IPv6身份验证和安全性

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1、IPv6身份验证和安全性作者：unknown 更新时间：2005-03-21很多年来，人们一直在争论IP层是否需要身份验证和安全性及相关的用法 问题。本章将讨论如何在IPv6中通过身份验证头（AH ）和封装安全性净荷 （ESP ）头来实现身份验证和安全性，包括安全密码传输、加密和数据包的数字 签名。但在探讨IPv6的安全性头之前，本章将首先介绍IP安全性体系结构以 及在IPv6中该体系结构可能实现的部分。该体系结构在RFC 1825（IP的安全性 体系结构）中首次进行了描述。9.1为IP增加安全性IPv4的目的只是作为简单的网络互通协议，因而其中没有包含安全特性。 如果IPv4仅作为研究工具，

2、或者在包括研究、军事、教育和政府网络的相对严 格的辖区中作为产品型网络协议而使用，缺乏安全性并不是一个严重的缺陷。 但是，随着IP网络在商用和消费网络中的重要性与日俱增，攻击所导致的潜在 危害将具有空前的破坏性。本节主要内容包括：人们已经为IP定义的安全性目标。这些目标如何满足。这些目标和相关论题如何在IP中定义。下一节将介绍IP的安全性体系结构（又称为IPsec ）本身的细节以及为完 成上述目标而安装的一些工具。应注意，RFC 1825以及后续文档中所定义的IPsec提供的是IP的安全性 体系结构，而不是Internet的安全性体系结构。两者的区别很重要：IPsec 定义了在IP层使用的安全

3、性服务，对IPv4和IPv6都可用。如果在适当的IPv4 选项格式中实现AH和ESP头，IPv4也可以使用这种安全性功能，只是在IPv6 中更容易实现。9.1.1安全性目标对于安全性，可以定义如下三个公认的目标：身份验证：能够可靠地确定接收到的数据与发送的数据一致，并且确保发 送该数据的实体与其所宣称的身份一致。完整性：能够可靠地确定数据在从源到目的地传送的过程中没有被修改。机密性：确保数据只能为预期的接收者使用或读出，而不能为其他任何实 体使用或读出。完整性和身份验证经常密切相关，而机密性有时使用公共密钥加密来实现， 这样也有助于对源端进行身份验证。AH和ESP头有助于在IP上实现上述目标。

4、很简单，AH为源节点提供了在 包上进行数字签名的机制。AH之后的数据都是纯文本格式，可能被攻击者截取。 但是，在目的节点接收之后，可以使用AH中包含的数据来进行身份验证。另一方面，可以使用ESP头对数据内容进行加密。ESP头之后的所有数据 都进行了加密，ESP头为接收者提供了足够的数据以对包的其余部分进行解密。Internet安全性（实际上任何一种安全性）的问题在于很难创建安全性，尤 其是在开放的网络中，包可能经过任意数量的未知网络，任一个网络中都可能 有包嗅探器在工作，而任何网络都无法察觉。在这样的开放环境中，即使使用了加密和数字签名，安全性也将受到严重的威胁。对IP业务流的攻击也包括诸 如

5、侦听之类，致使从一个实体发往另一个实体的数据被未经授权的第三个实体 所窃取。此外，IP安全性还应该解决下列安全性威胁：否认服务攻击：即实体使用网络传送数据，致使某个授权用户无法访问网 络资源。例如，攻击者可能使某主机淹没于大量请求中，从而致使系统崩溃； 或者重复传送很长的e-m a il报文，企图以恶意业务流塞满用户或站点带 宽。愚弄攻击：即实体传送虚报来源的包。例如，有一种愚弄攻击是由攻击者 发送e-m a il报文，报头的“ F r o m :”指明该报文的发信人是美国总 统。那些在在包头携带错误源地址的攻击则更加阴险。密钥处理问题则更加复杂。为使身份验证和加密更可靠，IP安全性体系 结构

6、要求使用密钥。如何安全地管理和分配密钥，同时又能正确地将密钥与实 体结合以避免中间者的攻击，这是Internet业界所面临的最棘手的问题之一。 这种中间者的攻击是指，攻击者（假设为C ）将自己置于两个通信实体（假设为A 和B）之间，拦截A和B之间传送的所有数据，冒充A把数据重新发送给B，也 冒充B把数据重新发送给A。如果C能够以类似B的公共密钥进行身份验证， 从而让A确认它就是B，同样也让B误以为它就是A，那么A和B就会误认为他 们之间的传送是安全的。IPsec本身不能使Internet更加安全。本章只提出与Internet安全性相 关的几个最迫切的问题。对Internet安全性的细节感兴趣的

7、读者，请参考本书 作者的另一本书Personal Encryption Clearly Explained（AP Professional,1998），书中讨论了加密、数字签名和Internet安全性问题。9.1.2 RFC 1825及建议的更新RFC 1825于1995年8月发布，共有22页；其第5版修改草案完成于1998 年5月，已经达到6 6页。安全性的正确实现要求认真考虑细节问题，这是对 原RFC进行扩充的主要原因。更新后的文档在最终发布时，在关于如何实现所 有的IP协议（包括I C M P和组播）方面将提供更多的细节，同时将更详细讨论 密钥管理相关问题和安全性关联问题。9.2 IPs

8、ecIPsec的目标是提供既可用于IPv4也可用于IPv6的安全性机制，该服务 由IP层提供。一个系统可以使用IPsec来要求与其他系统的交互以安全的方式 进行一通过使用特定的安全性算法和协议。IPsec提供了必要的工具，用于一 个系统与其他系统之间对彼此可接受的安全性进行协商。这意味着，一个系统 可能有多个可接受的加密算法，这些算法允许该系统使用它所倾向的算法和其 他系统协商，但如果其他系统不支持它的第一选择，则它也可以接受某些替代 算法。IPsec中可能考虑如下安全性服务：访问控制。如果没有正确的密码就不能访问一个服务或系统。可以调用安 全性协议来控制密钥的安全交换，用户身份验证可以用于访

9、问控制。无连接的完整性。使用IPsec，有可能在不参照其他包的情况下，对任一 单独的IP包进行完整性校验。此时每个包都是独立的，可以通过自身来确认。 此功能可以通过使用安全散列技术来完成，它与使用检查数字类似，但可靠性 更高，并且更不容易被未授权实体 所篡改。数据源身份验证。IPsec提供的又一项安全性服务是对IP包内包含的数据 的来源进行标识。此功能通过使用数字签名算法来完成。对包重放攻击的防御。作为无连接协议，IP很容易受到重放攻击的威胁。 重放攻击是指攻击者发送一个目的主机已接收过的包，通过占用接收系统的资 源，这种攻击使系统的可用性受到损害。为对付这种花招，IPsec提供了包计 数器机

10、制。加密。数据机密性是指只允许身份验证正确者访问数据，对其他任何人一 律不准。它是通过使用加密来提供的。有限的业务流机密性。有时候只使用加密数据不足以保护系统。只要知道 一次加密交换的末端点、交互的频度或有关数据传送的其他信息，坚决的攻击 者就有足够的信息来使系统混乱或毁灭系统。通过使用IP隧道方法，尤其是与 安全性网关共同使用，IPsec提供 了有限的业务流机密性。通过正确使用ESP头和AH，上述所有功能都有可能得以实现。目前，人们 使用了很多密码功能，在下一节中将对此予以简要描述。后续节将扼要描述密 钥管理基础设施。9.2.1加密和身份验证算法由于对安全性的攻击方法多种多样，设计者很难预计

11、到所有的攻击方法， 因此设计安全性算法和协议非常困难。普遍为人接受的关于安全性方法的观点 是，一个好的加密算法或身份验证算法即使被攻击者了解，该算法也是安全的。 这一点对于Internet安全性尤其重要。在Internet中，使用嗅探器的攻击者 通过侦听系统与其连接协商，经常能够确切了解系统使用的是哪一种算法。与Internet安全性相关的重要的密码功能大致有5类，包括对称加密、公 共密钥加密、密钥交换、安全散列和数字签名。1. 对称加密大多数人都熟知对称加密这一加密方法。在这种方法中，每一方都使用相 同的密钥来加密或解密。只要掌握了密钥，就可以破解使用此法加密的所有数 据。这种方法有时也称作

12、秘密密钥加密。通常对称加密效率很高，它是网络传 送大量数据中最常用的一类加密方法。常用的对称加密算法包括：数据加密标准（D E S ）。D E S首先由I B M公司在7 0年代提出，已成 为国际标准。它有5 6位密钥。三重D E S算法对D E S略作变化，它使用D E S算法三次加密数据，从而改进了安全性。R C 2、R C 4和R C 5。这些密码算法提供了可变长度密钥加密方法，由 一家安全性动态公司，R SA数据安全公司授权使用。目前网景公司的Navig a t o r浏览器及其他很多Internet客户端和服务器端产品使用了这些密码。其他算法。包括在加拿大开发的用于N o r t e

13、l公司E n t r u s t产 品的C A S T国际数据加密算法（I D E A、传闻由前苏联安全局开发的G O S T算法、由Bruce Schneier开发并在公共域发表的B l o w f i s h算法及 由美国国家安全局开发并用于C l i p p e匚芯片的契约密钥系统的S k i p j a c k算法。安全加密方法要求使用足够长的密钥。短密钥很容易为穷举攻击所破解。 在穷举攻击中，攻击者使用计算机来对所有可能的密钥组合进行测试，很容易 找到密钥。例如，长度为4 0位的密钥就不够安全，因为使用相对而言并不算 昂贵的计算机来进行穷举攻击，在很短的时间内就可以破获密钥。同样，单

14、DE S算法已经被破解。一般而言，对于穷举攻击，在可预测的将来，128位还可 能是安全的。对于其他类型的攻击，对称加密算法也比较脆弱。大多数使用对称加密算 法的应用往往使用会话密钥，即一个密钥只用于一个会话的数据传送，或在一 次会话中使用几个密钥。这样，如果会话密钥丢失，则只有在此会话中传送的 数据受损，不会影响到较长时期内交换的 大量数据。2. 公共密钥加密公共密钥加密算法使用一对密钥。公共密钥与秘密密钥相关联，公共密钥 是公开的。以公共密钥加密的数据只能以秘密密钥来解密，同样可以用公共密 钥来解密以秘密密钥加密的数据。这样只要实体的秘密密钥不泄露，其他实体 就可以确信以公共密钥加密的数据只

15、能由相应秘密密钥的持有者来解密。尽管公共密钥加密算法的效率不高，但它和数 字签名（参见后续讨论）均是最常用的对网络传送的会话密钥进行加密的算法。最常用的一类公共密钥加密算法是R SA算法，该算法由Ron Rivest、Adi Shamir和L e n A d l e m a n开发，由R SA数据安全公司授权使用。R SA 定义了用于选择和生成公共/秘密密钥对的机制，以及目前用于加密的数学函 数。3. 密钥交换开放信道这种通信媒体上传送的数据可能被第三者窃听。在Internet这样 的开放信道上要实现秘密共享难度很大。但是很有必要实现对共享秘密的处理，因为两个实体之间需要共享用于加密的密钥。关

16、于如何在公共信道上安全地处 理共享密钥这一问题，有一些重要的加密算法，是以对除预定接受者之外的任 何人都保密的方式来实现的。D i ff i e - H e l l m a n密钥交换算法允许实体间交换足够的信息以 产生会话加密密钥。按照惯例，假设一个密码协议的两个参与者实体分别是Al i c e和B o b，A l i c e使用B o b的公开值和自己的秘密值来计算出一个 值；B o b也计算出自己的值并发给A l i c e，然后双方使用自己的秘密值 来计算他们的共享密钥。其中的数学计算相对比较简单，而且不属于本书讨论 的范围。算法的概要是B o b和Ali c e能够互相发送足够的信息给对方以 计算出他们的共享密钥，但是这些信息却不足以让攻击者计算出密钥。D i ff i e - H e l l m a n算法通常称为公共密钥算法，但它并不是一 种公共密