软考-认证技术原理与应用

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by 2023年10月

网络安全认证技术是指通过密码、数字证书、生物特征识别等手段，对使用网络的用户身份进行验证和授权，提高网络信息系统的安全性。

常见的网络安全认证技术包括：

1. 密码认证：用户输入正确的账号和密码，系统验证通过后允许用户访问。

2. 数字证书认证：使用数字证书对用户的身份进行认证，数字证书由CA（证书授权机构）签发，具有可信性、不可伪造性和不可篡改性。

3. 生物特征识别认证：利用用户的生物特征信息如指纹、虹膜、人脸等对用户身份进行验证。

4. 二步认证：通过同时使用密码和手机短信验证码、手机应用程序验证等多个验证手段来提高用户身份验证的安全性。

在具体的网络应用中，网络安全认证技术可应用于各种场景，如企业内部网络安全、电子商务支付安全、移动互联网场景安全等。

网络安全认证技术的应用可以提高网络系统的安全性和保密性，防止未经授权的用户访问和信息泄露，保护用户的数据隐私和利益。

认证概念

认证是一个实体向另外实体证明其所声称的身份的过程。需要被证实的实体是声称者，负责检查确认声称者的实体是验证者
认证一般由标识(ldentification)和鉴别Authentication)两部分组成。标识是用来代表实体对象(如人员、设备、数据、服务、应用)的身份标志，确保实体的唯十性和可辨识性，同时与实体存在强关。鉴别一般是利用口令、电子签名、数字证书、令牌、生物特征、行为表现等相关数字化凭证对实体所声称的属性进行识别验证的过程。

常见的认证依据主要有四类

1. 所知道的秘密信息：实体（声称者）所掌握的秘密信息，如用户口令、验证码等。
2. 所拥有的实物凭证：实体（声称者）所持有的不可伪造的物理设备，如智能卡、U 盾等
3. 所具有的生物特征：实体（声称者）所具有的生物特征，如指纹、声音、虹膜、人脸等
4. 所表现的行为特征：实体（声称者）所表现的行为特征，如鼠标使用习惯、键盘敲键力度、地理位置等

认证原理

认证机制由验证对象、认证协议、鉴别实体构成
按照对验证对象要求提供的认证凭据的类型数量，认证可以分成单因素认证双因素认证多因素认证。
根据认证依据所利用的时间长度，认证可分成一次性口令(OTP)、持续认证。
OTP用于保护口令安全，防止口令重用攻击，OTP 常见实例如使用短消息验证码
持续认证是指连续提供身份确认，其技术原理是对用户整个会话过程中的特征行为进行连续地监测，不间断地验证用户所具有的特性。持续认证是一种新兴的认证方法，其标志是将对事件的身份验证转变为对过程的身份验证。持续认证所使用的鉴定因素主要是认知因素(Cognitive factors)、物理因素(Physiologicafactors)、上下文因素(Contextual factors)。

认证类型

认证类型可分成单向认证、双向认证和第三方认证。
单向认证是指在认证过程中验证者对声称者进行单方面的鉴别，而声称者不需要识别验证者的身份。单向认证的技术方法有两种实现：基于共享秘密、基于挑战响应。
双向认证是指在认证过程中，验证者对声称者进行单方面的鉴别，同时，声称者也对验证者的身份进行确认。参与认证的实体双方互为验证者。
第三方认证是指两个实体在鉴别过程中通过可信的第三方来实现。

认证技术和方法

以下是几种常见的认证技术方法：

1. 密码认证：用户在登录时输入用户名和密码，系统验证密码的正确性以确保用户的身份。

2. 生物识别认证：通过用户的生物特征信息进行认证，如指纹、虹膜、面容等。

3. 数字证书认证：使用公钥加密技术，通过数字证书对用户进行身份验证，数字证书包括用户身份信息、公钥等信息。

4. 令牌认证：用户携带令牌（如硬件令牌或软件令牌）进行认证，系统验证令牌的正确性以确定用户的身份。

5. 单点登录认证：用户只需登录一次，即可在多个应用系统上使用相同的身份信息，通过单一的认证系统进行认证。

6. LDAP认证：使用LDAP（轻量目录访问协议）协议进行认证，LDAP是一种目录服务协议，可以将用户身份信息存储在目录中，通过LDAP进行认证。

7. OAuth认证：OAuth是一种授权协议，允许用户授权第三方应用访问其受保护的资源，以进行认证和授权。

这些认证技术方法各有优缺点，可以根据具体应用场景选择适合的认证技术。

口令认证
口令认证技术是最常见的认证技术之一，它通过验证用户所提供的用户名和密码来确认用户身份。口令认证技术主要包括以下几个方面：

• 口令设置：用户需要设置一组固定的口令，通常要求用户设置密码的长度、复杂度、有效期等。

• 口令传输：用户提交口令时，需要对口令进行传输加密，以防止被黑客截获和破解。

• 口令存储：系统需要将用户的口令进行存储，但是为了保护口令，需要采用加密算法将口令存储在数据库中。

• 口令校验：用户提交口令后，系统会与数据库中存储的口令进行比对，如果匹配，表示用户身份合法，否则认证失败。

• 口令策略：为了保证口令的安全性，系统需要制定一些口令策略，如口令长度、口令复杂度、口令有效期等，并对用户进行强制性规定。

口令认证技术最大的优点是简单易用，用户只需要记住自己的口令即可，但是也存在一些安全风险，如用户使用弱口令、使用相同的口令等都容易被黑客攻击。因此，口令认证技术需要与其他认证技术相结合，才能更好地保证系统的安全性。

口令认证是基于用户所知道的秘密而进行的认证技术。一般安全要求把口令进行加密变换后存储，口令非明文传输。口令认证的优点是简单，易于实现。口令认证的不足是口令信息容易泄露、容易受到攻击，主要攻击方式有窃听、重放、中间人攻击、口令猜测等。要实现口令认证的安全，应至少满足以下条件：

• 口令信息要安全加密存储
• 口令信息要安全传输
• 口令认证协议要抵抗攻击符合安全协议设计要求
• 口令选择要求做到避免弱口令

智能卡

智能卡是一种带有存储器和微处理器的集成电路卡能够安全存储认证信息，并具有一定的计算能力。智能卡认证根据用户所拥有的实物进行。
缺点:可能丢失或被伪造

生物特征认证

生物特征认证是一种通过采集并比对个人生物特征信息来确认用户身份的认证技术。个人生物特征是指人类在体态、面部、语音、指纹、虹膜、视网膜、掌纹等方面的个体特征。

生物特征认证技术主要包括以下几个方面：

1. 生物特征采集：利用各种传感器，采集用户的生物特征信息。例如，通过指纹传感器采集用户指纹图像，通过摄像头采集用户面部特征。

2. 生物特征处理：对采集到的生物特征进行数字化处理，将其转换为计算机可识别的特征向量。

3. 特征匹配：对用户的生物特征向量与已注册的特征向量进行比对。如果比对成功，则认为用户身份合法，否则认证失败。

4. 特征存储：系统需要将用户的生物特征信息存储在数据库中，以便后续认证时使用。但是为了保护用户隐私，需要对特征信息进行加密存储。

5. 假冒攻击识别：生物特征认证技术需要防范假冒攻击，例如黑客使用假指纹进行认证。因此，需要在认证过程中通过多种方式进行安全措施，如增加图像/视频质量控制，引入活体检测等。

相比于传统的口令认证技术，生物特征认证技术更加安全、便捷和准确，但是也存在一定的局限性，例如生物特征数据的保护、不同采集设备的兼容性等问题。因此生物特征认证技术需要综合考虑多种因素，选择适合特定场景的认证方式。

Kerberos认证

Kerberos是一种计算机网络认证协议，经常用于确保计算机网络上的合法用户的身份，它可以验证客户端和服务器之间的身份，并提供机密性和完整性保护。Kerberos是基于对称密钥加密的，由麻省理工学院设计并逐渐得到了广泛的采用。

Kerberos认证协议中涉及到了四个实体，分别是Kerberos服务器、客户端、服务端和票据授权中心（TGS）：

1. Kerberos服务器（KDC，Key Distribution Center）：负责存储和分发共享密钥和票据，是Kerberos认证系统的核心部分。

2. 客户端（Client）：请求TGT和Service Ticket，并使用这些票据进行认证和访问服务。

3. 服务端（Service Server）：接收客户端请求，并使用服务票据进行认证和授权访问。

4. 票据授权中心（TGS，Ticket Granting Server）：负责颁发Service Ticket给客户端，并进行后续认证和授权访问服务。

Kerberos主要是利用会话密钥在客户端和服务器之间进行身份验证，并保证后续通信的安全性。它的工作流程如下：

1. 客户端通过提供用户名和口令，向Kerberos服务器请求TGT（Ticket Granting Ticket）。
   Kerberos服务器接收到请求后，使用预共享密钥加密TGT并返回给客户端。
2. 客户端进行解密后得到TGT，保存在本地缓存中，同时向Kerberos服务器请求服务票据（Service Ticket）。
3. Kerberos服务器接收到请求后，使用TGT生成一个服务票据并返回给客户端。
   客户端使用服务票据向服务端请求访问服务资源。
4. 服务端接收到请求后，使用自己的密钥检验服务票据，如果有效，就为客户端提供服务访问。

Kerberos的优点是具有更好的安全性、可扩展性和互操作性，因此在大多数企业中得到了广泛的使用。

Kerberos认证协议的优点：

1. 安全性高：Kerberos采用票据机制，避免了明文密码传输和存储，提高了系统的安全性。

2. 灵活性好：Kerberos认证可用于多种应用场景，包括Web应用、操作系统、数据库等，支持多种加密算法和认证方式。

3. 中心化管理：Kerberos服务器作为认证的中心，能够对用户身份、访问权限进行统一管理，提高管理效率。

4. 互操作性强：Kerberos是一个开放的标准认证协议，支持多种操作系统和平台，多个实体之间可以相互通信。

Kerberos认证协议的缺点：

1. 单点故障：Kerberos服务器是整个认证系统的核心，如果服务器出现故障，将会使整个系统失效。

2. 服务器的性能瓶颈：如果在大量应用场景下使用Kerberos，可能会导致Kerberos服务器性能瓶颈。

3. 管理复杂：由于Kerberos需要对认证信息、密钥、票据等密钥进行管理，因此需要专门的管理人员进行维护和管理，增加了管理复杂性。

公钥基础设施技术

公钥基础设施(PKI)技术
Public Key lnfrastructure(PKI)公开密钥基础设施是一个包括硬件、软件、人员、策略和规程的集合，用来实现基于公钥密码体制的密钥和证书的产生、管理、存储、分发和撤销等功能。X509是公钥基础设施(PKI)Cmk liz的标准格式。
PKI产生的原因:公铜密码体制实现加密、识别和认证服务。但简单地直接使用公钥密码算法存在较为严重的安全问题:除了保密性之外，公钥密码可信分发也是其所面临的问题，即公钥的真实性和所有权问题。因此针对这些问题，我们采用“公钥证书”的方法来解决，类似身份证、护照。公钥证书是将实体和一个公钥绑定并让其他的实体能够验证这种绑定关系
t发
PKI需要一个可信第方来担保实体的身份，这个第三方称为认证机构简称CA(Certification Authority)。CA负责颁发证书，证书中含有实体名、公钥以及实体的其他身份信息。而PKIPublic Key nfrastructure)就是有关创建、管理、存储、分发和撤销公钥证书所需要的硬件、软件、人员、策略和过程的安全服务设施。基于PKI的主要安全服务有身份认证、完整性保护、数字签名、会话加密管理、密钥恢复。

公钥基础设施（PKI）技术是一种安全通信中常用的技术，用于管理和分发数字证书。PKI技术包括以下组件：

1. 数字证书：一份包含公钥和证书持有人身份信息的数字文档，由证书颁发机构（CA）签发。

2. 证书颁发机构：是一个可信的第三方机构，负责签发、验证、撤销和管理数字证书。

3. 证书吊销列表：一份公开的列表，包含所有已被撤销的数字证书。

4. 数字签名：一种将数据与发送方身份绑定的技术，使用发送方的私钥对数据进行签名，接收方使用发送方的公钥进行验证。

5. 公钥加密：一种加密通信方式，使用接收方的公钥对数据进行加密，只能使用接收方的私钥进行解密。

6. 证书存储：一种用于存储数字证书和密钥的安全介质，包括硬件安全模块、智能卡等。

通过使用PKI技术，用户可以建立安全的通信连接，并确保通信中的数据不被篡改或窃取。PKI技术广泛应用于电子商务、在线银行、电子政务等领域。

PKI中涉及到的主要实体有以下几个：

1. 证书颁发机构（Certification Authority，CA）：CA是一个可信的第三方机构，负责签发、验证、撤销和管理数字证书，是PKI中的核心实体。

2. 证书持有人（Certificate Holder）：持有数字证书的用户或设备，具有公私钥对和数字证书。

3. 证书使用者（Certificate User）：使用数字证书进行加解密等安全操作的用户或设备。

4. 证书吊销列表（Certificate Revocation List，CRL）：一份公开的列表，包含所有已被CA撤销的数字证书。

5. 注册机构（Registration Authority，RA）：负责验证证书持有人身份并向CA申请数字证书。

6. 时间戳服务器（Time Stamp Authority，TSA）：为数字证书及其相关信息提供时间戳，确保数字证书具有可靠的时间戳信息，防止证书伪造或篡改。

各个实体的功能如下：

1. CA：签发、验证、撤销数字证书，管理证书吊销列表。

2. 证书持有人：持有数字证书，使用公私钥对进行加解密等安全操作。

3. 证书使用者：使用数字证书进行加解密等安全操作。

4. CRL：包含所有已被CA撤销的数字证书，提供给各个实体进行查询和验证。

5. RA：验证证书持有人身份并向CA申请数字证书。

6. TSA：为数字证书及其相关信息提供时间戳，确保数字证书具有可靠的时间戳信息。

单点登录(Single Sign On)是指用户访问使用不同的系统时，只需要进行一次身份认证，就可以根据这次登录的认证身份访问授权资源

基于人机识别认证利用计算机求解问题的困难性以区分计算机和人的操作，防止计算机程序恶意操作，如恶意注册、暴力猜解口令等。

多因素认证技术使用多种鉴别信息进行组合，以提升认证的安全强度。

基于行为的身份鉴别是根据用户行为和风险大小而进行的身份鉴别技术。基本信息获取用户个体画像，进而动态监控用户状态以判定用户身份。

快速在线认证(FIDO)Fast lDentity Online 使用标准公加密技术来提供强身份验证。FIDO的设计目标是保护用户隐私，不提供跟踪用户的信息，用户生物识别信息不离开用户的设备。FIDO 支持客户端不同的身份验证方法，如安全PIN 、生物识别(人脸、语音、虹膜、指纹识别)以及符合FIDO 标准要求的认证设备等。

认证技术主要产品类型包括系统安全增强、生物认证、电子认证服务、网络准入控制和身份认证网关5 类系统

1. 安全增强：利用多因素认证技术增强提作系统、数据库系统、网站等的认证安全强度。采用的多因素认证技术通常是U 盘+口令、智能卡 +口令、生物信息+ 口令等
2. 生物认证：利用指纹、大脸、语音等生物信息对人的身份进行鉴别。目前市场上的产品有人证核验智能终端、指纹U 盘、人脸识别门禁、指纹采集仪、指纹比对引擎、人脸自动识别平台。
3. 电子认证服务：电子认证服务机构采用PKI 技术、密码算法等提供数字证书申请、颁发、存档、查询、废止等服务，以及基于数字证书为电子活动提供可信身份、可信时间和可信行为综合服务。目前国内电子认证服务产品有数字证书认证系统、证书管理服务器、可信网络身份认证、SSL 证书、数字证书服务、时间戳公共服务平台、个人多源可信身份统一认证服务平台等。
4. 网络准入控制：采用基于802.1X 协议、Radius 协议、VPN 等的身份验证相关技术，与网络交换机、路由器、安全网关等设备联动，对入网设备(如主机、移动PC、智能手机等)进行身份认证和安全合规性验证防范非安全设备接入内部网络。
5. 身份认证网关：利用数字证书、数据同步、网络服务重定向等技术，提供集中、统一的认证服务，形成身份认证中心，具有单点登录、安全审计等安全服务功能

认证技术产品的评价指标可以分成三类，即安全功能要求、性能要求和安全保障要求。

认证技术常见应用场景

认证技术常见应用场景包括：

1. 计算机系统登录：用户必须通过用户名和密码等认证信息登录系统才能获得访问权限。

2. 网络安全：企业网络内部、外部、局域网、广域网等多个环节的数据传输安全都需要通过认证技术来保护。

3. 金融安全：金融行业中的网上银行、支付宝等在线支付平台，需要通过认证技术来识别和保护用户的身份和交易信息。

4. 物理安全：高安全级别的场所如军事区域、核电站、化工厂等，需要通过生物识别、智能卡等认证技术来保证只有授权人员才能进入。

5. 医疗健康：医疗卫生领域中的电子病历、电子处方、健康档案等信息需要采用认证技术保护隐私和安全。

6. 版权保护：数字版权保护、数字水印等技术需要确保只有授权用户才能获取相关内容。

7. 社交媒体：包括社交平台、电子邮件、聊天应用等，需要通过身份认证技术来保证用户信息的安全和隐私。