CISP-2-加密技术应用.ppt

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1、信息安全技术加密技术应用,中国信息安全产品测评认证中心（CNITSEC）CISP-2-加密技术应用（培训样稿）,提纲,密码知识简介对称密码体制及信息加密非对称密码体制及CA认证网络现状及安全问题分析网络发展趋势TCP/IP网络安全问题分析VPN技术综述MLPS、SSL/TSL、L2TP、PPTP、IPSecIPSec VPN技术IPSec实现机制IPSec VPN系统的实施,第一部分,密码学基础知识,信息加密的基本模型,三要素：信息密文、密钥、信息密文C=En(K，P)现代密码学理论，“一切秘密存在于密钥之中”,密钥(K),密码算法,信息明文(P),信息密文(C),传输或存储,Alice,Bo

2、b,Oscar,关于密码体制更严格的定义,密码体制:它是一个五元组（P,C,K,E,D)满足条件：P是可能明文的有限集；（明文空间）C是可能密文的有限集；（密文空间）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间）任意kK,有一个加密算法eKE和相应的解密算法d k D，使得eK:P C和dK:C P分别为加密解密函数，满足dk(ek(x)=x,这里x P。加密函数ek必须是单射函数，就是一对一的函数。若P=C，则ek为一个置换。好的密码算法是唯密钥而保密的。若使用相同的密钥，这个加密体制为对称的，否则称为非对称的。,密码分析和破译,假设破译者Oscar是在已知密码体制的前提下来破译Bob使用的密钥

3、。这个假设称为Kerckhoff原则。最常见的破解类型如下：唯密文攻击：Oscar具有密文串y.已知明文攻击:Oscar具有明文串x和相应的密文y.选择明文攻击：Oscar可获得对加密机的暂时访问，因此他能选择明文串x并构造出相应的密文串y。选择密文攻击:Oscar可暂时接近密码机,可选择密文串y，并构造出相应的明文x.5.这一切的目的在于破译出密钥,密码体制分类,对称密码体制：加密和解密的密码算法和密钥相同C=En(K，T)T=Dn(K，C)，En、Dn相同K和C具有相同的样本空间典型代表：伪随机序列、DES、RC5、RC6非对称密码体制：加密和解密的密钥不同C=En(Ke，T)T=Dn(K

4、d，C)，Ke、Kd不同且不能相互推导K和C具有相同的样本空间典型代表：RSA、DSA、椭圆曲线单向散列函数：作用于一任意长度的消息M，返回固定的散列值hh=H(M)或 h=H(K，M)M的样本空间一般大于h的样本空间典型代表：MD5、SHA,DES简介,DES利用56比特串长度的密钥K来加密长度为64位的明文，得到长度为64位的密文。分三个阶段实现：给定明文X，通过一个固定的初始置换IP来排列X中的位，得到X0。X0=IP（X）=L0R0其中L0由X0前32位组成，R0由X0的后32位组成。计算函数F的16次迭代,根据下述规则来计算LiRi(1=i=16）Li=Ri-1,Ri=Li-1 F(

5、Ri-1,Ki)其中Ki是长为48位的子密钥。子密钥K1，K2，K16是作为密钥K（56位）的函数而计算出的。对比特串R16L16使用逆置换IP-1得到密文Y。Y=IP-1（R16L16）,一轮迭代图示,在Ki的作用下共进行16轮迭代,Li-1 Ri-1,F,+,Li Ri,Ki,DES的F函数,A=R(32 bits),J=K(48 bits),E,E(A)为48 bits,+,B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8,P,32 bits F(A,J),B,写成8个6比特串,E为32到64比

6、特的扩展每个Sj是一个固定的416矩阵，它的元素取015的整数P为固定置换,Ki的生产,K是长度为64的位串，其中56位是密钥，8位是奇偶校验位PC-1为固定置换,K,PC-1,C0 D0,LS1,LS1,C1 D1,LS2,LS2,LS16,LS16,C16 D16,PC-2,PC-2,K1,K16,3DES,Tuchman给出双密钥的EDE模式（加密-解密-加密）：C=EK1(DK2(EK1(P)对P加密 P=DK1(EK2(DK1(C)对C解密这种替代DES的加密较为流行并且已被采纳用于密钥管理标准（The Key Manager Standards ANSX9.17和ISO8732).

7、,E,D,E,D,E,D,C,B,A,P,P,A,B,C,K1,K2,K1,K1,K2,K1,加密,解密,RSA密码体制,RSA由Rivest,Shamir和Adleman在1978年提出，数学基础是Euler（欧拉)定理，建立在大整数因子的困难性之上。实现的步骤如下：Bob为实现者(1)Bob寻找出两个大素数p和q(2)Bob计算出n=pq和(n)=(p-1)(q-1).(3)Bob选择一个随机数e(0e(n)，满足（e，(n)）1(4)Bob使用辗转相除法计算d=e-1(mod(n)(5)Bob在目录中公开n和e作为她的公开钥。密码分析者攻击RSA体制的关键点在于如何分解n。若分解成功使n

8、=pq，则可以算出(n)（p-1)(q-1)，然后由公开的e，解出秘密的d。（猜想：攻破RSA与分解n是多项式等价的。然而，这个猜想至今没有给出可信的证明！）,RSA实例,若Bob选择p=101和q113，那么，n=11413,(n)=10011211200；而1120026527，一个正整数e能用作加密指数，当且仅当e不能被2，5，7所整除（事实上，Bob不会分解(n)，而且用辗转相除法（欧式算法）来求得e，使（e,(n)=1)。假设Bob选择了e=3533，那么用辗转相除法将求得：d=e-1 6597(mod 11200),Bob的解密密钥d=6597.Bob在一个目录中公开n=11413

9、和e=3533,现假设Alice想发送明文9726给Bob，她计算：97263533(mod 11413)=5761且在一个信道上发送密文5761。当Bob接收到密文5761时，他用他的秘密解密指数（私钥）d6597进行解密：57616597（mod 11413)=9726,单向散列函数MD4,MD4：给定一个消息比特串x，使用如下算法来构造M：设d=447-(|x|(mod 512)l表示|x|(mod 264)的二进制表示,|l|=64M=x|1|Od|l 在M的构造中。在x后面附上一个1，然后并上足够多的0使得长度变成模512（=29）与448用余的数，最后并上64bit的l，它是x的长

10、度的二进制表示。（注意：若必要的话，用模264约简）。易见，512|1M。将M表示成阵列形式：M=M0M1MN-1其中每一个Mi是一个长度为32bit的串且N0（mod/6）我们称每一个Mi为一个字。,消息摘要的构造,构造关于x的128bit的消息摘要的算法描述如下：1给出寄存器A，B，C，D，第一步初始化：A=67452301（16进制）B=efcdab89（16进制）C=98badcfe（16进制）D=10325476（16进制）2对i=0到N/16-1做：3对j=0到15做Xj=M16i+j每次处理陈列M的16个字！4AA=A，BB=B，CC=C，DD=D5轮1；6轮2；7轮3；8A=A

11、+AA，B=B+BB，C=C+CC，D=D+DD消息摘要为A|B|C|D128bits!,数字签名与验证,数字签名随文本的变化而变化，而手写签字反映某个人的个性特征，是不变的；数字签名与文本信息是不可分割的，而手写签字是附加在文本之后的，与文本信息可以是分离的。数字签名机制提供了一种鉴别方法，以解决伪造、抵赖、冒充和篡改等安全问题。采用一种数据交换协议，使得收发数据的双方能够满足两个条件：接收方能够鉴别发送方所宣称的身份；发送方事后不能否认他发送过数据这一事实,签名验证过程,摘要,MIC,摘要,MIC,摘要,摘要,公开密钥,秘密密钥,第二部分,网络现状及安全性分析,企业网的现状,视频网,VOI

12、P语音网,数据网,VPN网,因特网,WEB 服务器,便携机,企业网互连需求,视频网,VOIP语音网,数据网,VPN网,因特网,WEB 服务器,便携机,快捷，按需，廉价，安全可靠,企业网互连的趋势,商业伙伴/客户,企业总部网,分支机构,路由器,路由器,路由器,远端用户,建立基于公用网的 VPN 虚拟专用网络,Internet 提供快捷,按需,廉价,安全可靠？,应用,TCP,IP,UDP,IP 的操作流程,应用,TCP,IP,UDP,传送IP 报文,IP 网潜在安全问题,是谁在网的另一端？,IP-VPN 网涉及的安全问题,假IP 地址,假IP 地址,中间人攻击 The man-in-the-mid

13、dle,诈骗 Spoofing,会话偷换 Session hijacking,电子偷听 Sniffing,这网点是不是真的？,是谁在网的另一端？,你的系统易受攻击吗？,超过 18 个主要操作系统，路由器，打印机等等发现存在TCP/IP 缺陷 Ping of Death.发送过分大的数据包至使系统超过负荷而崩溃。,IP网络安全问题的根源,我们要保护什么呢？,基于网络层的安全,applications,Presentation,Session,Physical,Transport,Link,S/MIME,SET,Secure RPC,SSL/TLS,-,应用,Presentation,会话,物理,

14、传输,链路,PPP CHAP/EAP L2TP/PPTP,IP SEC,OSI 层的安全,网络,Network,MPLS：多协议标签交换,由IEFT提出，并得到以Cisco为主的网络设备供应商的支持，解决IP网络中数据报的快速交换、和传输质量(QoS)对IP报进行“标签处理”，路由/交换时不再基于IP地址，而是基于该“标签”进行，从而大大提高传输速率一般由网络服务商提供，并由服务商设定标签路由分组及访问控制,根据标签进行快速路由和交换,普通IP报以普通方式进行路由和交换,PPTP：点到点隧道协议,由微软最先提出，提供PPTP客户机和PPTP服务器之间的加密通信 对PPP协议进行二次封装采用RS

15、A、RC4密码算法完成身份认证及数据加密仅在PPTP客户端和PPTP服务器之间提供安全机制，仅同时支持一个PPTP连接,PPTP服务器,L2TP:二层隧道协议,以网络厂商为主提出，在IP网络或分组网络中直接建立安全的IP连接基于TACACS+、RADIUS进行身份认证引入二层传输序列号，防止数据报丢失仅对控制信息进行加密处理,LNS,PSTN,LNS,L2TP Network Server,IETF(因特网工程工作组)为 IP 网络层制订的安全标准。强制包含在 IPv6 版本在IPv4 版本可选择的,互联网安全协议,解决方案,IPSec,RFCs IPSec协议(1998年11月),RFC 2

16、401:Security Architecture for the Internet Protocol RFC 2402:IP Authentication header(AH)RFC 2403:The Use of HMAC-MD5-96 within ESP and AHRFC 2404:The Use of HMAC-SHA-1-96 within ESP and AHRFC 2405:The ESP DES-CBC Cipher Algorithm With Explicit IVRFC 2406:IP Encapsulating Security Payload(ESP)RFC 24

17、07:The Internet IP Security Domain of Interpretation for ISAKMPRFC 2408:Internet Security Association and Key Management Protocol(ISAKMP)RFC 2409:The Internet Key Exchange(IKE)RFC 2410:The NULL Encryption Algorithm and Its Use With IPsecRFC 2411:IP Security Document RoadmapRFC 2412:The OAKLEY Key De

18、termination ProtocolRFC 2451:The ESP CBC-Mode Cipher Algorithms(3DES,CAST,IDEA,RC5,BF)RFC 2393:IP Payload Compression Protocol(IPComp)RFC 2394:IP Payload Compression Using DEFLATE RFC 2395:IP Payload Compression Using LZSRFC 2104:Keyed-Hashing for Message Authentication,在研讨中的 IPSec v2版本草案,draft-ietf

19、-ipsec-pki-req-01:PKI Requirements for IP Securitydraft-ietf-ipsec-isakmp-xauth-03:Extended Authentication Within ISAKMP/Oakleydraft-ietf-ipsec-isakmp-hybrid-auth-01:A Hybrid Authentication Mode for IKEdraft-ietf-ipsec-isakmp-mode-cfg-04:The ISAKMP Configuration Methoddraft-ietf-ipsec-policy-model-0

20、0:IPSec Policy Data Modeldraft-ietf-ipsec-vpn-policy-schema-00:An LDAP Schema for Configuration and Administration of IPSec based Virtual Private Networks(VPNs)draft-ietf-ipsec-secconf-00:Secure Configuration of IPsec-Enabled Network Devicesdraft-ietf-ipsec-sps-00:Security Policy Systemdraft-ietf-ip

21、sec-spsl-00:Security Policy Specification Languagedraft-jenkins-ipsec-rekeying-00:IPSec Re-keying Issuesdraft-ietf-ipsec-mib-02:IPSec Monitoring MIBdraft-ietf-ipsec-icmp-handle-v4-00:IPv4 ICMP messages and IPSec security gatewaysdraft-ietf-ipsec-icmp-options-00:Options for handling ICMP messages tha

22、t must be forwardeddraft-ietf-ipsec-auth-hmac-ripemd-160-96-02:The Use of HMAC-RIPEMD-160-96 within ESP and AHdraft-simpson-desx-02:The ESP DES-XEX3-CBC Transformdraft-rogers-cbc-mac-00:Use of Block Ciphers for Message Authenticationdraft-ietf-ipsec-dhless-enc-mode-00:A DH-less encryption mode for I

23、KE,传输模式(Transport Mode),应用,TCP,IP,UDP,应用,TCP,IP,UDP,AH,IP,AH,IP,隧道模式(Tunnel Mode),应用,TCP,IP,UDP,应用,TCP,IP,UDP,AH,IP,AH,IP,IPSec 的主要元素,安全参数索引(SPI),序列号(SN),下个报头,报文长度,保留,安全参数索引(SPI),序列号(SN),认证数据,AH 使用的散列法,密钥提议,ESP使用的加密算法,密钥提议,散列法算法，密钥的提议,加密算法，密钥的提议,密钥有效期,SA有效期,SA源地址,密钥更换期,加密算法是否有用同步密码,认证报头AH,封装安全报文ESP,

24、互连网密钥交换IKE,AH:认证报头,原始报文,RFC 2402IP Authentication Header,ESP:封装安全报文,原始报文,RFC 2406IP Encapsulation Security Payload,IPSec VPN系统中的两个重要组件,SPD（安全策略数据库）决定了为一个包提供的安全服务系统安全的灵魂策略管理（添加、删除、修改）应方便、安全（集中管理）SADB（安全联结数据库）由 IPSec SA组成具体实施安全服务,IPSec SA(Security Association),决定要保护什么数据包，怎样保护，由谁保护（单向）SADBSA的创建和删除：手工、自

25、动在实际运行的VPN系统中，最好采用自动的方法IKE(Internet Key Exchange),IKE协议（RFC2409）,目前最完善的、灵活的和健全的自动密钥管理协议不仅可以为IPSec协商安全联结，还可以用于OSPF、RIPv2。混合协议：ISAKMP、OAKLEY、SKEME,IKE交换的阶段与交换模式,ISAKMP消息头,ISAKMP 载荷头,IKE协议提供的安全性,抗拒绝服务攻击：cookie抗抵赖：签名安全密钥交换：Diffie-Hellman抗中间人攻击：对前面的所有消息进行验证身份认证身份保护完美向前保护（PFS）,IKE验证方法,PSKRSA SignatureDSS

26、SignaturePublic key authenticationRevised Public Key Authentiation,发起者,响应者,SA,Vendor ID,SA,vendor ID,(icookie,0,0),(发起者cookie,响应者cookie,msgid),(icookie,rcookie,0),HDR,KE,nonce,HDR,KE,nonce,certreq,HDR*,IDii,CERT,SIG_I,HDR*,IDir,CERT,SIG_R,HDR*，散列1，SA，Ni,KE,IDci,IDcr,Icookie,rcookie,xxxx),HDR*，散列2，SA

27、，Nr,KE,IDci,IDcr,HDR*，散列3,阶段一完成,阶段二完成,IKE 协商过程,主模式的三四条消息完成后，双方要计算一系列的秘密:1、SKEYID:后续所有密钥生成的基础2、SKEYID_d:用于为IPSec衍生出加密密钥的材料3、SKEYID_a:用于为IKE消息的完整性和数据源身份的验证4、SKEYID_e:用于对IKE消息进行加密对于数字签名：SKEYID=prf(Ni_b|Nr_b,gxy)对于公共密钥加密：SKEYID=prf(hash(Ni_b|Nr_b),CKY-I|CKY-R)对于共享密钥加密：SKEYID=prf(pre-shared-key,Ni_b|Nr_b

28、)SKEYID_d=prf(SKEYID,gxy|CKY-I|CKY-R|0)SKEYID_a=prf(SKEYID,SKEYID_d|gxy|CKY-I|CKY-R|1)SKEYID_e=prf(SKEYID,SKEYID_a|gxy|CKY-I|CKY-R|2),IKE的密钥生成,Aggressive Mode,Why need Aggressive mode?1、当必须使用PSK，而且是远程访问时 2、当发起者知道响应者的策略，速度快共三条消息：,HDR，SA，KE，Ni，IDii,HDR，SA，KE，Nr，IDir，HASH_R,HDR,HASH_I,为了实现互通，IKE协议规定所有的

29、实现必须支持：DES-CBC加密算法(事实上，由于single DES的安全性问题，现在基本已被3DES取代)MD5和SHA散列算法预共享密钥的验证方法MODP组一（768bit）,IKEv2,新的标准将在今年的12月左右确定主要解决的问题包括：1、支持 NAT(NAPT)Traversal 2、支持 SCTP 支持新的算法 AES-CBC,AES-MAC,SHA-2,以及一个更适合采用硬件实现的快速模式的AES算法。IKE MIB 方面的一些标准和文档的制定对ESP的序列号进行扩展6.对IKE密钥更新过程进行标准化,IPSec 的操作流程,applications,TCP/UDP,IP,Et

30、hernet/PPP,IPSec,IP,applications,TCP/UDP,IP,Ethernet/PPP,IPSec,IP,安全策略:口令认证法,可在使用证书处使用IKE 的一部分用户键入口令建立连接 网关中有下述一张表：,使用口令建立隧道,使用共享的口令来进行隧道认证,私用IP 地址：登录企业网,登录 Internet ISP 分配 IP 地址：,IP 地址：,总部局域网,CA 证书和公钥结构(PKI),数字证书/用户，网点由可信的认证机构(CA)签名 公开密钥和私有密钥 X.509 标准,使用 CA 证书 建立隧道,使用公开密钥结构进行隧道认证,检验保密口令,输入保密口令或 PKCS11 兼容令牌,总部局域网,安全IPSec-VPN 产品选型,IPSec 标准线速率/延迟通信会话易用性和可管理性支持CA 证书冗余备份,中国信息安全产品测评认证中心对外办公地点：北京西三环北路27号互联网址：电话：68428899传真：68462942,问题？,