【计算机网络13】网络安全

2023-11-19

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1.HTTP协议的安全问题

HTTP 协议默认是采取明文传输的,因此会有很大的安全隐患。

常见的提高安全性的方法是:对通信内容进行加密后,再进行传输。

常见的加密方式有:

  • 不可逆
    • 单向散列函数:MD5、SHA等
  • 可逆
    • 对称加密:DES、3DES、AES等
    • 非对称加密:RSA等
  • 其它
    • 混合密码系统
    • 数字签名
    • 证书

2.单向散列函数(One-way hash function)

单向散列函数,可以根据消息内容计算出散列值。

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散列值的长度和消息的长度无关,无论消息是1bit、10M、100G,单向散列函数都会计算出固定长度的散列值。

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单向散列函数,也被称为消息摘要函数(message digest function)、哈希函数(hash function)。

输出的散列值,也被称为消息摘要(message digest)、指纹(fingerprint)。

2.1 单向散列函数的特点

(1) 根据任意长度的消息,计算出固定长度的散列值。

(2) 计算速度快,能快速计算出散列值。

(3) 消息不同,散列值也不同。

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(4) 具备单向性。

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2.2 常见的几种单向散列函数

MD4、MD5:产生 128bit 的散列值,MD 就是 Message Digest 的缩写

SHA-1:产生 160bit 的散列值

SHA-2:SHA-256、SHA-384、SHA-512,散列值长度分别是 256bit、384bit、512bit

SHA-3:全新标准

2.3 防止数据被篡改

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2.4 几个网站

MD5加密

https://www.cmd5.com/hash.aspx

MD5解密

https://www.cmd5.com/

其它加密

https://www.sojson.com/encrypt_des.html

https://tool.chinaz.com/tools/md5.aspx

3.对称加密(Symmetric Cryptography)

对称加密,也叫对称密码,在对称加密中,加密、解密时使用的是同一个密钥。

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常见的对称加密算法有:

  • DES
  • 3DES
  • AES

3.1 DES(Data Encryption Standard)

DES 是一种将 64bit 明文加密成 64bit 密文的对称加密算法,密钥长度是 56bit。

规格上来说,密钥长度是 64bit,但每隔 7bit 会设置一个用于错误检查的 bit,因此密钥长度实质上是56bit。

由于 DES 每次只能加密 64bit 的数据,遇到比较大的数据,需要对 DES 加密进行迭代(反复)。

目前已经可以在短时间内被破解,所以不建议使用。

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3.2 3DES(Triple Data Encryption Algorithm)

3DES,将 DES 重复 3 次所得到的一种密码算法,也叫做3重DES

三重DES并不是进行三次DES加密(加密→加密→加密),而是加密(Encryption)→解密(Decryption)→加密(Encryption)的过程。

目前还被一些银行等机构使用,但处理速度不高,安全性逐渐暴露出问题。

3个密钥都是不同的,也称为DES-EDE3。

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如果所有密钥都使用同一个,则结果与普通的DES是等价的。

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如果 密钥1、密钥3 相同,密钥2 不同,称为DES-EDE2。

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3.3 AES(Advanced Encryption Standard)

取代 DES 成为新标准的一种对称加密算法,又称Rijndael加密法。

AES的密钥长度有 128、192、256bit 三种。

目前 AES,已经逐步取代 DES、3DES,成为首选的对称加密算法。

一般来说,我们也不应该去使用任何自制的密码算法,而是应该使用 AES,它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作。

3.4 如何解决密钥配送问题

在使用对称加密时,一定会遇到密钥配送问题。

如果 Alice 将使用对称加密过的消息发给了 Bob,只有将密钥发送给 Bob,Bob 才能完成解密。

在发送密钥过程中,可能会被 Eve 窃取密钥,最后 Eve 也能完成解密。

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有以下几种解决密钥配送的方法:

  • 事先共享密钥(比如私下共享)
  • 密钥分配中心(Key Distribution Center,简称KDC)
  • Diffie-Hellman密钥交换
  • 非对称加密

4.非对称加密(Asymmetric Cryptography)

在非对称加密中,密钥分为加密密钥、解密密钥两种,它们并不是同一个密钥。

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加密密钥:—般是公开的,因此该密钥称为公钥(public key),因此,非对称加密也被称为公钥密码(Public-key Cryptography)。

解密密钥:由消息接收者自己保管的,不能公开,因此也称为私钥(private key)。

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4.1 公钥和私钥

公钥和私钥是一一对应的,不能单独生成,一对公钥和私钥统称为密钥对(key pair)。

由公钥加密的密文,必须使用与该公钥对应的私钥才能解密。

由私钥加密的密文,必须使用与该私钥对应的公钥才能解密。

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4.2 解决密钥配送问题

由消息的接收者,生成一对公钥、私钥,将公钥发给消息的发送者,消息的发送者使用公钥加密消息。

非对称加密的加密解密速度比对称加密要慢。

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目前使用最广泛的非对称加密算法是 RSA。

RSA 的名字,由它的 3 位开发者,即 Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman 的姓氏首字母组成。

5.混合密码系统(Hybrid Cryptosystem)

对称加密的缺点:不能很好地解决密钥配送问题(密钥会被窃听)。

非对称加密的缺点:加密解密速度比较慢。

混合密码系统:是将对称加密和非对称加密的优势相结合的方法,解决了非对称加密速度慢的问题,并通过非对称加密解决了对称加密的密钥配送问题。

网络上的密码通信所用的 SSL/TLS 都运用了混合密码系统。

5.1 加密

会话密钥(session key):为本次通信随机生成的临时密钥,作为对称加密的密钥,用于加密消息,提高速度。

加密步骤(发送消息):

  1. 首先,消息发送者要拥有消息接收者的公钥
  2. 生成会话密钥,作为对称加密的密钥,加密消息
  3. 用消息接收者的公钥,加密会话密钥
  4. 将前两步生成的加密结果,一并发给消息接收者

发送出去的内容包括:

  • 用会话密钥加密的消息(加密方法:对称加密)
  • 用公钥加密的会话密钥(加密方法:非对称加密)

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5.2 解密

解密步骤(收到消息):

  1. 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
  2. 再用第 1 步解密出来的会话密钥,解密消息

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5.3 Alice --> Bob 加密解密流程

发送过程(加密过程)

  1. Bob先生成一对公钥、私钥
  2. Bob把公钥共享给Alice
  3. Alice随机生成一个会话密钥(临时密钥)
  4. Alice用会话密钥加密需要发送的消息(使用的是对称加密)
  5. Alice用Bob的公钥加密会话密钥(使用的是非对称加密)
  6. Alice把第 4、5 步的加密结果,一并发送给Bob

接收过程(解密过程)

  1. Bob利用自己的私钥解密会话密钥(使用的是非对称加密算法进行解密)
  2. Bob利用会话密钥解密发送过来的消息(使用的是对称加密算法进行解密)

6.数字签名

在数字签名技术中,有以下 2 种行为:

  • 生成签名:由消息的发送者完成,通过“签名密钥”生成
  • 验证签名:由消息的接收者完成,通过“验证密钥”验证

如何能保证这个签名是消息发送者自己签的?

用消息发送者的私钥进行签名。

6.1 数字签名过程

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6.2 数字签名过程改进

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6.3 小结

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如果有人篡改了消息内容或签名内容,会是什么结果?

签名验证失败,证明内容被篡改了。

数字签名不能保证机密性?

数字签名的作用不是为了保证机密性,仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改。

数字签名的作用:

  • 确认消息的完整性
  • 识别消息是否被篡改
  • 防止消息发送人否认

7.公钥、私钥总结(非对称加密 vs 数字签名)

在非对称加密中,任何人都可以使用公钥进行加密。

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在数字签名中,任何人都可以使用公钥验证签名。

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数字签名,其实就是将非对称加密反过来使用。

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既然是加密,那肯定是不希望别人知道我的消息,所以只有我才能解密,即公钥负责加密,私钥负责解密。

既然是签名,那肯定是不希望有人冒充我发消息,所以只有我才能签名,即私钥负责签名,公钥负责验签。

8.证书(Certificate)

8.1 公钥的合法性

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如果遭遇了中间人攻击,那么公钥将可能是伪造的。

如何验证公钥的合法性?证书。

8.2 使用

密码学中的证书,全称叫公钥证书(Public-key Certificate,PKC),跟驾驶证类似,里面有姓名、邮箱等个人信息,以及此人的公钥,并由认证机构(Certificate Authority,CA)施加数字签名。

CA 就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织。

  • 有国际性组织、政府设立的组织
  • 有通过提供认证服务来盈利的企业
  • 个人也可以成立认证机构

各大 CA 的公钥,默认已经内置在浏览器和操作系统中。

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8.3 注册和下载

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8.4 查看 Windows 已经信任的证书

Windows键+R ----> 输入 mmc

文件 ----> 添加/删除管理单元

证书 ----> 添加 ----> 我的用户账户 ----> 完成 ----> 确定

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