【计算机网络系列】网络安全基础

淡淡的烟草味﹌ 2022-11-19 12:50 264阅读 0赞

# 安全基础 #

## 加密技术 ##

数据加密的一般原理

![image-20210105203625447][]

*  A 、B: 通信双方
 *  E: 加密算法；D: 解密算法
 *  P: 明文；C: 密文
 *  Ke ：加密密钥；Kd 解密密钥

数据加密技术分类

*  对称密钥系统
    
     *  加密密钥与解密密钥相同，即 Ke ＝Kd
 *  公开密钥密码系统
    
     *  加密密钥与解密密钥不同，即 Ke≠Kd

传统密钥系统

*  替换加密
 *  这是一种最早，最简单的加密算法，即将明文中的每个字符替换成另一个字母。
 *  置换加密
 *  置换密码是按照某一种规则重新排列明文文件的字符次序
 *  数据加密标准：DES
    
     *  将明文64 为分为一块，再用56 位密钥对其加密，每次加密后，前后32 位交换，再加密，再交换，共进行16次
    
    ![image-20210105204507471][]

公开密钥系统

*  公开密钥系统又称为非对称密钥系统，最重要特征是（Ke ≠ Kd ）, 公开密钥系统的特点如下:
    
     *  网络上每个用户都有一个加密密钥 Pk 和一个解密密钥Sk ，Pk 公开，Sk 保密。
     *   D S k D\_\{Sk\} DSk ( E P k E\_\{Pk\} EPk §) = P
        
         D P k D\_\{Pk\} DPk(  E P k E\_\{Pk\} EPk §) ≠ P
     *  已知Pk 很难导出Sk 。
     *  加密和解密运算可以对调，即  D P K D\_\{PK\} DPK( E S k E\_\{Sk\} ESk §) = P
 *  公钥系统主要有
    
     *  背包公钥系统
     *  RSA 公钥系统（最流行）
     *  基于离散对数的公钥系统
     *  椭圆曲线公钥系统。

RSA 算法

*  步骤
    
     *  用户秘密的选择两个大素数 p 和 q 。
     *  计算n=p\*q 和 z=(p-1)\*(q-1)
     *  选择一个与 z 互素的数 d 作为解密指数（解密密钥）
     *  解同余方程：(e\*d)mod z=1 ，得到加密指数 e
     *  如明文 P 由k 位二进制数组成，则明文P 应满足：P< n 或2 k <n 。如果明文太长，则应分块处理。
     *  加解密处理
        
         *  输出密文：C= P e P^e Pe mod n
         *  还原密文：P= C d C^d Cd mod n
 *  理论依据
    
     *  必须满足： c d c^d cd mod n = p ，其中 c =  p e p^e pe mod n（即  **p e d p^\{ed\} ped mod n = p** )
     *  可以证明：对于任意x和y，有  x y x^y xy mod n =  x ( y m o d z ) x^\{(y\_\{mod\} z)\} x(ymodz) mod n
        
         *  其中n= pq，z = (p-1)(q-1)
     *  因此：  
         c d c^d cd mod n =  ( p m o d e n ) d (p^e\_\{mod\} n)^d (pmoden)d mod n  
        = **p e d p^\{ed\} ped mod n**  
        =  p ( e d m o d z ) p^\{(ed\_\{mod\} z)\} p(edmodz) mod n  
        =  p 1 p^1 p1 mod n  
        = p
 *  RSA 举例
    
     *  安全协议为了简化计算，选择 p=3,q=11 ，则：n=p\*q=33 、z=(p-1)\*(q-1)=20 ，
     *  再选择d=7 （7 与20 互素），求解同余方程：7\*e mod 20=1 得 e=3 ，
     *  要传输的明文P= ( 10011 ) 2 (10011)\_2 (10011)2 =19 < n ，则
        
         *  输出密文：C= P 3 P^3 P3 mod n = 6859 mod 33 =28= ( 11100 ) 2 (11100)\_2 (11100)2
         *  还原密文：P= C 7 C^7 C7 mod n =13492928512 mod 33 =19= ( 10011 ) 2 (10011)\_2 (10011)2
 *  RSA 安全性分析：
    
     *  基于大数分解的困难性，即当 n 足够大要找到与d 对应的p 和q 是非常困难的

## 数字签名 ##

数字签名

*  数字签名必须保证如下三点：
    
     *  接收者能够核实发送者对报文的签名。
     *  发送者不能抵赖对报文的签名。
     *  接收者不能伪造对报文的签名。
 *  利用公开密钥系统实现数字签名的原理
    
    ![image-20210105211932697][]
    
     *  B 使用A 的公钥  P K A P\_\{KA\} PKA 能够还原明文P，则确信报文P 是从A 发来的。
     *  若 A 想抵赖曾经给 B 发送的报文 P ，则 B 可将 P 以及 D S K A D\_\{SKA\} DSKA§，出示给第三者，第三者很容易用  P K A P\_\{KA\} PKA 去证实A 确实发送过报文 P 给B 。
     *  若 B 将 将 P 改为 P’ ，则 B 无法在第三者前出示  D S K A D\_\{SKA\} DSKA§这就证明了B伪造了报文。

用数字签名保证报文完整性：

*  报文摘要
    
     *  对报文m应用散列函数 H，得到一个固定长度的散列码，称为报文摘要(message digest), 记为 H(m)
     *  可以作为报文 m 的数字指纹(fingerprint)。
 *  步骤
    
     *  发送方把报文摘用私钥签名
     *  接收方用公钥解密报文摘要，然后把报文重新经过散列函数，对比两个报文摘要
    
    ![image-20210105212449522][]

数字签名面对的问题：公钥认证（防止中间人攻击，替换公钥）

*  解决方案:
    
     *  可信任的认证中心(Certification Authority-CA)
 *  认证中心(CA): 实现特定实体E与其公钥的绑定
    
     *  每个E(如人、路由器等) 向CA提供“身份证明”（一般是域名），并在CA上注册其公钥.
     *  CA 创建绑定 E 及其公钥的证书(certificate).
     *  证书包含由CA签名的E的公钥 – CA声明：“这是E的公钥
 *  当 Alice 想要 Bob 的公钥时:
    
     *  首先或取 Bob 的公钥证书(从Bob或者其他地方).
     *  应用 CA 的公钥，解密证书中签名的公钥，获得 Bob 公钥
 *  公钥证书主要内容
    
     *  序列号(唯一发行号)
     *  证书持有者信息，包括算法和密钥值(未显示)

## SSL 证书 ##

*  包含了网站的域名，证书的签名算法，证书有效期，证书的颁发机构以及用于加密传输密码的公钥（公开的）等信息
 *  作用就是鉴别主体的身份（即要对应，比如 ssl 证书要与访问网站的域名对应，同时还要满足通过证书链的认证），和提取公钥（就在证书的明文信息中）

证书的类型

*  实际上，我们使用的证书分很多种类型，SSL证书只是其中的一种。证书的格式是由X.509标准定义。SSL证书负责传输公钥，是一种PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础结构）证书。  
    我们常见的证书根据用途不同大致有以下几种：  
    \*  
    1、SSL证书，用于加密HTTP协议，也就是HTTPS。  
    \*  
    2、代码签名证书，用于签名二进制文件，比如Windows内核驱动，Firefox插件，Java代码签名等等。  
    \*  
    3、客户端证书，用于加密邮件。  
    \*  
    4、双因素证书，网银专业版使用的USB Key里面用的就是这种类型的证书。
 *  这些证书都是由受认证的证书颁发机构——CA（Certificate Authority）机构来颁发，针对企业与个人的不同，可申请的证书的类型也不同，价格也不同。CA机构颁发的证书都是受信任的证书，**对于SSL证书来说，如果访问的网站与证书绑定的网站一致就可以通过浏览器的验证而不会提示错误**。

证书的验证过程

*  证书以**证书链**的形式组织，在颁发证书的时候首先要有根CA机构颁发的根证书，再由根CA机构颁发一个中级CA机构的证书，最后由中级CA机构颁发具体的SSL证书。
 *  在验证证书的时候，**浏览器会调用系统的证书管理器接口对证书路径中的所有证书一级一级的进行验证**，只有路径中所有的证书都是受信的，整个验证的结果才是受信。
    
     *  根证书是最关键的一个证书，如果根证书不受信任，它下面颁发的所有证书都不受信任。**操作系统在安装过程中会默认安装一些受信任的CA机构的根证书**，可以在"运行"里面运行"certmgr.msc"启动证书管理器
    
    ![image-20210108180609023][]
 *  SSL证书验证失败有以下三点原因：
    
     *  SSL证书不是由受信任的CA机构颁发的（即自己的操作系统里没有安装证书链上所有认证机构的证书）
     *  证书过期
     *  访问的网站域名与证书绑定的域名不一致

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