Cisco ❀ IPsec中加密算法-Diffie-Hellman算法的介绍

IKE如何进行密钥安全的保证，Diffie-Hellman算法的介绍

虽然 IKE 使用了认证来保证会话一定是来自合法的对等体，但是单靠认证也无 法保证密钥的安全，因为数据还是有可能被第三者截获，所以 IKE 还必须有一套机 制来保证密钥的安全，因为只要密钥泄露，就全玩完了。在密钥方面，IKE 使用了 称为 Diffie-Hellman 的算法在 VPN 对等体之间建立安全的密钥用来加密数据， Diffie-Hellman 使用了极为复杂的数学算法，最后将在 VPN 对等体之间计算出只有它 们自己才知道的密钥，即使他们的会话被第三者监控，也无法推算出密钥。

1、算法介绍
Diffie-Hellman:一种确保共享KEY安全穿越不安全网络的方法，它是OAKLEY的一个组成部分。Whitefield与Martin Hellman在1976年提出了一个奇妙的密钥交换协议，称为Diffie-Hellman密钥交换协议/算法(Diffie-Hellman Key Exchange/Agreement Algorithm).这个机制的巧妙在于需要安全通信的双方可以用这个方法确定对称密钥。然后可以用这个密钥进行加密和解密。但是注意，这个密钥交换协议/算法只能用于密钥的交换，而不能进行消息的加密和解密。双方确定要用的密钥后，要使用其他对称密钥操作加密算法实现加密和解密消息。

2、算法原理描述
基于原根的定义及性质，可以定义Diffie-Hellman密钥交换算法.该算法描述如下：

1. 有两个全局公开的参数，一个素数q和一个整数a,a是q的一个原根.
2. 假设用户A和B希望交换一个密钥，用户A选择一个作为私有密钥的随机数XA(XA
3. 用户A产生共享秘密密钥的计算方式是K = (YB)^XA mod q.同样，用户B产生共享秘密密钥的计算是K = (YA)^XB mod q.这两个计算产生相同的结果： K = (YB)^XA mod q = (a^XB mod q)^XA mod q = (a^XB)XA mod q （根据取模运算规则得到） = a^(XBXA) mod q = (a^XA)XB mod q = (a^XA mod q)^XB mod q = (YA)^XB mod q 因此相当于双方已经交换了一个相同的秘密密钥.
4. 因为XA和XB是保密的，一个敌对方可以利用的参数只有q,a,YA和YB.因而敌对方被迫取离散对数来确定密钥.例如，要获取用户B的秘密密钥，敌对方必须先计算 XB = inda,q(YB) 然后再使用用户B采用的同样方法计算其秘密密钥K. Diffie-Hellman密钥交换算法的安全性依赖于这样一个事实：虽然计算以一个素数为模的指数相对容易，但计算离散对数却很困难.对于大的素数，计算出离散对数几乎是不可能的. 下面给出例子.密钥交换基于素数q = 97和97的一个原根a = 5.A和B分别选择私有密钥XA = 36和XB = 58.每人计算其公开密钥 YA = 5^36 = 50 mod 97 YB = 5^58 = 44 mod 97 在他们相互获取了公开密钥之后，各自通过计算得到双方共享的秘密密钥如下： K = (YB)^XA mod 97 = 44^36 = 75 mod 97 K = (YA)^XB mod 97 = 50^58 = 75 mod 97 从|50,44|出发，攻击者要计算出75很不容易。

3、算法的缺点
然而，该技术也存在许多不足： 没有提供双方身份的任何信息. 它是计算密集性的，因此容易遭受阻塞性攻击，即对手请求大量的密钥.受攻击者花费了相对多的计算资源来求解无用的幂系数而不是在做真正的工作. 没办法防止重演攻击. 容易遭受中间人的攻击.第三方C在和A通信时扮演B；和B通信时扮演A.A和B都与C协商了一个密钥，然后C就可以监听和传递通信量.中间人的攻击按如下进行： B在给A的报文中发送他的公开密钥. C截获并解析该报文.C将B的公开密钥保存下来并给A发送报文，该报文具有B的用户ID但使用C的公开密钥YC，仍按照好像是来自B的样子被发送出去.A收到C的报文后，将YC和B的用户ID存储在一块.类似地，C使用YC向B发送好像来自A的报文. B基于私有密钥XB和YC计算秘密密钥K1.A基于私有密钥XA和YC计算秘密密钥K2.C使用私有密钥XC和YB计算K1，并使用XC和YA计算K2. 从现在开始，C就可以转发A发给B的报文或转发B发给A的报文，在途中根据需要修改它们的密文.使得A和B都不知道他们在和C共享通信。

4、发展与优化
Oakley算法是对Diffie-Hellman密钥交换算法的优化，它保留了后者的优点，同时克服了其弱点. Oakley算法具有五个重要特征： 它采用称为cookie程序的机制来对抗阻塞攻击. 它使得双方能够协商一个全局参数集合. 它使用了现时来保证抵抗重演攻击. 它能够交换Diffie-Hellman公开密钥. 它对Diffie-Hellman交换进行鉴别以对抗中间人的攻击。

创作者：Eric· Charles