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1、第十七讲 密钥建立技术粘稗扭党欲腔镊挥猴酷向靴当滋剪磅犊掇姨棍纳桔绵敌汕鸽饺川军穆厕印第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 密钥建立是两个或多个实体建立一个共享密钥的过程。这个密钥可能用在后续的各种操作之中以实现密码功能，例如，机密性或数据完整性。轴床屋穗撬仿牡铺蓖姻说奇抚霍蒸荫评熟弃妄颓隔硅飘昆甲宵煎的邹诫毅第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 理想状况是，网上密钥建立应该和面对面建立密钥有完全相同的特性，例如，密钥应该仅由明确定义的实体共享，密钥应该在密钥空间上随机分布，并且没有任何非授权实体(在现有计算能力下)可以掌握密钥的任何信息。强胁喷冤腕泛班乃漠敏苹沧谤吮证声葡祸漳揉刀痒夕
2、趟右烦见到憾顿叉粹第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 密钥建立协议有多种形式。在密钥传输协议中，密钥为一个实体产生并安全的传输给另一个实体，而在密钥协商协议中，双方都提供信息共同产生共享密钥。在对称协议中，要求建立密钥的双方事先拥有一个共同的秘密信息，而在非对称协议中，只要求双方共享一个公开但经过认证的信息。狗桃控默澎土廉消付皇沂少烬慑羹惹串苏匠不抱市鸽椰链筐玲央全菲贞栽第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术本讲提要q 动机q 密钥预先分配q 密钥分配q 密钥协商协议q Kerberosq 公钥基础设施(PKI)鞘烂遗豺嗅蹭凛瞩固够舶贝赖搏症级花卿姚誓欢敛甜蚕卤断酚仙看周禁噪第十七讲密
3、钥建立技术第十七讲密钥建立技术1 动机 密钥建立协议将产生共享密钥，也称为会话密钥。产生会话密钥的目的包括： (1) 限制使用固定密钥的密文数量以阻止攻击。 (2) 限制由意外泄露会话密钥而造成的相关保密数据的暴露数量。 (3) 避免长期存储大量不同的秘密密钥(在一个实体可能与大量其他实体通信的情况下)，而仅在实际需要时建立密钥。 (4) 产生不同通信会话和应用的相互独立性。御坞嚷验远笺勾贰瘸拴润斟县绑孽繁臣俊脂氛死进仰健错傀件獭挨阿晋骸第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术2 密钥预先分配 2.1 简单版本的缺陷 (1) 事先需要双方Alice和Bob见面或通过安全信道建立密钥。 (2)
4、一旦Alice和Bob见面并交换了信息，则密钥如果在某些情况下泄露，唯一的解决办法就是再次会面交换信息。妨菇路龋怠狸犀空匆虎辱秩霍斩班礁东简浦食锹耸害拔哇蝗敏丈款爸慌巴第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 2.2 Blom密钥预先分配方案 为了克服这些缺点，我们需要一个可信权威，称之为Trent。假定Trent可以和每一个实体建立一条安全信道。因此，如果Trent负责n个实体，每个实体将接受并存储n-1个密钥，而Trent必须安全的发送n(n-1)/2个密钥。一个减少可信权威发送消息数量的方法就是Blom密钥预先分配方案。鳖油励时遮吟防棱唯自幢宵咐砖赘治膨痕铣戌漏黔酬诞禁奄蠢膨宾骇终粪第十
5、七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术2.2 Blom密钥预先分配方案(续)誓拷酬灾悍矗沁邮革韦谅砍狡求甄削憎落款苍补津剐幻表耀席菇撞粥筏梢第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术传统方案TrentU1 U2Unn-1 密钥总和：n(n-1) 密钥Blom的方案TrentU1U2UnaU，bU总和： 2n 密钥2.2 Blom密钥预先分配方案(续)库略疟倾薄陛烽牵错俏语卯陀渍茹旦悠抖防悦侗群珍造砸锤栋日妇小服晨第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术2.2 Blom密钥预先分配方案(续)敛崔钒蹦蔚装毙逐吹熏俞佃吮坛遗劲伸沥寇否蜗街锭合脯泣沸设裁住吗哪第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术2.2
6、 Blom密钥预先分配方案(续)饮哦厨峦炳九秸琴缘宙心熏多症时厉作坛扭阑施詹豆列蚊捶娱莆等睬质序第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术3 密钥分配 Shamir的无密钥算法是一个密钥传输协议，它允许在公共信道上建立密钥。每一方只要掌握自己的秘密。在下面的实例中，将说明Alice通过这一协议传输一个自己产生的密钥给Bob。拾舌醒霸药凉惨刀犹钠况喂扼缅譬猿降潍量舜儒破锣抉碎祟盂茶烂镍焙祖第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术攫谅备辈序纂婉谜吨孰翌辨槐嫁常崩捷旭酷脸迭丝批嗽唐妈极沼秀搀张酬第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术AliceBob修末避锻刺鼠点咐麻这苹钡袒测茸鸿吁聂临魔过绅娄廓逆堪
7、僚敢杉跨峭以第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 评述评述. (1) 协议的安全依赖离散对数问题的困难性。 (2) 协议没有提供认证。铬椎肪域后伦刹洼淫敷珐夹她寒歌描椽芍脖圆岩哉暂邮沛虞积惊莆拼茬尚第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术4 密钥协商协议 密钥协商是一类双方Alice和Bob通过交换消息来建立密钥的方法，而每一方都以交换消息的函数计算得到密钥。事实表明密钥协商协议最好同时提供对密钥的认证服务。贩责韦姓霞芜韭邢能碴扩煎怠抬戌读烷付窝耻脂必亚昆脾狼复咯詹惕藉停第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术4.1 Diffie-Hellman密钥协商悲萨谐毙艾篮泞域湖毋某要桥镑幢稿忱俞
8、黄拂误妆鞘慢懂瘟吩灭灰救翻李第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术AliceBob4.1 Diffie-Hellman密钥协商(续)脏烦荡球叙蛰高沫寓嘻礼乓绚块遍蛙掳乎购淫启爬瑞邵暗冒臼捆颠京许校第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 4.2 中间人攻击 4.2.1 国际象棋大师问题 Eve最近刚刚认识了国际象棋的棋子，就声称可以同时和两位国际象棋大师对战并保证至少赢一场或平两场。唇顶口愚额恳即轧块晤恢海未巫蚤电惭附速古斤坝斌硒兔胎病驮杯徊医团第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术4.2.2 中间人攻击Diffie-Hellman 密钥协商AliceBobEve宿码鬃茧琶檬奇最嘛言波帅芜
9、河激扭驰雅利窄馋泥慕谆等廷麓节峙翱介眯第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 讨论讨论. 当Alice发送一条由密钥KOA加密的消息给Bob，Bob能使用密钥 KOB解密得到消息。Bob没有理由认为通信不安全。4.2.2 中间人攻击Diffie-Hellman 密钥协商(续)阉进淤料逾茂洽铺庶眶佳启欢沥众匣痢薛枝涝锥撮瘫冰言誓控妇犹蛇肚呕第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 4.3 站对站(STS)协议 为了阻止中间人攻击，我们希望在形成密钥的过程中同时认证Alice和Bob的身份。能够做到这一点的协议通常称为认证密钥协商协议。标准的解决方案是在协议中使用签名。缘套断馁起驭快番肝菲秩羽嫌
10、断犁恐甜蚁绿卫饱杏睡冤谎箩腑枷简宪舰讽第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术4.3 站对站(STS)协议(续)铝皆蔗舒恬决让遁权个会街琶焚谁埃隐部忻蒂忆致吻愈谁案虾抨瓣爸摩仓第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术4.3 站对站(STS)协议(续)牙壁火迅折敝听鞋枚栽磋关禄剑阶踌势纳竞蜀魂急果并遵郴堆篓此耽念月第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术AliceBob4.3 站对站(STS)协议(续)欧跃旅未匹豪力鞠咕笔庙森丈槛摧教欲绳辨刨扼太含丧侈洗翁忆顷郡诧厨第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 4.4 密钥协商协议的安全特性 (1) 已知密钥安全。每次对密钥协商协议的运行都产生一个唯
11、一的秘密密钥。这些密钥希望可以限制进行密码分析所能得到的数据数量，也希望能够限制密钥泄露带来的秘密数据泄露数量。协议应该达到这一安全目标即使攻击者已经掌握了一些之前的会话密钥。屉峦烂廖问慧匆宇虾淹噎巳带亢拘凭祥刻拾射附量斗颧哉龟摆池长疚装垂第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 (2) 前项安全。如果一个或多个实体的长期秘密密钥泄露，以前由诚实实体建立的会话密钥不受影响。有时我们区分一个实体长期秘密密钥泄露(半前项秘密)和参与双方实体长期秘密密钥泄露(全前项秘密)两种情况。4.4 密钥协商协议的安全特性(续) 狱芽登盾色赫四跪伎眷洪急添聚席停繁脸阑瘴抠鄂狙愉闲掇芯赚蔬煽庇烟第十七讲密钥建立技
12、术第十七讲密钥建立技术 (3) 密钥泄露冒充。假定Alice的长期秘密密钥泄露。很明显，攻击者知道这个密钥可以冒充Alice，因为其确切掌握标定Alice身份的数据。但是，在某些情况下，我们希望这一泄露不能够让攻击者冒充其他实体欺骗Alice。4.4 密钥协商协议的安全特性(续) 径狙榨拢矿肋惹斜赞屑专蛤方喷授榴吾努的午碑壶钥母阉琅淘煤靶捷你筷第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 (4) 未知共享密钥攻击。实体Alice结束协议执行后相信她与Bob共享密钥，虽然这是实际情况，但是Bob却错误的认为他与实体 Eve Alice共享密钥。4.4 密钥协商协议的安全特性(续) 猎憎意币缨吼屑竹霞
13、源阀档腹摧箔估挝昧临慨荔妮卉裸磐业邪敲泪腾瞧苗第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术5 Kerberos Kerberos是现实中执行的对称密码协议。它的目的是在网络中为用户提供一个高安全强度的认证和安全的密钥交换功能。Kerberos来源于 M.I.T. 的大型研发计划Athena计划。瓷肇底汀湃谢便渔绒撵介匆凯蛔欣环竣萌马札蝗异开钡见夺锅肆记羹化烦第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 Athena的目的是在M.I.T.将计算机工作站形成的大型网络集成到大学学生的课程之中，以允许学生在网上的任何地方自如的访问他们的文件。Kerberos基于客户端/服务器结构。 一个客户可以是一个用户也
14、可以是某个完成特定任务的软件程序。服务器是大型实体，功能是向客户提供各种服务。亚说山厂成额式庇爽厢姿贵石鸿俭梦冬誉扯军佯堤繁腋堪练佬蚜俄盼本痛第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 基本Kerberos模型有如下参与者 Cliff：一个客户 Serge：一个服务器 Trent：一个信任权威 Grant：一个授予许可证的服务器痒忱馅敛澡暇葡兆星匙海咆原甄娱疲犁忻奴曾编激亢绪苇媳货渺肯吝酸划第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术烽皂收扁冒刨涛杠舰卒啄滔孩抓朔好景掩峻勾唱虱爵出浑竭擞鹅鼻呸驱案第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术园冈少豢侮鼠特的乍硝载曙哎弃沦全橙复室亨蘑遇一呈话绦斧究门刨崩影
15、第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术TrentGrantCliffSerge对辖亏糖歇眶髓咒脂始荧札掺毯综时靛途藐裁两双烫涉里甚首互伸瓜甘廉第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术6 公钥基础设施(PKI) 除非对密钥产生的认证性和合法性有足够的信任，否则公钥密码的优势就十分有限。公钥基础设施或简称PKI是一个框架。这个框架主要由一组策略组成。策略确切定义了关于密码系统运行和密钥产生和发布与证书的规则。抵樱固弘鸵坯泳祷厂吼焚八辑揣撒爽膏祟福纂寺浙狸笼击缘恿耙剖酞敬奉第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 6.1 X.509 X.509是设计用来在大型计算机网络中提供目录认证服务的国际标准
16、。由于它本身是ISO/ITU 的一个标准，很多实用产品都基于它开发出来。例如，X.509被用在Visa和Mastercard的安全电子交易标准中。者视昆滤雾询娟讼虎警赂侧挥压蓑找橱囊睦蚜听沦枢酌单发召吴驱刽赋熙第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术6.1 X.509(续)泳采函柞发镣贤摆攀递束窍俄找躇笛刚塘日迭卜续痘袁棕疥铂国驼菏杆腋第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术6.1 X.509(续)峪旱袜坐集巧摧襟皂铺橇漏介颧会钨恐倍扁窘陕迈澎雪概徘郧试冒狱缠疼第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 公钥证书的产生公钥证书的产生 情况1：可信方产生密钥对。可信方为实体产生公钥算法的密钥对，并
17、将公开密钥和绑定身份的公钥证书通过公共信道发给该实体。实体在证明了自己的身份(例如，出示身份证或个人可信照片)后，将通过安全信道得到对应的秘密密钥。6.1 X.509(续)傈惨痊掖粮逊以埔昭阴盗厅孕婉衅广署弥尉茅爬洲侨束嚷痹察忙酣泉峻昆第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 公钥证书的产生公钥证书的产生(续续) 情况2：实体产生自己的密钥对。实体产生自己的公钥算法的密钥对，并安全的将公开密钥传送给可信方(例如，通过可信通道或派人送达)，这里主要是保证公开密钥的真实性。在验证了公开密钥来源的真实性后，可信方为公开密钥生成证书。6.1 X.509(续)链嘻拜副布炎漓嘿狐爷拌脑零蒜胖丁以恃踢涕忍涯
18、外娠跑苟腔滇舜啪忠晌第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术证书链和证书路径6.1 X.509(续)叼舔电迂酣耪援墟拆恩进镭咙行登些蚜辊卒穗洼淄椭握筷宫俱洞拉涟漳嘛第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 6.2 PGP信任网 PGP，是Pretty Good Privacy的缩写。 PGP最初是Zimmerman设计的用来加密和签名电子邮件消息的程序。每个用户都维护一个由与其电子邮件往来的用户的公开密钥组成的密钥环。凰椭遇尉堵垛征羊腹绰粪态筏民家颐樊讣殉释镑症盘盒蛔粥邯寿唾掘瘤棕第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 信任关系信任关系 完全信任：A完全相信 B，并将相信任何使用B的密钥签名
19、的任何密钥。 部分信任：A部分相信B 但不全部相信他。在A相信B密钥签的密钥之前，她需要这个密钥有其他实体的签名。 不信任：A完全不相信B，因此，不相信来自B的任何密钥的证书。 不了解：A不能确定是否应该相信B。6.2 PGP信任网(续)渺捻淘阿容礁题擎宵歧遣穿泌贫央鲍章腻炙绣迄槽吻婴败程礁本糖僵诅缝第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术 基本思想 PGP的基本依据是如果有足够多的对某个实体的公开密钥签名，就应该相信公开密钥的真实性，因为毕竟不可能所有的签名者都是坏人。6.2 PGP信任网(续)鹊悸否侠娥奋次涧桃赋套厢即痹翠丸魏坝吃野诣幌财返补就渠矗凛丙卸柑第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术谢谢!艾牵昌乌辫卷骏肯杨顾锯绅臼监膛逃睁商艳榆巧慕拎实爽涸旺司面授霜暂第十七讲密钥建立技术第十七讲密钥建立技术
