2019-2020学期 20192404 《网络空间安全专业导论》 第十二周读书笔记

第10章 密码学及应用

10.1 密码学的概念及发展历史

10.1.1 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，密码分析学是研究破译密码获得消息，或对消息进行伪造。

10.1.2 密码学的发展历史

• 第一阶段：从古代到19世纪末，密码学发展早期的古典密码（classical cryptography）阶段。
• 第二阶段：20世纪初到1949年，近代密码学的发展阶段。
• 第三阶段：1949-1975，近代密码学的早期发展阶段。
• 第四阶段：自1975年至今。1976年是密码学历史上的一次变革，标志着密码学进入公钥密码学的新时代。

10.2 密码算法

• 密码按其功能特性主要分为三类：对称密码、公钥密码和安全哈希算法

10.2.1 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。

10.2.2 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。

10.2.3 哈希函数

• 哈希函数：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。
• 哈希函数是将任意有限长度的比特串映射为固定长度的串。
• 哈希函数的特点：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。

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10.3 网络空间安全中的密码学应用

• 网络空间安全中的密码学应用：
  1）机密性保护问题
  2）完整性保护问题
  3）可鉴别性保护问题
  4）不可否认性保护问题
  5）授权与访问控制的问题

10.3.1 公钥基础设施

1. 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。
2. 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。
3. 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。

4. 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
5. 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。
   数字证书主要包括三部分内容：证书体。签名算法以及CA签名数据。

• 证书体一般包含以下内容：
• 版本号
• 序列号
• 签名算法标识
• 签发者
• 有效期
• 主体名
• 主体的公钥
• 发行者唯一识别符
• 主体唯一识别符
• 扩展域
  证书库：主要用来发布/存储数字证书和证书撤销列表

6. 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。
7. 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。
8. 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。
   PKI技术的发展： 属性证书，漫游证书，无线PKI。

10.3.2 虚拟专用网

1. 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。

2. 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

3. VPN的工作原理及关键技术：
   （1）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。
   主要有三种隧道协议：
   1）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。
   2）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。
   3）第四次隧道协议：在传输层进行数据封装。
   （2）加解密技术
   （3）使用者与设备身份认证技术
   （4）IPSec技术

   • 认证头协议（AH）
   • 封装安全载荷
   • 安全关联
   • Internet密钥交换

   （5） 安全套接层（SSL）技术

   • 记录协议
   • 更改密码协议
   • 告警协议
   • 握手协议

4. VPN的三种典型应用方式：

• 远程访问VPN
• 内联网VPN
• 外联网VPN

10.3.3 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：
  1）PMI主要进行授权管理，证明用户有什么权限、能干什么。
  2）PKI主要进行身份鉴别，证明用户身份。
• PMI应用的结构：
  1）访问者、目标
  2）策略
  3）授权检查
  4）访问控制决策点