网络协议-网络安全（笔记）

网络安全

网络通信中面临的 种安全威胁
◼ 截获：窃听通信内容
◼ 中断：中断网络通信
◼ 篡改：篡改通信内容
◼ 伪造：伪造通信内容

网络层_ARP欺骗

◼ ARP欺骗（ARP spoofing），又称ARP毒化（ARP poisoning）、ARP病毒、ARP攻击
◼ ARP欺骗可以造成的效果
可让攻击者获取局域网上的数据包甚至可篡改数据包
可让网络上特定电脑之间无法正常通信（例如网络执法官这样的软件）
让送至特定IP地址的流量被错误送到攻击者所取代的地方
…

核心步骤举例

◼ 假设主机C是攻击者，主机A、B是被攻击者
C只要收到过A、B发送的ARP请求，就会拥有A、B的IP、MAC地址，就可以进行欺骗活动
C发送一个ARP响应给B，把响应包里的源IP设为A的IP地址，源MAC设为C的MAC地址
B收到ARP响应后，更新它的ARP表，把A的MAC地址（IP_A, MAC_A）改为（IP_A, MAC_C）
当B要发送数据包给A时，它根据ARP表来封装数据包的头部，把目标MAC地址设为MAC_C，而非MAC_A
当交换机收到B发送给A的数据包时，根据此包的目标MAC地址（MAC_C）而把数据包转发给C

ARP防护

◼ 静态ARP
◼ DHCP Snooping
网络设备可借由DHCP保留网络上各电脑的MAC地址，在伪造的ARP数据包发出时即可侦测到
◼ 利用一些软件监听ARP的不正常变动
◼ …

DOS，DDOS攻击

◼ DoS攻击（拒绝服务攻击，Denial-of-Service attack）
使目标电脑的网络或系统资源耗尽，使服务暂时中断或停止，导致其正常用户无法访问
◼ DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击，Distributed Denial-of-Service attack）
黑客使用网络上两个或以上被攻陷的电脑作为“僵尸”向特定的目标发动DoS攻击
2018年3月，GitHub遭到迄今为止规模最大的DDoS攻击
◼ DoS攻击可以分为2大类
带宽消耗型：UDP洪水攻击、ICMP洪水攻击
资源消耗型：SYN洪水攻击、LAND攻击

传输层 SYN洪水攻击

◼ SYN洪水攻击（SYN flooding attack）
攻击者发送一系列的SYN请求到目标，然后让目标因收不到ACK（第3次握手）而进行等待、消耗资源
◼ 攻击方法
跳过发送最后的ACK信息
修改源IP地址，让目标送SYN-ACK到伪造的IP地址，因此目标永不可能收到ACK（第3次握手）
◼ 防护
参考：RFC 4987

传输层LAND攻击

◼ LAND攻击（局域网拒绝服务攻击，Local Area Network Denial attack）
通过持续发送相同源地址和目标地址的欺骗数据包，使目标试图与自己建立连接，消耗系统资源直至崩溃
◼ 有些系统存在设计上的缺陷，允许设备接受并响应来自网络、却宣称来自于设备自身的数据包，导致循环应答
◼ 防护
大多数防火墙都能拦截类似的攻击包，以保护系统
部分操作系统通过发布安全补丁修复了这一漏洞
路由器应同时配置上行与下行筛选器，屏蔽所有源地址与目标地址相同的数据包

DOS，DDOS防御

◼ 防御方式通常为：入侵检测、流量过滤、和多重验证
堵塞网络带宽的流量将被过滤，而正常的流量可正常通过
◼ 防火墙
防火墙可以设置规则，例如允许或拒绝特定通讯协议，端口或IP地址
当攻击从少数不正常的IP地址发出时，可以简单的使用拒绝规则阻止一切从攻击源IP发出的通信
复杂攻击难以用简单规则来阻止，例如80端口遭受攻击时不可能拒绝端口所有的通信，因为同时会阻止合法流量
防火墙可能处于网络架构中过后的位置，路由器可能在恶意流量达到防火墙前即被攻击影响
◼ 交换机：大多数交换机有一定的速度限制和访问控制能力
◼ 路由器：和交换机类似，路由器也有一定的速度限制和访问控制能力

◼ 黑洞引导
将所有受攻击计算机的通信全部发送至一个“黑洞”（空接口或不存在的计算机地址）或者有足够能力处理洪流
的网络设备商，以避免网络受到较大影响
◼ 流量清洗
当流量被送到DDoS防护清洗中心时，通过采用抗DDoS软件处理，将正常流量和恶意流量区分开
正常的流量则回注回客户网站

应用层_DNS劫持

◼ DNS劫持，又称为域名劫持
攻击者篡改了某个域名的解析结果，使得指向该域名的IP变成了另一个IP
导致对相应网址的访问被劫持到另一个不可达的或者假冒的网址
从而实现非法窃取用户信息或者破坏正常网络服务的目的
◼ 为防止DNS劫持，可以考虑使用更靠谱的DNS服务器，比如：114.114.114.114
谷歌：8.8.8.8、8.8.4.4
微软：4.2.2.1、4.2.2.2
百度：180.76.76.76
阿里：223.5.5.5、223.6.6.6
◼ HTTP劫持：对HTTP数据包进行拦截处理，比如插入JS代码
比如你访问某些网站时，在右下角多了个莫名其妙的弹窗广告

HTTP协议的安全问题

◼ HTTP协议默认是采取明文传输的，因此会有很大的安全隐患
常见的提高安全性的方法是：对通信内容进行加密后，再进行传输
◼ 常见的加密方式有
不可逆
✓ 单向散列函数：MD5、SHA等
可逆
✓ 对称加密：DES、3DES、AES等
✓ 非对称加密：RSA等
其它
✓ 混合密码系统
✓ 数字签名
✓ 证书

常见英文

◼ encrypt：加密
◼ decript：解密
◼ plaintext：明文
◼ ciphertext：密文

◼ 为了便于学习，设计 个虚拟人物
 Alice、Bob ：互相通信
Eve ：窃听者
 Mallory：主动攻击者

如何防止被窃听？

进行明文的加密

几个网站

◼ 加密
https://www.cmd5.com/hash.aspx
◼ 解密
https://www.cmd5.com/
◼ 其它加密
https://www.sojson.com/encrypt_des.html
https://tool.chinaz.com/tools/md5.aspx

单向散列函数

可以根据消息内容计算出散列值
散列值的长度和消息的长度无关，无论消息长度多少，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值

特点

具有单向性，不能反向解密，只有当是数据库足够大时，也就是枚举量足够大时，才有可能解密出来
根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值
计算速度快，能快速计算出散列值
消息不同，散列值也不同

称呼

◼ 单向散列函数，也被称为
消息摘要函数（ message digest function）
哈希函数（ hash function）
◼ 输出的散列值，也被称为
消息摘要（message digest ）
指纹（ fingerprint）

常见的几种单向散列函数

◼ MD4、MD5
产生128bit的散列值， 就是message Digest的缩写
◼SHA-1
产生160bit的散列值
◼SHA-2
 SHA-256、SHA-384 、 SHA-512，散列值长度分别是256bit、382bit 、512bit
◼SHA-3
全新标准

如何防止数据被篡改

事先文件备份，到时进行文件对比（太费时间和精力）

应用单向散列函数-防止数据被篡改

利用散列值确认文件是否被篡改

对比散列值判断软件是否为正版

应用单向散列函数进行数据加密

前后端的应用，直接将用户的密码进行md5加密存进数据库里。这也就是在密码忘记，想要找回密码的时候，网站是不会告诉你老密码，因为他也不知道老密码是什么，如果网站能告诉你密码是什么，那么说明他是不安全的，因为他是明文保存用户的密码的。

如何加密解密

对称加密（对称密码）

◼ 在对称加密中，加密、解密时使用的是同一个密钥
◼ 常见的对称加密算法有DES、3DES、AES

DES（Data Encryption Standard）

加密过程图示：

解密过程图示：

◼ 是一种将 明文加密成 密文的对称加密算法，密钥长度是56bit
◼ 规格上来说，密钥长度是64bit ，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit ，因此密钥长度实质上是56bit
◼ 由于DES每次只能加密64bit的数据，遇到比较大的数据，需要对DES加密进行迭代（反复）
◼ 目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用

3DES（Triple Data Encryption Standard）

◼ ，将 重复 次所得到的一种密码算法，也叫做 重
三重 并不是进行三次 加密（加密 加密 加密）
而是加密（Encryption） 解密（Decryption） 加密（Encryption ）的过程
◼ 目前还被一些银行等机构使用，但处理速度不高，安全性逐渐暴露出问题
◼ 3个密钥都是不同的，也称为DES-EDE3
◼如果密钥1、密钥3相同，密钥2不同，称为DES-EDE2
加密过程图示：

解密过程图示：

AES（Advanced Encription Standard）

◼ 取代DES成为新标准的一种对称加密算法，又称Rijndael加密法
◼ 的密钥长度有 128、192 、256 三种
◼ 目前AES已经逐步取代DES 、3DES ，成为首选的对称加密算法
◼ 一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES
它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作

密钥配送问题

◼ 在使用对称加密时，一定会遇到密钥配送问题
◼ 如果Alice将使用对称加密过的消息发给了Bob
只有将密钥发送给Bob， 才能完成解密
在发送密钥过程中
✓ 可能会被Eve窃取密钥
✓ 最后Eve也能完成解密

如何解决密钥配送问题

◼ 有以下几种解决密钥配送的方法
事先共享密钥（比如私下共享）
密钥分配中心（ Key Distribution Center，简称KDC ）
 Diffie-Hellman密钥交换
非对称加密

非对称加密（公钥密码）

◼ 在非对称加密中，密钥分为加密密钥、解密密钥 种，它们并不是同一个密钥
◼ 加密密钥：一般是公开的，因此该密钥称为公钥（ public key）
因此，非对称加密也被称为公钥密码（ Public-key Cryptography）
◼ 解密密钥：由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥（ private key）

公钥、私钥

◼ 公钥和私钥是一一对应的，不能单独生成
一对公钥和私钥统称为密钥对（ key pair）
◼ 由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密
◼ 由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密

解决密钥配送问题

◼ 由消息的接收者，生成一对公钥、私钥
◼ 将公钥发给消息的发送者
◼ 消息的发送者使用公钥加密消息，消息的接收者使用私钥解密消息
◼ 非对称加密的加密解密速度比对称加密要慢

配送过程图示：

这样，就算攻击者拿到公钥，也没有私钥进行解密

混合密码系统（Hybrid Cryptosystem）

◼ 对称加密的缺点
不能很好地解决密钥配送问题（密钥会被窃听）
◼ 非对称加密的缺点
加密解密速度比较慢
◼ 混合密码系统：是将对称加密和非对称加密的优势相结合的方法
解决了非对称加密速度慢的问题
并通过非对称加密解决了对称加密的密钥配送问题
◼ 网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统

加密

◼ 会话密钥（ session key）
为本次通信随机生成的临时密钥
作为对称加密的密钥，用于加密消息，提高速度
◼ 加密步骤（发送消息）
① 首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
② 生成会话密钥，作为对称加密的密钥，加密消息
③ 用消息接收者的公钥，加密会话密钥
④ 将前2步生成的加密结果，一并发给消息接收者
◼ 发送出去的内容包括
用会话密钥加密的消息（加密方法：对称加密）
用公钥加密的会话密钥（加密方法：非对称加密）

加密过程图示：

解密过程图示：
◼ 解密步骤（收到消息）
① 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
② 再用第①步解密出来的会话密钥，解密发过来的消息

混合密码-加密解密流程

◼Alice >>>>>> Bob
发送过程（加密过程）
① 先生成一对公钥、私钥
② 把公钥共享给Alice
③ 随机生成一个会话密钥（临时密钥）
④ 用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称加密）
⑤ Alice用Bob的公钥加密会话密钥（使用的是非对称加密）
⑥ Alice把第④、⑤步的加密结果，一并发送给Bob

接收过程（解密过程）
① Bob利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是非对称加密算法进行解密）
② Bob利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称加密算法进行解密）

数字签名防止篡改、伪装、否认

◼ Alice发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Alice发消息，或者就是Alice发的，但她可以否认
◼ 问题来了： Bob如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？
◼ 解决方案
数字签名

数字签名

◼ 在数字签名技术中，有以下2种行为

生成签名
✓ 由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成

验证签名
✓ 由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证

◼ 如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
用消息发送者的私钥进行签名
用消息发送者的公钥进行验证

数字签名-过程-消息->签名-传输

（1）发送者Alice用自己的私钥加密消息m，然后发送自己的签名给接受者
（2）发送者Alice发送消息m给接收者Bob
（3）接收者Bob用Alice的公钥解密收到的签名得到消息m’
（4）接收者Bob将收到的m和解密后的m’对比

数字签名-过程改进

消息->散列值->签名-传输

（1）Alice用单向散列函数计算消息的散列值
（2）Alice用自己的私钥加密散列值
（3）Alice将消息和签名发送给接收者Bob
（4）Bob用Alice的公钥解密收到的签名
（5）Bob将收到的消息用单向散列函数计算得到散列值
（6）将散列值与解密签名后的散列值对比

数字签名-疑惑

◼ 如果有人篡改了消息内容或签名内容，会是什么结果？
签名验证失败，证明内容被篡改了
◼ 数字签名不能保证机密性？
数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改
◼ 数字签名的作用
确认消息的完整性
识别消息是否被篡改
防止消息发送人否认

非对称加密 公钥、私钥再总结

在非对称加密中，任何人都可以使用公钥进行加密
在数字签名中，任何人都可以使用公钥验证签名
◼ 数字签名，其实就是将非对称加密反过来使用

	公钥	私钥
非对称加密	发送者加密时使用	接收者解密时使用
数字签名	验证者验证签名时使用	签名者生成签名时使用
谁持有密钥？	只要有需要，任何人都可以持有	个人持有

◼ 既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只有我才能解密
公钥负责加密，私钥负责解密

◼ 既然是签名，那肯定是不希望有人冒充我发消息，所以只有我才能签名
私钥负责签名，公钥负责验证

公钥的合法性

◼ 如果遭遇了中间人攻击，那么
公钥将可能是伪造的
◼ 如何验证公钥的合法性？
证书

证书（ Certificate）

◼ 说到证书
首先联想到的是驾驶证、毕业证、英语四六级证等等，都是由权威机构认证的
◼ 密码学中的证书，全称叫公钥证书（Public-key Certificate，PKC），跟驾驶证类似
里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
并由认证机构（Certificate Authority，CA）施加数字签名
◼ CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织
有国际性组织、政府设立的组织
有通过提供认证服务来盈利的企业
个人也可以成立认证机构

证书-使用

◼ 各大CA的公钥，默认已经内置在浏览器和操作系统中

证书-注册和下载

证书- 查看已经信任的证书

① Windows键 + R >>> 输入mmc
② 文件 >>> 添加/删除管理单元
③ 证书 >>> 添加 >>> 我的用户账户 >>> 完成 >>> 确定


总结：
加密传输：
明文传输->密文传输（加密）->对称加密->容易被窃听拿到密钥->非对称加密->公钥密码体制->加密解密速度比较慢->混合密码系统->消息用对称加密传输，密钥用非对称加密传输->伪造公钥->证书（找一个信任的CA注册公钥）

数字签名->防止篡改、伪装、否认
消息->签名-传输
消息->散列值->签名-传输

笔记内容大部分来自于小码哥教育