文章目錄

• • 第一部分 安全協議基礎
  • • 第一章 概述
    • • 1.1 Internet協議與安全需求
      • 1.2 密碼學回顧
      • 1.3 邏輯學回顧
    • 第二章 安全協議
    • • 基礎概念
      • 協議實例
  • 第二部分 常見的安全協議
  • • 第三章 Kerberos
    • • Kerberos 協議原理
      • Kerberos v5
      • Kerberos 協議優缺點
    • 第四章 PGP&CSP
    • • PGP
      • CSP（不考）
    • 第五章 SET
    • • SET簡介
      • 雙重數字簽名
      • SET流程
    • 第六章 IPSEC
    • • IPsec概念
      • IPsec機理
      • IPsec應用
    • 第七章 SSL
    • • SSL概念
      • 基本過程
  • 第三部分 安全協議分析
  • • 第八章 BAN
    • • BAN邏輯概念
      • BAN邏輯框架
      • 案例分析
    • 第九章 Commsp
    • • CSP基礎
      • 案例分析

第一部分 安全協議基礎

第一章 概述

1.1 Internet協議與安全需求

• 信息系統安全范圍：物理安全，計算機安全，網絡安全
• 信息安全的目標：保密性，完整性，可用性——CIA
• 攻擊類型：Interruption（攔截），Interception（竊聽），Modification（篡改），Fabrication（偽造）
• 網絡安全需求：
  • 身份鑒別
  • 訪問控制
  • 可用性（3A）
  • 數據機密性
  • 數據完整性
  • 抗否認性
• 常見安全協議：
  • Kerberos協議：解決分布式場景下的安全認證與授權問題
  • IPSEC：解決IP層的安全加固問題
  • SSL/TLS協議：解決傳輸層的安全加固問題
  • SET協議：提供安全支付的一種經典問題解決方案
  • PGP協議：無政府狀態下的互聯網信任安全問題解決方案
  • CSP： 提供一種電子合約簽訂的解決方案

1.2 密碼學回顧

• 加密四要素：密鑰，算法，明文，密文

• 公鑰密碼體系：加密，鑒別

  • 數字簽名（簽名和校驗兩部分），安全屬性：不可否認性，不可偽造性，可第三方仲裁
  • 密鑰分配：
    • 公鑰證書：初始化階段，頒發階段，撤銷階段
      • 安全屬性：保密性，完整性，不可否認性
      • 基于CA的電子證書（包含公鑰，申請者信息，證書有效期）
        [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-2WLMoUEg-1604212344522)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201012204907765.png)]
      • 創建過程：申請人創建公私鑰；填充申請信息并發送（用CA公鑰加密）；CA檢驗申請；CA創建證書并用自己私有密鑰對其簽名；發送/郵寄證書
      • PKI：核心是CA
    • 可逆公鑰密碼體制

• Hash函數：輸入任意長度，輸出固定長度；單向函數；容易計算

1.3 邏輯學回顧

• 命題邏輯
  • 連接詞將原子謂詞組合為符合謂詞：合取，析取，否定
• 謂詞邏輯
  • 原子公式與符合謂詞公式

第二章 安全協議

基礎概念

• 協議：一組語義和語法規則,決定功能部件在通信時如何進行工作；兩個或兩個以上的參與者采取一系列的步驟，以完成某項特定的任務
• 安全協議（背！）：基于密碼體制，在分布式系統和通信網中，實現密鑰分配、身份認證、信息保密、電子商務等服務
  • 準則：主體身份標識，簽名，隨機數，時戳——系統中各個主體承認的可靠分布式時鐘
  • 缺陷：陳舊消息（上一輪次消息），并行會話
• 消息重放對策：序列號，時戳，挑戰應答
• 良好密鑰標準：新鮮，來自可信第三方，僅為協議指定合法主體擁有

協議實例

• RPC 協議：利用已有的共享密鑰建立新的會話密鑰 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-p0l8k4nZ-1604212344537)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013150520624.png)]

  • 多重會話攻擊：攻擊者在不同會話中，先后扮演接收方B和發送方B，重放A的部分。最終A更新了會話密鑰，實際的B沒有更新

    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-8LNDgJQf-1604212344551)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013150856843.png)]

  • 加固：在加密內容中添加接收方的身份標識

• NS 對稱密鑰協議：可信第三方參與，分配會話密鑰 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-qYSZOhFC-1604212344566)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013151033528.png)]

  • 攻擊：替換加密內容，使雙方獲得的會話密鑰不相同 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-rwAn4KHq-1604212344573)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013151143515.png)]

• Otway-Rees 協議：通過可信服務器分配共享密鑰 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-nu6cyZ9V-1604212344575)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013151349786.png)]

  • 攻擊：攻擊者偽裝B，收到1）后重放，即 $Z(B)\to A:M,E(K_{as}:N_a,M,A,B)$
  • 加固：挑戰應答，新鮮數+1

• 大嘴青蛙協議：一種對稱密鑰管理協議 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-LkcZynbU-1604212344581)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013151855016.png)]

  • 攻擊：[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-pLiYwHob-1604212344584)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013152012692.png)]
  • 加固：在發往S的消息中加入發送方的身份標識

• NS 公鑰協議：A和B通過可信第三方交換公鑰 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-LAAfbSPY-1604212344585)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013152202433.png)]

  • 攻擊：攻擊者可以是合法用戶，在兩個輪次內重放。 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-AiX3t71Y-1604212344590)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013152357602.png)]
    • 輪次1：A與攻擊者握手交換key
    • 輪次2：攻擊者假冒A與B通信，使B以為與A交換公鑰，但A并不知情
  • 加固：在6）中加入發送方和接收方的身份標識

• Denning Sacco 密鑰分配協議 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-5tqaxOhe-1604212344592)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013151223521.png)]

  • 攻擊：B可向C重放被A私鑰加密的內容（用C的公鑰封裝），使C以為和A有會話密鑰
  • 加固：A私鑰加密內容中，加入接收方的身份標識

• 協議設計原則：

  • 不引入額外的加密和消息字段
  • Nonce 與時戳不可完全混用
  • nonce 本身需要加密——基于隨機數的挑戰應答機制，需要有效保護隨機數
  • 時戳使用前提是有可靠的分布式時鐘機制

第二部分 常見的安全協議

第三章 Kerberos

• 基本概念和過程

• 單點登錄機制：能夠使用一組憑據登錄一次，并訪問有權訪問的所有系統和聯機資源

  • KDC 給予 ticket_tgt ——認證
  • TGT 可以用于獲取其他的服務票據 ticket_v ——授權

Kerberos 協議原理

• 基于 NS 可信第三方協議和 Denning Sacco 協議

• 基本概念：

  • Principal：被認證的安全個體
    • AS：認證用戶（通過long-term key），給予用戶tgt和short-term key
    • tgs：通過tgt和short-term key認證用戶，通過發放ticket對用戶授權和訪問控制
  • KDC：網絡服務，提供ticket與臨時會話密鑰
  • Ticket：一個記錄，客戶憑此向服務器證明身份。被服務器密鑰加密
  • Authenticator：一個特殊記錄，包含最近產生的信息，被客戶與服務器之間的共享密鑰加密
  • Credentials：一個ticket加上一個會話密鑰

• 認證與授權邏輯分離

• 設定不同的票據生命周期

• 過程：第一輪與AS交互（返回tgs票據和與TGS的會話密鑰，同時通過Kc認證C的身份），第二輪與TGS交互（發送tgs票據與認證頭，告訴tgs用戶已被AS認證，返回v票據以及臨時會話密鑰），第三輪與V交互（發送v票據與認證頭，認證頭用于證明用戶已被AS認證，返回一個應答）
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-bnavqUbd-1604212344595)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013113528569.png)]

• v5過程：[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-tNVMDxNU-1604212344597)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013114915578.png)]

Kerberos v5

• 改進：
  • 擴展加密算法
  • 不限制票據生命周期
  • 跨域訪問更為自然：獲得本地 TGS 的訪問權，請求一張遠程TGS的票據許可票據，向遠程TGS申請服務許可票據
  • 不再雙重加密
  • 采用新鮮數防止消息重放；采用 subkey 機制，防止使用同一票據的使用同一會話密鑰的多個client-server連接被重放攻擊

Kerberos 協議優缺點

• 優點：
  • 密碼不在網上傳輸，猜測更困難
  • 單點登錄機制，更加便捷，不用記憶多個口令
  • 存儲上有性能優勢
  • 票據與認證頭結合，票據被盜后難以使用
• 缺點：
  • 缺少撤銷機制：tgt 無法撤銷
  • 服務器可模擬任何人；可能是性能的瓶頸：所有人都要連接
  • 密鑰管理
  • 使用了時戳，需要時鐘同步
  • 跨域認證繁瑣
  • 口令安全問題

第四章 PGP&CSP

PGP

• 公鑰環，私鑰環，PGP的處理流程

• 基礎：

  • 主要解決身份鑒別和保密性問題：跳轉節點不可控，服務器可能在境內或境外
  • Email工作原理：電子郵件客戶端——SMTP協議、發送方電子郵件服務器端口25——TCP連接，SMTP協議——接收方電子郵件服務端口25——pop3協議tcp連接端口110——電子郵件客戶端
  • PGP公鑰分發：
    • 每個人都可以做CA，將B的公鑰簽發給第三方，第三方自行決定是否信任——B信任A且獲得A簽名的C公鑰，則B信任C公鑰
    • 存在風險：A檢查不當/A被賄賂——用不用在于B本身，同時可設定公鑰（證書）的信任度
      • none，partial，complete
      • 個體的信任水平決定了簽發的證書信任水平
    • 可主動撤銷公鑰；證書頒發者可撤銷證書；證書和密鑰存在有效期

• 加密與認證過程（要求能夠默寫！）：

  • 壓縮在簽名之后進行：便于采用不同的壓縮算法；驗證方可以只存儲原始內容和簽名
  • 加密在壓縮之后進行：加強加密強度，冗余減少，密碼分析更為困難
  • 加密在簽名后進行：如果不是，可能被替換簽名

  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-cxtZF37F-1604212344599)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013123444314.png)]

• 消息生成與接收：passphrase：口令，用戶解密private key[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-uGIEJ0dA-1604212344602)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013123807139.png)]

  • 生成：
    • 用戶id作為索引獲取發送者的私鑰，用戶輸入口令來解密私鑰，創建簽名（發送方私鑰環）
    • 生成會話密鑰加密，接收方ID作為索引獲取接受方的公鑰，創建消息（發送方公鑰環）
  • 接收：
    • 消息內密鑰ID字段作為索引獲取加密私鑰，用戶輸入口令解密私鑰，獲得會話密鑰解密內容（接收方私鑰環）
    • 簽名密鑰id作為索引獲取公鑰，恢復摘要，計算摘要并認證（接收方公鑰環）

• 密鑰數據庫

  • 公鑰環 pubring：主要存儲接收方的公鑰。時戳，key id，公鑰，信任度，user id等
  • 私鑰環 secring：發送方的公私鑰對，私鑰加密處理。時戳，key id，公鑰，加密私鑰，user id

• 信任模型：

  • web of trust信任模型
  • 無集中授權機構
  • 計算公鑰環內每個公鑰的信任度，用戶解釋信任水平
  • 公鑰信任水平決定于密鑰的簽名數目和每個簽名的信任度，要不時計算

CSP（不考）

• TTP的作用，Asokan-Shoup-Waidner 協議， Abuse-Free 版本協議

• 要求公平交換：同時成功或同時失敗

• 問題：

  • 若進程出錯，則難以達成一致；網絡存在時延
  • 異步提交協議存在 “脆弱性窗口（window of vulnerability）”，即單個進程的延遲會導致系統的等待

• 沒有TTP則協議并不健壯：每一次消息發送均有TTP參與，或者TTP僅在被請求時候決斷

  • 公平性：不允許欺騙對方（A沒有B的簽名，則B不能有A的簽名——TTP的撤銷功能）
  • 及時性：不必無限等待（TTP進行恰當的實時的終止）

• Asokan-Shoup-Waidner 協議

  • 三種場景 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-QZy3umJG-1604212344605)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013130941976.png)]
    • 成交子協議：沒有收到m3或m4，在沒有提出撤銷的情況下，強制實行，否則撤銷
    • 撤銷子協議：沒有收到m2，在沒有成交的前提下，強制撤銷。a1為 sig_M (abort, m1)，否則成交
  • TTP職責：
    • AB同意下，T 強制達成協議
    • T 發放撤銷令牌，合同不成立
    • T 基于first-come-first-serve 之上決定撤銷還是簽訂，且T僅在A或者B請求下介入——樂觀的協議
  • 重放攻擊：K在上一輪獲得了M的兩條消息，由此K在下一輪冒充M與Q簽訂合同
  • 改進：[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-cUVyQN9y-1604212344606)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013132006596.png)]

• Abuse-Free

  • Private Contract Signature：特殊的加密原語，防止abuse

    • B 無法將來自A的消息拿來呈現給 C，僅B和T能驗證簽名有效性
    • T 轉換簽名為公開的sigA，但不自用

  • TTP作用：

    • 將PCS轉換為普通簽名
    • 發布撤銷令牌
    • 僅在被請求時候介入，先來先服務

  • 三種場景：

  • 攻擊：攻擊者率先申請撤銷，之后B遲遲收不到第三個消息，向T申請成交，則T泄露了sig_B（text）
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-TNgX6Qxa-1604212344609)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013140540214.png)]

    改進：如果T轉換為傳統簽名，則T被追責 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-b79pGBei-1604212344612)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201013135833727.png)]

  • 任何公平，樂觀和及時的簽訂協議中, 若一方是樂觀的, 則另一方擁有優勢

第五章 SET

• 電子支付基本流程，雙重數字簽名，SET流程

SET簡介

• 電子交易類型：
  • 無安全措施支付模式：風險由商家承擔，并掌握用戶信用卡信息
  • 通過第三方代理人支付模式：電子郵件確認用戶身份，支付由可信第三方完成
  • 數字現金支付模式：適用于小額交易，數字現金完成身份認證，數字現金發行負責用戶與商家的資金轉移
  • 簡單加密支付系統模式：對稱與非對稱加密，數字簽名確認真實性，業務服務器和服務軟件支持
  • 安全電子交易SET支付模式：商家只看到訂貨信息，持卡人與商家相互認證
• SET只關心支付問題；脫離于底層協議的安全性，安全來自SET本身
• 要求獨立于傳輸安全

雙重數字簽名

• 數字簽名：內容哈希，私鑰簽名摘要
• 數字證書：
  • data with digital signature from CA；data：過期日期，證書頒發涉及的雙方
  • 數字ID包括：公鑰，名字，地址，過期日期，頒發CA
• 雙重數字簽名：
  • 兩個消息連接在一起，這兩個消息面向的對象不同
  • Order Information (OI): 客戶給商家，訂單信息
  • Payment Information (PI): 客戶給銀行，消費信息
  • A給商家OI+PI，商家看不到PI，商家發PI給S（銀行）——確保信息不被非法使用
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-JJBbWQcC-1604212344615)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015143841205.png)]

SET流程

• 消息流：[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-A940MOhb-1604212344617)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015144214229.png)]

• 具體流程

  • 客戶發送訂單和支付信息
  • 商家向支付網關請求支付授權
  • 商家確認客戶訂單
  • 商家向客戶提供商品
  • 商家向支付網關請求支付

• InitReq/InitRes：下訂單，支付初始化，明文

  • InitReq：持卡人獲得商家與支付網關的證書
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-SjELK9FP-1604212344620)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015145119308.png)]

• PReq/Pres：持卡人校驗證書，生成OI/PI，下單

  • PReq：SET核心
    • 發送：[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-huzYvkvU-1604212344623)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015145422765.png)]
    • 商家驗證：存儲PI并轉發，校驗持卡人證書，雙重簽名，從支付網關獲取授權，發回響應確認訂單（授權延遲，則發回“請稍后查詢”）[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-O2SoltPL-1604212344625)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015150655248.png)]
  • PRes：無加密，商家僅簽名消息，其中完成代碼（CompletionCode）代表交易狀態 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-8ZB3WKFJ-1604212344627)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015165548517.png)]

• AuthReq& AuthRes：認證，校驗持卡人信用；商家簽名并公鑰加密AuthReq，根據AuthRes結果運輸商品。H(Order)表明和PI的一致性，

  • AuthReq：
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Vc2MdmnH-1604212344629)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015165822110.png)]
    • 接收后的處理：解密Req，校驗商家簽名，解密PI，校驗雙重簽名，PI抽取卡數據。
      • 確保PI和AuthReq的一致性
      • H(Order)，PI，AuthReq共同校驗持卡人、商家對訂購行為的一致性
      • 生成AuthRes與捕獲令牌
  • AuthRes：
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-phzdRNZn-1604212344630)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015170239100.png)]

• CapReq&CapRes（Cap：捕獲）：完成已授權交易的支付

  • 通過捕獲令牌Cap Token（金額證據）完成支付（可能在多次AuthRes的捕獲令牌累積后完成，即CapReq中一次發送多個Cap Token）
  • CapReq：$\{\{CapReq\}si{g}_M\}P{K}_A$；CapRes：$\{\{CapReq\}si{g}_A\}P{K}_M$

• 交易過程：

  • 驗證電子證書9次
  • 傳遞證書7次
  • 驗證數字簽名6次
  • 進行簽名5次
  • 對稱加密和非對稱加密4次

• SET核心技術

  • 數字證書
  • 數字簽名
  • 電子信封（會話密鑰加密，公鑰加密會話密鑰）
  • 公鑰加密

• 對比SSL：

  • SET實現非常復雜，商家和銀行都需要改造系統以實現互操作，需要CA支持
  • SET是一個多方的報文協議，允許各方報文交換不是實時的；SSL面向連接，且只是在兩方之間建立一條安全連接
  • SET報文能夠在銀行內部網或者其他網絡上傳輸，SSL之上的卡支付系統只能與Web瀏覽器捆綁
  • SET安全性更高

第六章 IPSEC

• IPsec的基本概念：SA， SPD，AH，ESP， 隧道模式， 傳輸模式， Outbound & Inbound 處理，兩個階段SA的區別
• IP安全
  • 通信雙方身份驗證
  • 數據完整性與機密性保護
  • IP地址欺騙

IPsec概念

• IPsec：一組安全IP協議集，現代密碼學方法支持機密性和認證性服務
  • 認證包的發起者，防止傳輸中的攔截和篡改，提供訪問控制、無連接完整性、數據源鑒別、載荷機密性和有限流量機密服務
  • IPv4可選，IPv6必選
  • 機制：認證、信息機密性和密鑰管理
  • 兩個分離的層：IKE（互聯網密鑰交換）與 IP-Sec record sub-layer（流量封裝與保護）
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-fey5Wwyx-1604212344632)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015171707201.png)]
• SA（Security Association）
  • 由SPI（Security Parameter Index，安全參數索引）和目標地址組成，它表示通信方如何使用安全服務進行安全通信
  • 單個IPsec連接至少需要2個SA
  • 參數：認證算法與模式，加密算法與模式，密鑰及生命周期等
  • SPI：兩部VPN主機之間以隨機數或手動指定的唯一值，其目的是要作為數據庫的索引值
• SAD（Security Association Data）
  • 含有所有活躍的SA
  • 存放在 SAD 中的參數有 SPI 值、目的端IP、安全協議號（AH或ESP）、AH 驗證算法等
• SPD（Security Policy Data）
  • 用戶定義的策略：每個報文的安全服務及其水平
  • 用來存放 IPSec 的規則，這些規則用來定義哪些流量需要走 IPSec
• AH（Authentication Header）
  • 每一個數據包上添加一個身份驗證報頭，提供數據源認證、完整性保護和重放保護，無機密性保護
  • AH校驗包含源地址，與NAT沖突
  • 傳輸模式：AH被插在IP頭之后、所有的傳輸層協議之前、其它IPSec協議頭之前
  • 隧道模式：AH插在原始的IP頭之前，并生成一個新的IP頭放在AH之前
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-kTzOb6TI-1604212344635)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015185725856.png)]
    • 輸出：
      • SA查找
      • 生成序列號
      • 計算ICV校驗值（完整性保護）
      • 填充，分段
    • 接收：
      • 充足
      • SA查找
      • 序列號驗證
      • ICV驗證
• ESP（Encapsulating Security Payload）
  • 完整性，加密性，重放保護，無不可否認性，認證性取決加密算法
  • IP包頭部（含選項字段）不會被驗證，不存在NAT模式沖突；原IP地址被當作有效載荷的一部分受到保護；可以隱藏數據包目的地址，以保護端對端隧道通信中數據的安全性；隧道模式可提供數據流加密服務
  • 傳輸模式：origin IP hdr + ESP hdr + TCP + Data + ESP trlr + ESP auth；加密 TCP 到 ESP trlr，認證 ESP hdr 到 ESP trlr
  • 隧道模式：New IP hdr + ESP hdr + origin IP hdr + TCP + Data + ESP trlr + ESP auth；加密origin IP hdr 到ESP trlr，認證ESP hdr 到ESP trlr
  • ESP 提供加密處理，AH無法提供；AH 提供抗抵賴性，ESP無法提供。組合使用時，先ESP后AH，因此ESP頭可被AH保護
  • 輸出：同上，生成序列號后對數據包加密
  • 接收：同上，ICV驗證后對數據包解密
• 模式架構[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-xErVJgH4-1604212344639)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201015190358715.png)]
• 對稱加密（DES），基于對稱加密的單向哈希（MD5/SHA-1）

IPsec機理

• ISAKMP：SA協商與密鑰管理協議
• Internet Key Exchange（IKE）用于配置 IPSEC，位于UDP之上，是后者的信令協議：通信雙方協商加/解密算法及其密鑰、密鑰的生命期、驗證算法，在 ISAKMP 規定的一個框架內運作；IKE不是在網絡上直接傳送密鑰，而是通過一系列數據的交換，最終計算出雙方共享的密鑰
  • IKE為IPsec協商建立SA，并把建立的參數及生成密鑰交給IPsec；IPsec使用IKE建立的SA對IP報文加密或驗證處理
  • 階段1：兩個IKE對等體間創建一個認證過的安全通道（通過UDP端口500），即協商建立IKE SA
    • 主模式：協商加密與hash算法，并用Diffie-Hellman交換密鑰，校驗身份（六個報文）
      [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-tmfo0Kgx-1604212344640)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016121144602.png)]
    • 主動（快速）模式：所有協商、密鑰交換等壓縮成更少的包，更快但容易被嗅探（三個報文）
      [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-3tDcElgz-1604212344642)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016121208560.png)]
    • 區別：
      • 交互6個消息——交互3個消息
      • 只能基于IP確定預共享密鑰——基于ID（主機名+IP）確定預共享密鑰
      • 安全性較高，前四個消息明文傳輸，后兩個消息加密，保護對端身份——安全性較低，前兩個消息明文傳輸，后一個消息加密，不保護對端身份
      • 速度較慢——速度較快
      • 適用于公網IP固定，點對點環境——適合公網IP不定，且可能存在NAT設備
  • 階段2：協商 IPSec SA參數，建立 IPSec SA，周期性的重新協商IPSec SA
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-pe5dsmyM-1604212344644)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201101111418188.png)]
  • 主模式身份驗證方式：
    • 預共享密鑰認證
    • 數字簽名認證
    • 公鑰加密認證
• IPsec 執行：
  • 可在主機或網關上使用：
    • 主機：端到端安全服務，可用IPSec所有模式
    • 路由器：對進入專用網絡的用戶進行身份驗證和授權，允許創建VPN
  • 在OS或堆棧的bump上集成

IPsec應用

• 具體應用
  • 加強電子商務安全
  • IP級別加密和/或驗證所有流量
  • 分布式防火墻
  • 虛擬專用網
• 應用流程：
  • 主機A通知本機的IPSec驅動程序檢查IP篩選器，查看數據包是否需要受保護以及需要受到何種保護
  • 驅動通知IKE開始安全協商
  • 主機A給B發送IKE請求安全協商通知，主機B上的IKE收到請求安全協商通知，并響應，A與B建立SA第一階段協商，生成共享主密鑰
  • A與B建立SA第二階段協商，生成SA對（入站SA和出站SA， SA包括密鑰和SPI ）
  • 驅動程序用出站SA對數據包進行簽名（完整性檢查）和加密
  • IP層發送與接收
  • 接收方驅動程序使用入站SA檢查完整性簽名與/或對數據包進行解密
  • 驅動程序將解密后的數據包提交上層TCP/IP驅動程序，再由TCP/IP驅動程序將數據包提交主機B的接收應用程序

第七章 SSL

• 基本概念，協議過程

SSL概念

• 加固 http 層，使得TCP實現可靠、端對端的服務

• TLS 向后兼容 SSLv3

  • 認證（公私鑰+數字證書）
  • 保密性（會話密鑰）
  • 完整性（查驗Message Authentication Code，MAC）
  • 抗重放攻擊（序列號與隨機數）

• 子層：SSL Record Protocol (所有操作發生的位置)，SSL Management: (握手/密碼更改/警報協議)

• 體系： [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-kLkbgncK-1604212344647)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016143101520.png)]

• 核心為握手協議，完成傳輸數據前的加密算法協商，共享密鑰建立，相互認證

基本過程

• 握手過程流程圖：
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Mxrz6Zjj-1604212344649)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016144005838.png)]
• 過程1：
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-hgbVfPVc-1604212344651)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016150306151.png)]
  • $r_A$：新鮮數，4字節時戳+28字節隨機數
  • $SessID$：新的會話則為0，否則為已有會話ID
  • $CiphList$：客戶機支持、按優先級遞減的密鑰交換和加密算法列表
  • $Ciphchoice$：服務器選擇的加密套件
  • 最后雙方知道：（1）SSL版本（2）密鑰交換、信息驗證和加密算法（3）壓縮方法（4）有關密鑰生成的兩個隨機數。
• 過程2：服務器認證與密鑰交換
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-WSIdeYu7-1604212344652)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016150802399.png)]
  • 服務器發送X.509證書及證書鏈（$K_G$為服務器私鑰）
  • 服務器發送公鑰（可選，有些情況不需要）
  • 服務器向客戶端請求證書（ValidCertAuthorities 標識服務器將接受的權限）
  • 備注：僅當已發送的服務器證書消息包含的數據不足以允許客戶端交換密鑰時，服務器才會發送服務器預主密鑰交換消息。
• 過程3：客戶機認證與密鑰交換
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-JUjy9qWs-1604212344654)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016151506417.png)]
  • 客戶驗證并發送證書
  • 消息9用于認證
  • $+K_G$：公鑰，來自服務器證書
  • $Message1to8$：前8條消息的串聯
  • $MS$：主密鑰
  • 如果服務器請求證書，發送certificates；如果客戶沒有證書，則發送client key exchange消息。最后發一個verify，對第一條消息以來的所有握手消息的MAC值進行簽名。
  • 備注：
    • 主密鑰master key：48字節，預主密鑰轉化為來
    • 預主密鑰premaster key：兩個偽隨機流互斥混合在一起
    • [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-xg0NDK0j-1604212344658)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016152727036.png)]
• 過程4：
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Taoc3KPI-1604212344660)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201016152949310.png)]
  • 客戶機通知服務器更改密碼（通過更改密碼協議）
  • 服務器用自己更改的密碼消息進行響應
  • Finish Message為用加密套件和會話密鑰加密的數據，用于驗證正式傳輸數據之前對剛剛建立的加解密通道
  • ChangeCipherSpec 是一個獨立的協議，用于告知服務端，客戶端已經切換到之前協商好的加密套件（Cipher Suite）的狀態，準備使用之前協商好的加密套件加密數據并傳輸了
• 證書校驗：必須識別證書鏈中信任的CA（一個CA可以為另一個CA頒發證書）；必須驗證證書是否已被撤銷（CA發布證書撤銷列表）
• 加密密鑰：
  • Master Secret：由雙方分別生成的隨機值和預共享密鑰生成
  • Key material：由master secret和雙方共享的隨機值生成
  • Encryption key：從Key material中提取，是對稱密鑰
• 總結：
  • 交換Hello消息，對于算法、交換隨機值等協商一致
  • 交換必要的密碼參數，以便雙方得到統一的premaster secret
  • 交換證書和相應的密碼信息，以便進行身份認證
  • 產生master secret
  • 把安全參數提供給SSL記錄層
  • 檢驗雙方是否已經獲得同樣的安全參數
• SSL 告警協議：表明異常出現
  • 2個字節的消息
  • warning則第一個字節為1，fatal則第一個字節為2且第二個字節說明錯誤種類（握手失敗，意外消息等）
• SSL 記錄協議：提供機密性（雙方共有的密鑰加密）與認證性（產生另一把共有密鑰計算MAC）
  • 數據分段后壓縮
  • 添加MAC（消息認證碼）后加密
  • 添加Record Header（內容類型+內容長度+SSL版本）
• 間接問題：比TCP會話慢2-10倍
  • 握手階段的公私鑰加密
  • 數據傳輸階段的對稱密鑰加密
• 不提供UDP應用的安全保護，不能對抗通信流量分析，存在主密鑰泄露和客戶端假冒問題

第三部分 安全協議分析

第八章 BAN

• 消息描述：形式化方式對協議消息進行描述
• 初始假設：對協議外部特性假設，如對可信第三方的信任假設、對隨機數新鮮性的假設，
• 推理規則：邏輯方法的核心
• 主體信念：邏輯分析方法的結果

BAN邏輯概念

• 符號：
  [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-HqIpsmCh-1604212344661)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019221040569.png)]

BAN邏輯框架

• 推理規則：

  • 消息意義規則：從加密消息所使用密鑰和消息中的而秘密，推斷發送者身份
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-ipxuQxec-1604212344664)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019222513232.png)]
  • 隨機數驗證規則：P相信X新鮮，且P相信Q曾經發送過X，則P相信Q相信X $bel(P,fresh(X))andbel(P,said(Q,X))=>bel(P,bel(Q,X))$
  • 仲裁規則：擴展主體的信任
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-FM68YHgA-1604212344665)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019223340498.png)]
  • 信念規則：信念在消息級聯與分割中的一致性，以及信仰在此類操作中的傳遞性
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-MVOVZdHP-1604212344671)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019223619292.png)]
  • 接受規則：主體在協議運行中獲取消息：P接收到消息，也就接收到消息的組成部分；收到加密消息后能讀出消息原文的情況
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-fcpnhgr5-1604212344672)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019223823832.png)]
  • 新鮮規則：消息的一部分是新鮮的，則整個消息也是新鮮的；隨機數驗證規則；
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-KqV6Fifi-1604212344674)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019223723107.png)]
  • 傳遞規則：P相信Q發送過整個消息，則P相信Q發送過消息的一部分 $bel(P,said(Q,(X,Y))=>bel(P,said(Q,X))$

• 若干假設：

  • 時間假設：區分此次協議開始的時間和過去的時間；某一觀點在協議開始時成立，則當前輪次也成立；過去的觀點不一定成立
  • 密鑰假設：密鑰不能從密文推出；無密鑰則不能解密；主體能夠知道是否它使用正確解密密鑰
  • 主體假設：參與協議的主體都是誠實的
  • 自身消息可識別假設：接收方能分辨消息是否是自己已發送過的

• 應用：

  • 協議理想化預處理
  • 給定初始狀態和基于的假設
  • 形勢化協議達成的安全目標
  • 由推理規則、會話事實與假設，推理

案例分析

• NS協議漏洞分析

  • 假定：三個主體（S的權威性），兩個長期共享密鑰，一個臨時會話密鑰，兩個隨機數（新鮮性）；目標：完成協議后，A和B相信擁有一個僅它們和服務器知道的會話密鑰
  • 理想化協議
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-7oqFG0tp-1604212344675)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019225151611.png)]
  • 初始狀態與假設
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-eNkjvrbo-1604212344677)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019230230856.png)]
  • 安全目標
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-8CmDcKKY-1604212344679)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201019230209912.png)]
  • 邏輯證明

• BAN邏輯缺陷

  • 非標準的理想化協議過程，省略對推理主體信仰無用的部分——明文忽略問題
  • 理想化過分依賴于分享者的直覺，原始協議和理想化協議存在語義鴻溝
  • 不合理假設：主體誠實

第九章 Commsp

• 從反面尋找協議漏洞，如果找到攻擊步驟，說明協議有缺陷
• CSP（communication Sequential Processes，通訊順序進程）：一種用于描述通過傳遞消息進行通信的并行代理（parallel agents）系統的符號

CSP基礎

• 基本術語：
  • 事件：通過執行的一系列事件描述協議
  • 信道：不同事件類型看作不同信道，并規定傳遞的數據類型
  • 進程：執行狀態中的一個動作/事件以及動作結束后的狀態
  • 常用進程：
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Qhm6KxCB-1604212344681)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020111309276.png)]
  • 進程間選擇：
    [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-ydvUce3s-1604212344683)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020112626105.png)]
  • 并行進程： [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-PmGbbWGs-1604212344684)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020112801696.png)]
  • 重命名： [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-wBGDa2qZ-1604212344686)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020112858644.png)]
  • 條件結構（if-then-else）： [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-HrXY0gvV-1604212344690)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020113041176.png)]
  • 跡與精煉：跡是一個事件序列。如果進程Q的跡為進程P跡的子集，稱Q的跡精煉P的跡 [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-LQNOX57y-1604212344691)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020113413379.png)]
• 協議目標的CSP描述
  • 保密性：有保密性的m不能被通信以外的用戶得到（或者m是一個對接收者不透明的量）
  • 認證性：身份認證目標表現為以下斷言成立[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-iyx7v0o0-1604212344694)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201020113652271.png)]

案例分析

• 協議規范和協議實現兩個CSP作為輸入，檢查協議的實現是否精煉了規范
• 具體見PPT Yahalom協議

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Internet安全协议 学习笔记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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