2019-2020-1学期 20192413 《网络空间安全专业导论》第十二周学习总结

第十章 密码学及应用

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10.1密码学的概念及发展历史

10.1.1密码学的概念

• 密码学包括密码编码学和密码分析学两部分
• CIA：机密性、完整性、可用性

10.1.2密码学的发展历史

• 第一阶段：从古代到19世纪末，这是密码学发展早期的古典密码
• 第二阶段：从20世纪初到1949年，这是近代密码学的发展阶段
• 第三阶段：从1949年到1975年，这是现代密码学的早期发展时期
• 第四阶段：自1976年开始一直延续至今，密码学进入公钥密码学的新时代

10.2密码算法

• 密码按其功能特性分为三类：对称密码、公钥密码和安全哈希算法

10.2.1对称密码算法

• 对称密码的基本特征是用于加密和解密的密钥相同
• 对称密码算法分为分组密码算法和流密码算法，区别在于其输出的每一位数字不是指与相对应的输入明文数字有关，而是与长度为N的一组明文数字有关。

10.2.2非对称密码算法

• 公钥密码体系是建立在数学函数的基础上
• 优点：克服了对称密码算法的缺点，解决了密钥传递的问题，大大减少了密钥持有量，提供了对称密码技术无法或很难提供的认证服务（如数字签名）
• 缺点：计算复杂、耗用资源大，并且会导致密文变长

10.2.3哈希函数

• 哈希函数是进行消息认证的基本方法，主要用于消息完整性检测和数字签名
• 哈希函数是将任意有限长度的比特串映射为固定长度的串：h=H（M）
• 特点：能够应用到任意长度的数据上，并且能够生成大小固定的输出

10.3网络空间安全中的密码学应用

1. 机密性保护问题
2. 完整性保护问题
3. 可鉴别性保护问题
4. 不可否认性保护问题
5. 授权与访问控制的问题

10.3.1公钥基础设施

1.PKI概述

• PKI也称为公开密钥基础设施，是一种遵循标准、利用公钥加密技术提供安全基础平台的技术和规范，能够为网络应用提供密码服务的一种基本解决方案
• PKI解决了大规模网络中的公钥分发和信任建立问题

2.PKI体系架构

• PKI引入了数字证书的概念，通过数字证书，用户能方便安全的获取对方公钥，可以离线验证公钥的真实性
• PKI的组成：
  （1）CA：CA是PKI的核心组成部分，专门负责数字证书的产生、发放和管理
  主要功能包括：
  1.证书的签发和管理
  2.CRL的签发与管理
  3.RA的设立、审核及管理
  （2）RA：也称为证书注册中心，负责数字证书的申请、审核和注册，同时也是CA认证机构的延伸
  主要功能如下：
  1.进行用户身份信息的审核，确保其真实性
  2.管理和维护本区域用户的身份信息
  3.数字证书的下载
  4.数字证书的发放和管理
  5.登记黑名单
  （3）数字证书
  是一段经CA签名的、包含拥有者身份信息和公开密钥的数据体，是各实体的身份证明，具有唯一性和权威性。
  证书体一般包括以下内容：
  版本号
  序列号
  签名算法标识
  签发者
  有效期
  主体名
  主体的公钥
  发行者唯一识别符
  主体唯一识别符
  扩展域
  （4）证书/CRL库
  （5）终端实体

3.PKI互操作模型
信任模型描述了如何建立不同认证机构之间的认证路径，以及构建和寻找信任路径的规则
（1）严格层次结构模型
是一种集中式的信任模型，又称为树模型或层次模型，比较适合具有层次结构的机构。
优点：其结构与许多组织或单位的结构相似、容易规划
缺点：不同单位的CA必须在一个共同的根CA管理之下，根CA会导致风险集中
（2）网状信任结构模型
也称为分布式信任模型，把信任分散到两个或更多个CA上
优点：结构灵活，扩展容易，适合动态变化的组织机构，因为单CA安全性的削弱不会影响整个PKI的运行
缺点：证书路径的扩展与层次结构比较复杂，选择证书路径比较困难
（3）桥信任结构模型
又称为中心辐射式信任模型，处于中心地位的CA称为桥CA。任何结构类型的PKI都可以通过桥CA连接在一起，实现相互信任，每个单独的信任域了可通过桥CA扩展到多个CA之间
4.PKI的应用与发展
PKI作为一种安全基础设施，在网络中应用非常广泛，包括虚拟专用网、安全电子邮件、web安全应用等领域。
随着PKI技术应用的不断深入，PKI技术本身也在不断发展与变化，主要表现在：
（1）属性证书
（2）漫游证书
（3）无线PKI

10.3.2虚拟专用网

1.虚拟专用网概述
虚拟专用网（VPN）通常是指在公共网络中，利用隧道技术，建立一个临时的安全的网络
2.VPN的特点
1)成本低
2）安全保障
3）服务质量保证
4）可管理性
5）可扩展性
3.VPN的工作原理及关键技术
（1）隧道技术
（2）加解密技术
（3）使用者与设备身份认证技术
（4）IPSec技术
（5）安全套接层技术
4.VPN的典型应用方式
（1）远程访问VPN
（2）内联网VPN
（3）外联网VPN

10.3.3特权管理基础设施

1.PMI概述
PMI提供了一种在多应用环境中的权限管理和访问控制机制，将权限管理和访问控制从具体应用系统中分离出来，使得访问控制机制和应用系统之间能灵活且方便的结合
2.PMI的组成
（1）属性证书
（2）属性权威机构
（3）证书库
3.PMI应用的结构
PMI建立在PKI提供的可信的身份认证服务的基础上，采用基于属性证书的授权模式，提供用户身份到应用权限的映射。
PMI和PKI主要区别：

• PMI主要进行授权管理，证明用户有什么权限、能干什么
• PKI主要进行身份鉴别，证明用户身份
• 两者之间的关系类似于护照和签证
  PMI和PKI的相似之处：
• 为用户数字证书签名的实体被称为CA，签名AC的实体被称为AA
• PKI信任源被称为根CA，PMI的信任源被称为SOA
• CA可以有他们信任的次级CA，次级CA可以代理鉴别和认证，SOA可以授权给次级AA
• 如果用户需要废除其签名密钥，则CA将签发CRL。如果用户要废除授权允许，AA将签发一个AC撤销列表