网络安全之密码学

目录

密码学

定义

密码学是网络安全、信息安全、区块链等产品的基础，常见的非对称加密、对称加密、散列函数等，都属于密码学范畴。密码学有数千年的历史，从最开始的 替换法 到如今的非对称加密算法，经历了古典密码学，近代密码学和现代密码学三个阶段。密码学不仅仅是数学家们的智慧，更是如今网络空间安全的重要基础。

替换法 — 就是用固定的信息将原文替换成无法直接阅读的密文信息。例如将 b 替换成 w ， e 替换成 p ，这样 bee 单词就变换成了 wpp ，不知道替换规则的人就无法阅读出原文的含义。

密码学之于信息传输 — 在不安全的环境下 建立安全输出通道

密码 — 明文 –>算法+密钥 —> 密文

举例：
明文： ok
使用凯撒密码
算法：对字母进行平移可以左也可以右，移动若干位
密钥：向右平移3个字母
密文：rn

密码的分类

对称加密

加解密用的是同一个密钥，数学角度是一个双向函数

对称加密首先要保证 算法足够复杂 以及 密钥传输 足够安全

加密信息传递又两个通道

密文传递通道

密钥传递通道

存在问题 — 密钥如何传输

非对称加密

在互联网时代我们希望能偶在网上公开途径传输密钥

diff和hellmen开创了非对称加密算法 — DH算法

DH算法解决了在公开场合密钥安全传递问题

对称算法与非对称算法的优缺点

• 对称加密算法解决信息的安全传输通道
• 非对称加密算法解决对称加密算法密钥的安全传输通道
• 对称加密速度快，但不安全
• 非对称加密算法速度慢，但安全

最佳解决办法 — 用非对称加密算法加密对称加密算法的密钥

非对称加密如何解决对称加密的困境

密钥安全传输 — 对称加密算法的缺陷

密钥传输风险

Alice与bob必须使用一个安全的信道来传输对称密钥，但是消息传输的通道是不安全的。对称加密A的密钥需要用对称加密B来传输—B的密钥不安全会导致A的不安全。

密码管理难

如果没有非对称加密，百度这个企业需要和用户做安全传输，就需要保存至少3-5亿个密钥。根据我们上图的非对称算法只需要一把公钥，而 对称需要亿级别 的钥匙

常见算法

对称算法

非对称算法

完整性与身份认证最佳解决方案

核心原理

私钥加密 、 公钥解密

过程 — 对明文a进行hash运算得到定长值h，然后对h进行非对称运算用私钥加密得到值k，然后对明文值a进行对称运算得到y，传输时同时传输给y和k，收到后用非对称公钥解开k得到h ，然后用堆成算法解开y得到a，然后对a进行hash得到h``，如果h 与h``相同， 则证明完整性与身份认证。

密码学的应用

身份认证技术的应用

身份认证 — 通过标识和鉴别用户身份， 防止 攻击者 假冒合法用户 来获取访问权限

身份认证技术 — 在网络总确认操作者身份的过程而产生的有效解决方法

如何确认信息发送者是本人

发送者是alice，使用非对称算法，生成私钥A，公钥B。

1. alice把公钥给bob
2. alice发送信息hello，world！
3. alice把发送的信息用对称加密算法加密到加密信息C。
4. alice把发送的hello，world！先用hash算法计算得到hash值D。
5. alice把hash值D用非对称加密计算得到E。E值就是用于身份验证的。
6. alice把C，E一起发给bob。
7. bob收到C,E值，先用非对称的公钥对E进行解密，如果能正常解开则证明C值是alice的。

存在问题

上述1中如果黑客偷换了alice的公钥，那么就会出现身份 认证漏洞

解决问题

解决思路：

alice把公钥给bob的环节能确保是安全的，一定是alice给的。

想办法证明alice的公钥一定是alice的。

配置公钥的“身份证”—–数字证书

CA

PKI

定义 — PKI（公开密钥体系，

Public Key Infrastructure

）是一种遵循标准的利用

非对称加密技术

为电子商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范。

简单说就是利用公钥技术建立的提供安全服务的基础设施。通过第三方的可信机构，

CA认证中心

把用户的公钥与用户的其他标识信息捆绑在一起放在用户证书中，在互联网上验证用户身份。

PKI体系

PKI — 是创建、颁发、管理、注销证书所涉及到的所有软件、硬件的集合体。其 核心元素 时 数字认证书 ， 核心执行者 是 CA认证机构

CA中心

CA中心 — 即证书授权中心(Certificate Authority )，或称证书授权机构，作为

电子商务交易

中受信任的第三方。

数字证书

包括 — 用户身份信息；用户公钥信息；身份验证机构的信息及签名数据

分类

签名证书 —- 身份验证， 不可抵赖性

加密证书 —- 加密， 完整性 与 机密性

密码学完整应用

SSL协议分析

定义

SSL协议(Secure Sockets Layer）安全套接层 — 由美国网景通信（Netscape）公司自1990年开发，用于保证WWW通信安全。主要任务是提供 私密性

，

信息完整性

和

身份认证 。

介绍

SSL — 一个 不依赖 于平台和运用程序的协议，位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信 提高安全支持 。

无客户端认证的握手过程

注意：

可能遭受到的攻击： 重放攻击

重放攻击(Replay Attacks) — 又称重播攻击、回放攻击，是指攻击者发送一个目的主机 已接收过 的包，来达到 欺骗系统 的目的，主要用于身份认证过程， 破坏认证

的

正确性 。

PreMasterKey密钥参数 — 合成对称密钥的前置数值

初始化向量

有客户端认证的握手过程

会话恢复过程(之前已经建立过会话，再次连接)

SSL协议的细节

协议位置

注意：

ssl — 介于 应用层 和 tcp层 之间。应用层数据 不再 直接传递给传输层，而是传递给 ssl层 ，ssl层对从应用层收到的 数据进行加密 ，并增加自己的ssl头。

体系结构

SSL握手协议（SSL Handshake Protocol） — 建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

SSL记录协议（SSL Record Protocol） — 建立在可靠的传输协议（如 TCP ）之上，为高层协议提供 数据封装 、 压缩 、 加密 等基本功能的支持。

注意：

SSL协议实际上是 SSL握手协议 、 SSL修改密文协议 、 SSL警告协议 和 SSL记录协议 组成的一个 协议族 。

SSL修改密文协议 — 在客服端和服务器完成握手协议之后,它需要向对方发送相关消息(该消息只包含一个值为1的单字节)，通知对方随后的数据将用刚刚协商的 密码规范算法 和 关联的密钥 处理，并负责 协调 本方模块按照 协商的算法 和 密钥工作 。

SSL报警协议 — 是用来为对等实体传递SSL的相关警告。如果在通信过程中某一方发现 任何异常, 就需要给对方 发送 一条 警示消息通告 。

SSL的两个概念

连接 — 是一个提供一种合适类型服务的传输（ OSI分层 的定义）。SSL是 点对点 的关系。连接是暂时的， 每一个连接 和 一个会话 关联。

会话 — 是在 客户 与 服务器 之间的一个关联。会话由 handshake protocol 创建。会话定义了一组可供 多个 连接共享的 密码安全参数 。会话用以 避免 为每个连接 提供新的安全参数 所需的昂贵的 协商代价 。