的解密钥K~dA~对数据M进行签名：S~A~=D（M，K~dA~）**

2. **如果不需要保密，则A直接将S~A~发送给用户B**

3. **如果需要保密，则A用B的公开的加密钥K~eB~对S~A~ 加密， 得到密文C，其中C=E(S~A~,k~eB~)**

4. **最后，A把C发送给B，并将S~A~或C 留底**

5. **B收到后，若是不保密通信，则用 A的公开加密钥K~eA~对签名进行验证**

E（S_A，K_{eA}）=E（D（M，K_{dA}），K_{eA}）=M

6. **若是保密通信，则 B先用自己的保密的解密钥K~dB~对C解密， 然后再用A的公开加密钥K~eA~对签名进行验证**

D（C，K_{dB}）=D（E（S_A，K_{eB}），K_{dB}）= S_A \\\\ E（S_A，K_{eA}）=E（D（M，K_{dA}），K_{eA}）= M

7. **M如果能够恢复出正确的 M，则说明S~A~是A的签名，否则SA不是A的签名**

8. **B对收到的 C或S~A~留底**

分析

因为只有 A才拥有K~dA~ ，而且由公开的K~eA~在计算上不 能求出保密的解密钥K~dA~ 。因此签名的操作只有A才能进行，任何其他人都不能进行。所以，K~dA~就相当于A的印章或指纹，而SA就是A对M的签名。对此A不能抵赖，任何其他人不能伪造

合理设计明文的数据格式




RSA签名

设 M 为明文 ， K~eA~= 是 A 的公开加密钥 ， K~dA~=是A的保密的解密钥，则A对M的签名过程是

S_A=D(M,K_{dA})=M\^d(mod\\;n)

S~A~便是签名

验证

M=E(S_A,K_{eA})=(M\^d)\^emod\\;n

盲签名

**需要 某个人对某数据签名，而又不能让他知道数据的内容。称这种签名为盲签名（ Blind Signature）**


双联签名

双联签名是实现盲签名的一种变通方法。它利用协议和 密码将消息与人关联起来而并不需要知道消息的内容。从 而实现盲签名

双联签名采用单向HASH函数和数字签名技术相结合， 实现盲签名的两个特性

作业

1．为什么数字签名能够确保数据真实性？

因为只有 A才拥有K~dA~，而且由公开的K~eA~在计算上不能求出保密的解密钥K~dA~ 。因此签名的操作只有A才能进行，任何其他人都不能进行。所以，K~dA~就相当于A的印章或指纹，而S~A~就是A对M的签名。对此A不能抵赖，任何其他人不能伪造

2．说明对于RSA的数字签名，为什么先加密后签名不安全？

1. 容易受到重放攻击。攻击者可以截获密文并重复发送，因为签名是对加密数据的签名，而不是对明文的签名。

2. 容易受到中间人攻击。攻击者可以截获密文，然后用自己的密钥对密文重新签名，然后将签名后的密文发送给接收者。接收者无法检查签名是否来自合法的发送者，因为签名是对整个消息（包括加密的数据和签名）进行的。

3．说明HASH函数在数字签名中的作用。

​ Hash函数在数字签名中应用的意义是为了增加可识别信息。在数字签名中,对消息进行Hash的作用是将**任意长度的消息压缩成固定长度的消息指纹**。同时提供完整性

4． 盲签名与普通签名有何不同？举出一个盲签名的实例。

盲签名是一种数字签名技术，可以让一个签名者在不知道签名信息内容的情况下，对这个信息进行签名，从而保护用户的隐私

实例：电子商务和电子政务

5． 举出一个双联盲签名的实例

```

双联盲签名是一种密码学协议，用于在保护用户隐私的同时进行数字签名。这里给出一个基于椭圆曲线加密算法（Elliptic Curve Cryptography）实现的双联盲签名示例：

假设有两个参与者Alice和Bob，他们想要对某条消息m进行双联盲签名。

1. Alice选择一个随机数r1，并计算R = r1 * G，其中G为预定义的生成点。

2. Bob也选择一个随机数r2，并计算S = r2 * G。

3. Alice将R发送给Bob，而Bob则将S发送给Alice。

4. Alice使用自己持有的私钥a来计算T = R + a*H(m)，其中H()表示哈希函数应用到消息m上得到结果h。然后她将T返回给Bob。

5. Bob同样使用自己持有的私钥b来计算U = S + b*H(m)并返回给Alice。

至此，在不泄露彼此信息以及原始消息内容情况下完成了"双"、"联"、"盲"的过程。

最后, 通过以下方式验证该签名：

• 验证步骤：检查 T ?= U

如果相等，则说明该数字签名有效且匿 名性质满足条件。

```

• 签名算法利用私钥生成签名，称消息m的签名为sig（m），然后将（m，sig（m））发给接收方

• 验证算法利用签名者的公钥对sig（m）进行解密，如果解密输出与m一致，则为合法数据。

由于无法识别数字签名与其拷贝之间的差异，所以， 在数字签名前应加上时间戳

消息认证

• 加密函数

• 消息认证码MAC

• 散列函数

散列函数

• **抗原像攻击（单项）：给任意的h，找到H(x)=h在计算上不可行**

• **抗弱碰撞：给任意的x，找到y!=x 满足H(x)=H(y)在计算上不可行**

• **抗强碰撞：找到任意的满足H(x)=H(y)的偶对(x,y)在计算上不可行**

应用

• 消息认证 确保消息没有被修改、插入、删除或重放确保消息发送方声称的身份真实有效

• 文件完整性校验

• 数字签名保护消息完整性，验证消息发送方身份

• 单向口令

• 入侵检测与病毒检测

• 区块链

**保障多种安全的方案**


**只保证完整性的方案**


MAC

消息认证码（Message Authentication Code, MAC）：通信双方需要**共享一个密钥，以K来表示**。同时，需要用于生成消息认证码的函数F。对于消息M，其消息认证码 MAC~M~与M和K相关，可以表示为：

MAC_M=F(M,K)

不管消息的长短，都生成固定大小的数据块