第10章 密码学及应用
10.1 密码学的概念及发展历史
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。
- 密码编码学：主要研究信息的编码，构建各种安全有效的密码算法和协议，用于消息的加密、认证等方面。
- 密码分析学：研究破译密码获得消息，或对消息进行伪造。
机密性:指信息不泄露给非授权的用户、实体或者过程。
完整性:指数据未经授权不能被改变，即信息在存储或传输过程中保持不被偶然或蓄意地删除、修改、伪造、乱序、重放、插入等操作所破坏。
可用性:保证信息和信息系统可被授权实体访问并按需求使用的特性，即当需要时应能存取所需的信息。
10.2 密码算法
对称密码算法
- 对称密码算法的基本特征：用于加密和解密的密钥相同，或者相对容易推导，因此也称为单密钥算法。
- 对称密码算法的分类：分组密码算法和流密码算法。
非对称密码算法
在公钥密码系统中，加密密钥和解密密钥不同，由加密密钥推导出相应的解密密钥在计算上是不可行的。
公钥密码体制的作用：既可以用于加密，也可以用于数字签名。
hash函数
- hash函数：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。
- hash函数是将任意有限长度的比特串映射为固定长度的串。
- hash函数的特点：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
密码学应用可以解决以下安全保护问题：
①机密性问题
②.完整性问题
③.可鉴别性问题
④.不可否认性问题
⑤.授权与访问控制问题
公钥基础设施
公钥基础设施：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体系：一般由CA、注册权威机构、数字证书、证书/CRL库和终端实体等部分组成。
- CA：专门负责数字证书的产生、发放和管理。
CA的主要功能：证书的签发和管理；CRL的签发和管理；RA的设立、审核及管理。 - RA：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。
RA的主要功能：
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
- 数字证书：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/CRL库：主要用来发布、存储数字证书和证书撤销列表，供用户查询、获取其他用户的数字证书，为系统中的CRL所用。
- 终端实体：拥有公/私钥对和相应公钥证书的最终用户，可以是人、设备、进程等。
常用的PKI互操作模型主要分为三种结构：严格层次结构模型、网状信任结构模型和桥信任结构模型。
PKI技术主要表现在属性证书、漫游证书和无线PKI上。
虚拟专用网
- 虚拟专用网：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。
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
- 隧道技术：通过对数据进行封装，在公共网络上建立一条数据通道，让数据包通过这条隧道传输。
从协议层次看，主要有三种隧道协议：
- 第二层隧道协议：先把各种网络协议封装到PPP包中，再把整个数据包装入隧道协议中，这种经过两层封装的数据包由第二层协议进行传输。
- 第三次隧道协议：在网络层把各种网络协议直接装入隧道协议中，形成的数据包依靠第三层协议进行传输。
- 第四次隧道协议：在传输层进行数据封装。
在VPN实现中，大量通信流量的加密使用对称加密算法，而在管理和分发对称加密的密钥上采用非对称加密技术。
- AH：用于增强IP层安全，该协议可以提供无连接的数据完整性、数据源验证和抗重放攻击服务。
- 封装安全载荷协议：一种增强IP层安全的IPSec协议。
- Internet密钥交换协议：用来实现安全协议的安全参数协商，以确保VPN与远端网络或者宿主主机进行交流时的安全。
- IKE是一种混合型协议，其中包含3个不同协议的有关部分：Internet安全关联和密钥管理协议、Oakley和安全密钥交换机制。
- 安全套接层协议的架构：由记录协议、握手协议、更改密码说明协议和告警协议组成。
- VPN的三种典型应用方式：远程访问VPN、内联网VPN、外联网VPN。
特权管理基础设施
- 特权管理基础设施：提供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类出来，使得访问控制机制和应用系统之间能灵活且方便地结合。
- PMI的主要功能：对权限管理进行系统的定义和描述，建立用户身份到应用授权的映射，支持应用访问控制。
- PMI的组成：属性证书、属性权威机构、证书库。
PMI和PKI之间的主要区别：
①PMI主要进行授权管理，证明用户有什么权限、能干什么。
②PKI主要进行身份鉴别，证明用户身份。