保障与安全身份认证

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1、1信息保障与安全11身份认证 及其应用21 引 言从对计算机系统或网络的一般访问过程来看，身份认证是用户获得访问权限的第一步。如果用户身份得不到系统的认可，即授权，他就无法进入该系统并进而访问系统资源。从这个意义来讲，身份认证是安全防御的第一道防线，它是防止非授权用户或进程进入计算机系统的有效安全保障措施。认证机制是网络安全的基本机制，网络设备之间应互相认证对方身份，以保证赋予正确的操作权力和数据的存取控制。网络也必须认证用户的身份，以保证正确的用户进行正确的操作并进行正确的审计。31 引 言在现实生活中，我们个人的身份主要是通过各种证件来确认的，比如：身份证、户口本等。认证( authent

2、ication )是证明一个对象的身份的过程。与决定把什么特权附加给该身份的授权( authorization )不同。在网络中认证是对网络中的主体进行验证的过程，用户必须提供他是谁的证明，他是某个雇员，某个组织的代理、某个软件过程（如交易过程）。 42 身份认证的方法识别是用户向系统提供声明身份的方法；验证则是建立这种声明有效性的手段。计算机系统识别用户依赖的是系统接收到的验证数据。这样验证就面临着这些考验：收集验证数据问题、安全地传输数据问题以及怎样知道使用计算机系统的用户就是当初验证通过的用户问题。目前用来验证用户身份的方法有： 5 用户知道什么(Something the User K

3、nows)(秘密，如口令、个人身份号码(PIN)、密钥等) 用户拥有什么(Something the User Possesses)(令牌，如ATM卡或智能卡等) 用户是谁(Something the User is)(生物特征，如声音识别、手写识别或指纹识别等)62.1 基于用户知道什么的身份认证最普通的身份认证形式是用户标识(ID)和口令(Password)的组合，如图1所示。这种技术仅仅依赖于用户知道什么的事实。通常采用的是基于知识的传统口令技术，但也有其它技术，如密钥。7图1 基于用户名和口令的身份认证8通常，口令系统的运作需要用户输入用户标识和口令(或PIN码)。系统对输入的口令与此

4、前为该用户标识存储的口令进行比较。如果匹配，该用户就可得到授权并获得访问权。口令的优点：口令作为安全措施已经很长时间并成功地为计算机系统提供了安全保护。它已经集成到很多操作系统中，用户和系统管理员对它非常熟悉。在可控环境下管理适当的话，口令系统可提供有效的安全保护。9口令存在的问题：口令系统的安全依赖于口令的保密性， 而用户为了方便记忆而在设置口令时常使用姓名拼音、生日、电话号码等，这样口令就会很容易地被猜出。另外只要用户访问一个新的服务器，都必须提供新口令。10（1）安全与不安全的口令 UNIX系统口令密码都是用8位(新的是13位)DES算法进行 加密的，即有效密码只有前8位，所以一味靠密码

5、的长度 是不可以的。安全的口令要求： 1) 位数6位。 2) 大小写字母混合。3)字母与数字混合。 4) 口令有字母、数字以外的符号。第七讲 认证11不安全的口令则有如下几种情况： (1)使用用户名（帐号）作为口令。(2)使用用户名（帐号）的变换形式作为口令。将用户名颠倒或者加前后缀作为口令，比如说著名的 黑客软件John，如果你的用户名是fool，那么它在尝 试使用fool作为口令之后，还会试着使用诸如fool123 、loof、loof123、lofo等作为口令，只要是你想得到 的变换方法，John也会想得到。 第七讲 认证12(3)使用自己或者亲友的生日作为口令。这种口令很脆弱 ，因为这

6、样往往可以得到一个6位或者8位的口令，但实 际上可能的表达方式只有1001231=37200种。(4)使用常用的英文单词作为口令。这种方法比前几种方 法要安全一些。一般用户选择的英文单词几乎都落在黑 客的字典库里。(5)使用5位或5位以下的字符作为口令。 加强口令安全的措施： A、禁止使用缺省口令。 B、定期更换口令。 C、保持口令历史记录，使用户不能循环使用旧口令。 D、用口令破解程序测试口令。第七讲 认证13（2）口令攻击的种类 计算资源依靠口令的方式来保护的脆弱性：网络数据流窃听。由于认证信息要通过网络传递，并且 很多认证系统的口令是未经加密的明文，攻击者通过窃 听网络数据，就很容易分辨

7、出某种特定系统的认证数据 ，并提取出用户名和口令。口令被盗也就是用户在这台 机器上的一切信息将全部丧失，并且危及他人信息安全 ，计算机只认口令不认人。最常见的是电子邮件被非法 截获。第七讲 认证14认证信息截取/重放(Record/Replay) 有的系统会将认证信息进 行简单加密后进行传输，如果攻击者无法用第一种方式推算 出密码，可以使用截取/重放方式。攻击者仍可以采用离线方 式对口令密文实施字典攻击；对付重放的方法有：1在认证交换中使用一个序数来给每一个消息报文编号 ，仅当 收到的消息序号合法时才接受之；2使用时间戳 (A接受一个新消息仅当该消息包含一个 A认为是 足够接近 A所知道的时间

8、戳 );3询问 /应答方式 (A期望从 B获得一个新消息 ，则先发给 B一 个临时值 ，并要求后续从 B收到的消息包含正确的这个临时 值 )第七讲 认证15字典攻击：由于多数用户习惯使用有意义的单词或数字 作为密码，某些攻击者会使用字典中的单词来尝试用户 的密码。所以大多数系统都建议用户在口令中加入特殊 字符，以增加口令的安全性。 穷举尝试(Brute Force)： 这是一种特殊的字典攻击，它使用字符串的全集作为字典。如果用户的密码较短，很容 易被穷举出来，因而很多系统都建议用户使用长口令。窥探： 攻击者利用与被攻击系统接近的机会，安装监视 器或亲自窥探合法用户输入口令的过程，以得到口令。第

9、七讲 认证16社交工程： 攻击者冒充合法用户发送邮件或打电话给管 理人员，以骗取用户口令。比如，在终端上发现如下信 息：Please enter your user name to logon:Your password:这很可能是一个模仿登录信息的特洛伊木马程序，他会 记录口令，然后传给入侵者。垃圾搜索： 攻击者通过搜索被攻击者的废弃物，得到与 攻击系统有关的信息，如果用户将口令写在纸上又随便 丢弃，则很容易成为垃圾搜索的攻击对象。第七讲 认证17口令猜中概率公式： P=LR/SL：口令生命周期 R：进攻者单位时间内猜测不同口令次数S：所有可能口令的数目。为降低猜中的概率：1减少口令使用寿命

10、 ，即提高口令更换的频率 ;2降低进攻者单位时间内猜测尝试口令的次数 ;3增加可能口令的数目 ，即提高口令的字符个数。然而 ，口令的频繁更换增加了用户的负担 ，也为资深入侵者 提供了条件 (为了便于记忆 ，人们往往选择与其个人相关的口 令 ，如某重要的日期 )，口令字符个数的增加也会增加用户的 负担且不会对资深入侵者有更大影响 ，因此 ，手段 2应是较 为有效的防猜中手段。第七讲 认证181.选择很难破译的加密算法，让硬件解密商品不能发挥作 用。2.控制用户口令的强度(长度、混合、大小写) 3.掺杂口令 先输入口令，然后口令程序取一个 12 位的随机数(通过 读取实时时钟)并把它并在用户输入的

11、口令后面。然后加 密这个复合串。最后把 64 位的加密结果连同 12 位的随 机数(叫做 salt)一起存入口令文件。 4.不要暴露账户是否存在的信息 例：打入一个用户名后，不论账户是否存在，都在相同时 间里要求输入口令。 5.限制口令尝试次数。 6. 系统中只保存口令的加密形式第七讲 认证197.一次性口令 （OTP：One Time Password） 在登录 过程中加入不确定因素，使每次登录过程中传送的信息 都不相同，以对付重放攻击。确定口令的方式：1）声称者与验证者两端共同拥有一串随机口令，在该串 的某一位置保持同步。用于人工控制环境中。2）两端共同使用一个随机序列生成器，在序列生成器

12、的 初态保持同步。3）使用时戳，两端维持同步的时钟。第七讲 认证202.2 基于用户拥有什么的身份认证尽管某些身份认证技术是完全基于用户拥有什么，但是它在一定程度上还是和基于用户知道什么的技术结合在一起的，这种结合比单一地采用 一种技术的安全性大大提高了(见图2)。通常，基于用户拥有什么的身份认证技术使用的是令牌，例如：记忆令牌和智能卡。21图2 基于数字证书的身份认证22这种机制采用的是生物特征识别技术，它采用的是用户独特的生理特征来认证用户的身份。这些生理 特征包括生理属性(如指纹、视网膜识别等)和行为属性(如声音识别、手写签名识别等)。这些技术已经应用到了计算机的登录程序中。虽然这种技术

13、比前两种认证技术有着更好的安全性，但是这种技术还不是很成熟，而且实际使用过程中的稳定性不是很好，并且费用很高，有待于进一步的研究和开发，以便能广泛地应用于身份认证中。2.3 基于用户是谁的身份认证232.3 基于用户是谁的身份认证第七讲 认证对用户固有的某些特征进行测量，如指纹、声音或签字。这些需要特殊硬件，这就限制了生物技术只能用 在比较少的环境中。其吸引人的地方是生物识别不可能 丢失和被偷窃。实际上，存在着某些局限性。传统的安 全常识认为认证数据应有规则地进行变化。而使用指纹 阅读器难于做到这一点。某些方法也遭到了用户的反对 。还有，因为生物技术具有极为本质的特点，因此不可 能给出准确的答

14、案。24第七讲 认证没有两个签字是绝对相同的，即使来自一个人，还有一 些莫明其妙的影响，例如疲劳程度、心境状况和健康状 况等。在匹配算法中必须建立某些公差。假如某个调用 者经认证只有93%的可信度，是否让其登录？某些系统使用智能卡存储每个用户的生物技术数据。这 避免了需要主机数据库，而是依赖于卡的安全性来防止 窜改。在用户和智能卡之间的协议中，结合了来自主机 的随机质询，因而避免了重播攻击。25第七讲 认证优点： 1. 绝对无法仿冒的使用者 认证技术。 缺点： 1. 较昂贵。 2. 不够稳定(辩识失败率高 )。 2.3 基于用户是谁的身份认证26基于零知识证明的识别技术 零知识证明的基本思想：

15、是向别人证明你知道某种事物或具有某种东西，而且别人并不能通过你的证明知道这个事物或这个东西，也就是不泄露你掌握的这些信息。零知识证明条件包括：最小泄露证明(Minimum Disclosure proof)和零知识证明(Zero Knowledge proof)。27基于零知识证明的识别技术 零知识证明的系统原理：用P表示示证者，V表示验证者，要求：（1）示证者P几乎不可能欺骗验证者，若P知道证明，则可使V几乎确信P知道证明；若P不知道证明，则他使V相信他知道证明的概率接近于零。（2）验证者几乎不可能得到证明的信息，特别是他不可能向其他人出示此证明。 （3）而零知识证明除了以上两个条件外，还要

16、满足：验证者从示证者那里得不到任何有关证明的知识。 28第七讲 认证解释零知识证明的通俗例子是洞穴问题。如图：有一个洞，设P知道咒语，可打开C和D之 间的秘密门，不知道者都将走入死胡同中，那么P如 何向V出示证明使其相信他知道这个秘密，但又不告 诉V有关咒语。29零知识证明的基本协议假设P知道咒语，可打开C和D之间的 密门，不知道者都将走向死胡同。下面的协议就是P向V 证明他知道这个秘密，但又不让V知道这个秘密。验证协 议为： 1、V站在A点； 2、P进入洞中任一点C或D; 3、P进入洞之后，V走到B点； 4、V叫P：(a)从左边出来或(b)从右边出来； 5、P按照V的要求实现（因为P知道该咒语）； 6、P和V重复执行上面的过程N次。 如果每次P都走正确，则认为P知道这个咒语。P的确可以使V 确信他知道该咒语，但V在这个证明过程中的确没有获得 任何关于咒语的信息。该协议是一个完全的零知识证明。 如果将关于零知识洞穴的协议中P掌握的咒语换为一个数 学难题，而P知道如何解这个难题，就可以设计实用的零 知识证明协议。