网络安全 (加密, 解密)
目录
网络攻击
ARP欺骗
ARP欺骗 - 示例
ARP欺骗 - 防护
Dos、DDos攻击
Dos、DDos防御
传输层 - SYN洪水攻击
传输层 - LAND攻击
应用层 - DNS劫持
网络安全
HTTP协议的安全问题
场景假设
单向散列函数
加密解密
对称加密
DES
3DES
AES
密钥配送问题
非对称加密
非对称加密 - 使用
混合密码系统
混合密码 - 加密
混合密码 - 解密
混合密码 - 加密解密流程
数字签名
数字签名 - 过程
数字签名 - 过程改进
数字签名 - 整体流程
数字签名 - 疑惑
非对称加密、数字签名 - 总结
公钥的合法性
证书
证书 - 使用
证书 - 注册和下载
网络攻击
网络通信中面临的4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
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
- ......
ARP欺骗 - 示例
假设主机C是攻击者, 主机A、B是被攻击者
① 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
② 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
③ 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)
④ 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
⑤ 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
⑥ C收到数据包后, 可以把它存起来后再发送给A, 达到窃听效果。C也可以篡改数据后才发送数据包给A
ARP欺骗 - 防护
① 静态ARP
② 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
③ 利用一些软件监听ARP的不正常变动
④ ...
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"或者"肉鸡"向特定的目标发动DoS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
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
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:
① 跳过发送最后的ACK信息
② 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)
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:
① 大多数防火墙都能拦截类似的攻击包, 以保护系统
② 部分操作系统通过发布安全补丁修复了这一漏洞
③ 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
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
网络安全
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
场景假设
Alice、Bob: 互相通信
Eve: 窃听者
Mallory: 主动攻击者
正常通信:
通信被窃听:
如何防止被窃听？
单向散列函数
单向散列函数(One-way hash function), 可以根据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, 无论消息是1bit、10M、100G, 单向散列函数都会计算出固定长度的散列值
单向散列函数 - 特点
- 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
- 具备单向性
单向散列函数 - 名称
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)
单向散列函数 - 常见的几种单向散列函数
MD4、MD5: 产生128bit的散列值, MD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, 384bit, 512bit
SHA-3: 全新标准
单向散列函数 - 如何防止数据被篡改
单向散列函数 - 应用 - 防止数据被篡改
单向散列函数 - 应用 - 密码加密
加密解密
对称加密 (对称密码):
非对称加密 (公钥密码):
对称加密
在对称加密(Symmetric Cryptography)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
DES(Data Encryption Standard)是一种将64bit明文加密成64bit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, 因此密钥长度实际上是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
3DES(Triple Data Encryption Algorithm), 将DES重复加密3次所得到的一种密码算法, 也叫作3重DES; 三重DES并不是进行三次DES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。
注意: 3个密钥都是不同的, 也称为DES-EDE3
注意: 如果所有密钥都使用同一个, 则结果与普通DES是等价的
注意: 如果密钥1、密钥3相同, 密钥2不同, 称为DES-EDE2
AES
AES(Advanced Encryption Standard)取代DES成为新标准的一种对称加密算法, 又称Rijndael加密法; AES的密钥长度有128、192、256bit三种; 目前AES已经逐步取代DES、3DES, 成为首选的对称加密算法
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, 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?
- 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
在非对称加密(Asymmetric Cryptography) 中, 密钥分为加密密钥、解密密钥两种, 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, 不能公开, 因此也成为私钥 (private key)
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
非对称加密 - 使用
① 由消息的接收者, 生成一对公钥、私钥
② 将公钥发给消息的发送者
③ 消息的发送者使用公钥加密消息
④ 非对称加密的加密解密速度比对称加密要慢
RSA: 目前使用最广泛的非对称加密算法
混合密码系统
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有SSL/TLS都运用了混合密码系统
混合密码 - 加密
会话密钥(session key): 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②③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)
混合密码 - 解密
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, 解密消息
混合密码 - 加密解密流程
场景: Alice发送消息给Bob
发送过程(加密过程):
① Bob先生成一对公钥, 私钥
② Bob把公钥共享给Alice
③ Alice随机生成一个会话密钥(临时密钥)
④ Alice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
在通信过程中需要保证消息的准确性, 即需要识别消息是否被篡改, 伪装等
在数字签名技术中，有以下两种行为:
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？答: 用消息发送者的私钥进行签名
数字签名 - 过程
数字签名 - 过程改进
数字签名 - 整体流程
数字签名 - 疑惑
1. 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
2. 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
3. 数字签名的作用:
① 确认消息的完整性
② 识别消息是否被篡改
③ 防止消息发送人否认
非对称加密、数字签名 - 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
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, 公钥负责验签
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
全称为公钥证书(Public-key Certificate，PKC), 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
注意: 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
