计算机网络安全技术ch10

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1、计 算 机 网 络 安 全 技 术第10章 认证技术计 算 机 网 络 安 全 技 术本章学习目标l身份认证的作用、分类，身份认证系统的 组成l身份认证协议l利用MAC进行消息认证的过程、将散列 函数用于消息认证的基本过程l数字签名的原理计 算 机 网 络 安 全 技 术定义l认证（Authentication ）是证实实体身份的 过程，对传输内容进 行审计、确认的过程 ，是保证计算机网络 系统安全的重要措施 之一。l身份认证是计算机网络 系统的用户在进入系统 或访问不同保护级别的 系统资源时，系统确认 该用户的身份是否真实 、合法和唯一的过程。 数据完整性可以通过消 息认证来保证。而数字 签

2、名则可用来证明消息 发送者的身份、消息的 真实性及抗否认。密码 技术一直在认证技术中 起到非常关键的作用。计 算 机 网 络 安 全 技 术10.1 身份认证10.1.1 身份认证概述l身份认证的作用 身份认证就是为了确保用户身份的真实、合法和唯一。这样， 就可以防止非法人员进入系统，防止非法人员通过违法操作获 取不正当利益、访问受控信息、恶意破坏系统数据的完整性的 情况的发生 l身份认证的分类 从身份认证所用到的物理介质来分 从身份认证所应用的系统来分 从身份认证的基本原理分类 从身份认证所用的认证协议来分 按照认证协议所使用的密码技术来分 l身份认证系统的组成 认证服务器（Authenti

3、cation Server） 认证系统用户端软件（Authentication Client Software） 认证设备（Authenticator）计 算 机 网 络 安 全 技 术10.1.2 物理认证l口令认证用户帐号+口令=某人的身份l智能卡一般由微处理器、存储器及输入/输出设施构成。微 处理器中有一个惟一的用户标识（ID）、私钥和数 字证书l生物特征认证通过自动化技术利用人体的生理特征或行为特征进 行身份鉴定。目前利用生理特征进行生物识别的主 要方法有指纹鉴定、虹膜识别、手掌识别、视网膜 识别和脸相识别；利用行为特征进行识别的主要方 法有声音识别、笔迹识别和击键识别等。计 算 机

4、网 络 安 全 技 术l指纹鉴定独特性稳定性方便性l手掌识别l视网膜l虹膜l面孔l声音l笔迹l步态识别lDNA计 算 机 网 络 安 全 技 术10.1.3 身份认证协议l分为双向认证协议和单向认证协议 l双向认证协议:使通信双方确认对方的身 份，适用于通信双方同时在线的情况 .l基于对称密钥技术的双向认证协议Denning 认证过程l基于公开密钥技术的双向认证协议WOO92b协议计 算 机 网 络 安 全 技 术基于对称密钥技术的双向认证lAKDC：IDAIDBN1；/ A向KDC申请要和B通信。明文消 息中包含一个大的随机数N1。 lKDCA：EKaKSIDBN1EKbKSIDA； /KD

5、C发送一 个使用A和KDC之间共享的密钥Ka加密的消息，消息包括：由KDC分 发的、A与B的会话密钥Ks；B的名字IDB（保证了第一条明文消息 中的B未被更改，即确认A是与B通信）；A的随机数N1（保证了该 消息是新的而不是攻击者重放的）；一个只有B能看懂的许可证 EKbKSIDA（因为使用了B和KDC之间共享的密钥Kb加密）。 lAB：EKbKSIDA；/ A将许可证EKbKSIDA发给B。 lBA：EKsN2；/B解密许可证EKbKSIDA获得会话密钥 Ks，从而认证了B的身份（因为只有B才能对使用了密钥Kb加密的 消息进行正确的解密）；然后产生随机数N2，B向A发送消息 EKsN2。 l

6、AB：EKsf(N2)。 / A向B发送消息EKsf(N2)以证明 是真正的A与B通信，从而认证了A的身份（因为只有A也知道KS） 。计 算 机 网 络 安 全 技 术Denning 认证过程lAKDC：IDAIDB；lKDCA：EKaKSIDBTEKbKSIDATlAB：EKbKSIDAT；lBA：EKsN1；lAB：EKsf(N1)lClock-Tt1+t2 l其中，T是时间戳，记录了KDC发送消息时 的时间；t1是KDC时钟与本地时钟（A或B） 之间差异的估计值；t2是预期的网络延迟时间 。计 算 机 网 络 安 全 技 术WOO92b协议lAKDC：IDAIDB； /A向KDC提出和B

7、通信。 lKDCA：EKRkdcIDBKUb； /A得到B的公钥。 lAB：EKUbNaIDA；/A向B提出通信要求，包含一个随机数Na lBKDC：IDBIDAEKUkdcNa；/B向KDC询问A的公钥。 lKDCB：EKRkdcIDAKUaEKUbEKRkdcNaKSIDAIDB ；/B得到A的公钥和一段KDC签名的消息。 lBA：EKUaEKRkdcNaKSIDAIDBNb； /B将这段消息 和随机数Nb发给A，A在KDC签名的消息中找到Na，知道这不是一个 重放。 lAB：EKsNb。 /A使用刚得到的会话密钥回答B l其中，KUa是A的公钥；KRa是A的私钥；KUkdc是KDC的公钥

8、； KRkdc是KDC的私钥 计 算 机 网 络 安 全 技 术l单向认证协议许多单向认证的应用（比如E-mail）不需要双方同时在线。一 方在向对方证明自己身份的同时，即可发送数据；另一方收到 后，首先验证发送方的身份，如果身份有效，就可以接受数据 。l单向认证协议工作过程AKDC：IDAIDBN1；/A向KDC要求和B通信，同时发给KDC 一个随机数N1。KDCA：EKaKSIDBN1EKbKSIDA；/KDC发给 A一个用A的密钥加密的消息，包括一个会话密钥、A发的随机 数N1、一段用B的密钥加密的消息；同时A解密得到KS。AB：EKbKSIDAEKsM。 /A将用B的密钥加密的那 段消

9、息和用KS加密的数据M一起发给B；B收到后首先解密得到A 的身份标识和KS，然后就可以解密A发来的数据M了。计 算 机 网 络 安 全 技 术10.1.4 零知识身份认证l零知识证明的思想是：在不将知识的任何内容 泄露给验证者的前提下，使用某种有效的数学 方法证明自己拥有该知识。假设P是证明者，V 是验证者，P试图向V证明自己知道某知识。一 种方法是P说出该知识使得V相信，这样V也知 道了该知识，这是基于知识的证明；另一种方 法是P使用零知识证明。l零知识证明可以分为两大类：最小泄露证明（ Minimum Disclosure Proof）和零知识证明（ Zero Knowledge Proo

10、f）。计 算 机 网 络 安 全 技 术l最小泄露证明需要满足的条件P几乎不可能欺骗V V几乎不可能知道证明的知识，特别是他不可能向 别人重复证明过程 l零知识证明除了要满足以上两个条件之外 ，还要满足V无法从P那里得到任何有关 证明的知识 lFeige-Fiat-shamir零知识身份认证协议计 算 机 网 络 安 全 技 术零知识问题计 算 机 网 络 安 全 技 术Feige-Fiat-shamirl用户P取随机数r，这里rm，计算x=r2 mod m，把x送给V；lV把一位随机数b送给P；l若b=0，则P将r送给V；若b=l，则P将y=rs 送给V；l若b=0，则V验证x= r2 mo

11、d m，从而证实 P知道sqrt(x)；若b=1，则V验证x=y2v mod m，从而证实P知道s。计 算 机 网 络 安 全 技 术10.2 消息认证l消息加密将明文加密后以密文作为认证符；l消息认证码（MAC）用一个密钥控制的公开函数作用后，产生固定长度 的数值作为认证符，也称为密码校验和。l散列函数定义一个函数将任意长度的消息映射为定长的散列 值，以散列值作为认证符。消息认证与数字签名通 常都需要与散列函数结合起来使用。计 算 机 网 络 安 全 技 术10.2.1 消息认证方案l消息认证就是验证消息的完整性 验证消息的发送者是真正的而不是冒充的，即数据起源认证 验证消息在传送过程中未被

12、篡改、重放或延迟等 l消息认证码MAC发送方A要发送消息M时，使用一个双方共享的密钥k产生一个短小的 定长数据块；将MAC附加在消息的后面发送给接收方B。 接收方对收到的消息使用相同的密钥k执行相同的计算，得到新的 MAC 接收方将收到的MAC与计算得到的MAC进行比较，如果相匹配，那 么可以保证报文在传输过程中维持了完整性计 算 机 网 络 安 全 技 术10.2.2 散列函数l散列函数的特性 一致性：相同的输入产生相同的输出； 随机性：消息摘要外观是随机的，以防被猜出源消息； 惟一性：几乎不可能找到两个消息产生相同的消息摘要； 单向性：即如果给出输出，则很难确定出输入消息。 l散列函数应满

13、足的基本要求 输入x可以为任意长度，输出数据串长度固定（最小128位）正向计算容易；反向计算困难 抗冲突性（抗碰撞性），包括两个含义：一是给出一消息x，找出一 消息y使H（x）=H（y）是计算上不可行的（弱抗冲突）；二是找出 任意两条消息x、y，使H（x）=H（y）也是计算上不可行的（强抗冲 突）。 l散列函数用于消息认证 发送者将消息M作为单向散列函数H的输入，得到消息摘要，记作 h=H（M）或MD= H（M）。 A将消息摘要H（M）连消息M一齐发送给B。 B将消息和消息摘要分离，并利用消息生成消息摘要。比较两消息摘要，如果相同，则消息在传送期间没被更改 。计 算 机 网 络 安 全 技 术

14、使用散列函数提供消息鉴别的常用方式l使用对称加密方法对附加消息摘要的报文进行加密（提供保密与 鉴别）； AB：Ek（MH（M）l使用对称加密方法对消息摘要进行加密（提供鉴别）； AB：MEk（H（M）l使用发方的私有密钥对消息摘要进行加密（提供鉴别和数字签名 ）； AB：MEka（H（M） l在（3）的基础上，使用对称密钥加密方法进行加密（提供鉴别和 数字签名、保密）； AB：Ek（MEka（H（M） l假定双方共享一个秘密值S，使用散列函数提供鉴别； AB：MH（MS） l假定双方共享一个秘密值S，使用散列函数、对称加密方法提供鉴 别、数字签名、保密。 AB：Ek（MH（M）S） 计 算 机

15、 网 络 安 全 技 术10.2.3 MD5算法lMD5算法原理MD5算法是按512位进行处理的，经过填充后的信息长度为512 的倍数。首先它对信息进行填充，用首位为1，后面全为0的填 充信息填充，填充的信息长度为l512位，使信息的长度等于 K*512+448，再填充64位的原始信息的长度（以字节计）然后对消息依次每次处理512位，每次进行4轮，每轮16步总共 64步的消息变换处理，每次输出结果为128位，然后把前一次 的输出作为下一次消息变换的输入初始值（第一次初始值算法 已经固定），这样最后输出一个128位的杂凑结果 计 算 机 网 络 安 全 技 术lMD5举例MD5算法是对输入的数据进行补位，使得数据位长度LEN对 512求余的结果是448。即数据扩展至K*512+448位。补数据长度 初始化MD5参数 处理位操作函数 主要变换过程 输出结果 lMD5的安全性问题