计算机网络中的安全（1）

1、什么是网络安全

网络安全包含以下四个方面：

（1）机密性，即发送的数据在一定程度加密使截获者无法理解；

（2）报文完整性，发送的内容没有被恶意篡改或意外改动；

（3）端点鉴别，即发送数据的对方就是他所声称的身份，而不是别人伪造的；

(4)运行安全性，能够反制对机构网络的攻击。

2、密码学简介

密码学的组成部分

2.1对称密钥密码机制

密码算法基本思想就是用一种东西替换另一种东西。

凯撒密码：每个字母用它后面第k个字母替代，缺点是很容易被破译。

改进方法：（1）单码替代密码，无规律地替代。

（2）多码替代密码，使用两个凯撒密码C1和C2，加密时以某种顺序循环如C1 C2 C2 C1  C2

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根据入侵者破解密码难易程度可分为三种情况：

(1)唯密文攻击，只能截取到密文，对明文一无所知

(2)已知明文攻击，入侵者知道了其中一些（明文，密文）的匹配

（3）选择明文攻击，入侵者能够选择某一明文并得到该明文的密文。

对称加密技术主要分为流密码和块密码。

块密码：要加密的报文被分为K比特的块，每块被独立加密，比如K比特的明文块映射成K比特密文块。

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当k ＝3时，有8！＝40320种映射

当k ＝64维护一张具有2^64的输入值表很困难。一般用函数模拟排列表。

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目前流行的块密码有DES 、3DES、AES。

密码块链接

对于长报文加密，经常出现的数据段（如HTTP/1.1）被加密成一样的密文，可能会被攻击者猜出其明文，为解决这个问题，在每段明文块中引入随机数，进行异或再转为密文。

这样又引入了新问题，传输的数据量几乎增大了一倍因为每个明文块要加一个随机数，解决方法是仅第一个数据块引入随机数，后面的明文块以前一个密文快作为随机数。称为密码块链接（CBC：Cipher Block Chaining）。

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2.2 公开密钥加密

对称密钥的缺点是进行密文传输前双方要先进行通信商定好密钥。

公开密钥每个人有一个公钥和一个只有自己知道的私钥，发送方用公钥加密，接收方用自己私钥解密。

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2.2.1 RSA算法简介

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算法的推演有点晕，总的来说RSA基于这样的事实：给定了公钥n,想破解私钥的人没法快速把他分解成pq两个素数的乘积，如果已知p 和q,给定公开值e,很容易算出私钥d;如果存在因素分解一个数的快速算法那么RSA也是不安全的。

3、报文完整性和数字签名

数字签名是为了保证报文完整性没有被篡改，端点鉴别是为了保证Bob收到的报文确实是源自Alice。

3.1密码散列函数

密码散列函数H需要保证：找不到任意不同报文使得H（x）＝H(y)

有MD5和SHA-1等散列算法

3.2 报文鉴别码

如果第三方攻击者（Trudy）伪造报文，用同样的散列算法生成散列伪装是Alice，那Bob将无法知道。

因此Alice和Bob需要共享一个鉴别密钥生成报文鉴别码（MAC：message authentication code)

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3.3 数字签名

数字签名是为了保证来自Bob的报文确实是Bob本人发的，必须是对于Bob是独特的密钥作用于报文上，

这跟MAC很像，但是是不同概念，MAC无法保证密钥是独特唯一的。

首先取得报文的散列，然后用私钥加密该报文，因此数字签名既保证完整性又验证了该报文的源，是一种技术含量更高的技术，而MAC不涉及公开密钥加密不涉及对称密钥加密。

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3.4 公钥认证

数字签名的一个重要应用就是公钥认证，即证实一个公钥属于某个特定实体。通常由认证中心（CA：certification Authority ）来完成。认证一个实体真实身份并颁发证书，证书里将其身份和公钥绑定在一起。

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4、端点鉴别

端点鉴别就是一个实体向另一个实体证明其身份的过程。

ap1.0(authentication protocol)

只是说一句我是Alice

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ap2.0

用IP地址证明自己，但是IP层的包头也可以伪造

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ap3.0

加上了口令，但是如果被切听了，别人也可以说这样的口令

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ap 3.1

将口令加密，但是窃听者也可以完全窃听加密的口令啊，不能解决鉴别问题，称为回放攻击（playback attack）。

ap4.0

使用不重数。

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至此终于把密码学的一些东西总结完了！