网络安全

一、密码学

块密码：是一种对称密钥，是将报文处理为k比特的块，每块进行独立加密。块密码应用于多种因特网协议的加密中，包括PGP、SSL。

DES使用使用具有56比特密钥的64比特块，AES使用128比特块，能够用128、192以及256比特长的密钥进行操作

公开密钥加密：一方将自己的公钥发给另一方，另一方使用该公钥加密后，将加密数据报发回给他，他再通过自己的私钥进行解密。

1.1 RSA

是一种公开密钥密码，它广泛的使用了模n算术运算

但是它要求的指数运算相当耗费时间，因此将对数据加密转变为了对密钥加密，对密钥加密的就称为会话密钥。

1.2 报文完整性和数字签名

密码散列函数：MD5

确定收发双方身份，加上双方共享的鉴别密钥，通过密码散列函数进行加密之后得到的散列值为报文鉴别码（mac密钥）。

数字签名：私钥进行加密，公钥用来解密，确定签署人。引入了散列函数，将数据报的散列函数进行加密，减轻加解密开销。

公钥认证：将公钥与特定实体进行绑定，由认证中心完（CA）成

端点鉴别：一个实体经过计算机向另一个实体证明其身份的过程。ap4.0才用了在收发数据中添加不重复序号，防止入侵者冒充用户访问。

1.3 PGP

电子邮件加密方案，pgp允许用户选择是否对报文进行数字签名、加密报文，或同时进行数字签名和加密

1.4 SSL

安全套接字层（SSL）是TCP的强化版本，提供包括机密性、数据完整性以及端点鉴别的传输层安全服务。

过程：

握手

1. 客户发送它支持的密码算法列表，以及一个不重复数。
2. 从该列表中，服务器选择一种对称算法、一种公钥算法、一种MAC算法。它把自己的选择、证书以及不重复数返回给客户。
3. 客户验证证书，并提取服务器公钥，生成前主密钥，用服务器公钥进行加密，并将加密后的pms发送给服务器
4. 使用相同的密钥导出函数，客户和服务器独立的从PMS和不重复数中计算出主密钥（MS），再进行切片形成两个密码以及两个MAC密钥。客户和服务器之间的所有报文均被加密和鉴别。
5. 客户发送所有握手报文的mac，服务器发送所有握手报文的mac

 终止对话，在ssl类型字段中指出该记录是否用于终止该ssl会话。

1.5 IPsec

许多机构使用IPsec创建了VPN。

鉴别首部协议（AH）以及封装安全性载荷协议（ESP），AH提供源鉴别和数据完整性服务，ESP提供源鉴别、数据完整性以及机密性服务。esp协议使用更广泛

安全关联

在源实体向目的实体发送IPsec数据报之前，源和目的实体创建了一个网络层的逻辑连接，又称安全关联（SA）。如果两个实体之间需要互发数据，就要创建2个SA。

在上图中，路由器将维护有关SA的状态信息，包括：

• SA的32比特标识符，称为安全参数索引
• SA的初始接口（即200.168.1.100）和SA的目的接口（即193.68.2.23）
• 将使用的加密类型
• 加密密钥
• 完整性的检查类型
• 鉴别密钥

当它需要构建一个IPsec时，它会根据状态信息进行加密和鉴别。

一个IPsec实体在安全关联数据库（SAD）中维护其所有的SA状态信息。SAD在操作系统内核中是一种数据结构。

IPsec有两种分组形式，一种是隧道模式，一种是运输模式。

从一个普通IPV4数据报转换为IPsec数据报的过程：

1. 在初始的IPV4数据报后面附上ESP尾部
2. 使用算法和由SA规定的密钥加密该数据报
3. 在加密量前面加上ESP首部字段
4. 使用算法和由SA规定的密钥生成一个覆盖整个目前得到的数据报的鉴别mac
5. 该mac附加到整个数据报的后面
6. 最后，生成一个具有IPV4首部字段的全新IP首部，并将该首部加到数据报之前

在新加入的IPV4首部中的ip地址实际是位于隧道两端点的源和目的地路由器的接口，也就是200.168.1.100以及193.68.2.23。这个首部字段中的协议号不被设置为TCP、UDP或SMTP，而是被设置为50，表示该数据报是一个使用ESP的IPsec数据报。

解析：

• esp尾部包含了三个字段：填充、填充长度、下一个首部，填充是一段无意义的字节，使报文称为块的整数倍，下一个首部指的是载荷数据字段中数据的类型（如UDP）。载荷数据回合esp尾部一同加密
• ESP首部由两部分组成：SPI、序号。SPI字段指示接受实体数据报属于哪个SA，接收实体能够用该SPI索引其SAD确定适当的解密/鉴别算法和密钥。序号字段则是防止重放攻击

在R2接收到该IPsec数据报之后的处理过程：

1. 通过ESP首部中的SPI知道该数据报属于哪个SA
2. 计算MAC，与ESPmac作对比，确定数据报是否遭到篡改
3. 检查序号字段，确定该数据报是全新的
4. 使用与SA相关联的解密算法以及密钥解密数据报
5. 删除填充，并抽取初始的IP数据报
6. 将最后得到的IP数据报转发给真正的接收人。

另：SPD：安全策略库，在发送方的路由器中，SPD指示那些类型（协议类型）的数据报将被IPsec处理，并决定这些被IPsec处理的数据包应当使用哪个SA。