密码学 密钥管理
密钥管理
出发点：在一种安全策略指导下的密钥产生，存储，分配，删除，归档和应用方案。
目的：维持系统各实体之间的密钥关系，抗击各种威胁：
1.密钥泄露
2.密钥和公钥身份真实性丧失
3.未授权使用
内容：产生，登记，装入，存储和保护，分配和密钥协定，使用控制，备份恢复，更新，撤销和销毁。
密钥类型
会话密钥：两个终端在一次通信中使用的密钥。用于加密文件时就叫文件密钥，加密数据时就叫数据加密密钥
密钥加密密钥：用于对会话密钥或文件密钥进行加密时采用的密钥。又称辅助（二级）密钥或密钥传送密钥。
主机主密钥：对密钥加密密钥加密的密钥，存于主机处理器
基本密钥：也叫初始密钥，用户密钥。由用户指定或者系统分配给用户的，可以在较长时间内由一对用户专用的密钥。
公钥体制下还有公开密钥，秘密密钥，签名密钥
密钥产生
密钥产生不当会导致密钥空间的减小和字典式攻击。
要尽可能随机等概率产生密钥。
不同等级的密钥产生不一样。
主机主密钥最重要，要保证完全随机。
密钥加密密钥可以伪随机或者安全算法产生
会话密钥可以通过密钥加密密钥和某些算法产生
初始密钥可以用类似主机主密钥的方式
密钥登记
将密钥和特定使用者绑定。
密钥装入
主机主密钥和终端主密钥装入时要有电磁屏蔽，装入后不可再读出，可间接验证。
会话密钥不存在装入问题
密钥保护
最好放在物理安全的地方。
否则要使用机密性和完整性服务来保护
公钥的存储：一次性发放给用户；用户存放在公共媒体上；利用公钥建立密钥环分散保存
密钥分配和密钥协定
密钥分配协议：系统内一个成员选择密钥，并安全传送给别的成员的协议。
密钥协定协议：系统内两个或多个成员在公开信道上联合建立秘密密钥，连个成员的密钥协定也称为密钥交换,如著名的hellman密钥交换。
一个是单成员确定，一个是协商确定。
主密钥的分配：将密钥切分成多部分，通过多种方式传输
密钥分配体制：
1.集中式：中心服务器负责密钥的分发，密钥的存储量和用户量差不多。代表Kerboros协议
2.分布式：用户协商密钥交换。例如Diffie-hellman密钥交换。但这个交换没有鉴别能力，不能抵抗中间人攻击。
密钥的分配技术：
1.静态分配：中心以脱线方式预分配
2.动态分配：请求-分发的在线分发技术
密钥的分配说明了一种密钥是由哪个主体分发到哪些主体的。而密钥的静态配置是密钥统一由KMC产生，分发，更换的集中式管理体制。
静态配置的管理体制分成：
1.点对点配置，此时单个体需要存储n-1密钥，整体密钥量为n^2
2.网状配置：此时用户统一和一个KMC交互，总密钥量为n。此时KMC容易成为整体的性能瓶颈。
3.星状配置：局部的网状配置再进一步集中到一个KMC，因此可以配置局部KMC，综合了密钥管理量和性能下的选择，是一种密钥的层次管理方案。
公钥分配方案
首先是著名的hellman密钥交换，这个协议可以被中间人攻击
主要是利用了解离散对数的复杂度来保证密钥不被获取，通过原根和选定的随机数密钥来进行密钥协定，通过幂运算的性质来协定密钥，但是中间人可以不停的截获并伪造双方的密钥，再进行转发从而进行攻击。
端到端协议，STS协议
假设用户的签名和验证算法是sig和ver，可信中心的签名和验证为 s i g sig sig和ver,用户有证书 ( I D ( u ) , v e r u , s i g T A ( I D ( u ) , v e r u ) ) (ID(u),veru,sig_{TA}(ID(u),veru)) (ID(u),veru,sigTA(ID(u),veru))
1.用户U随机选 x u ∈ z p x_u\in z_p xu∈zp计算 a x u m o d p a^{xu} mod p axumodp发给v
2.用户v随机选 x v ∈ z p x_v\in z_p xv∈zp计算 a x v m o d p , S v = s i g v ( a x u m o d p ∣ ∣ a x v m o d p ) a^{xv}modp,S_v=sig_v(a^{xu}modp||a^{xv}modp) axvmodp,Sv=sigv(axumodp∣∣axvmodp)，发送 ( C ( V ) , a x v m o d p , S v ) (C(V),a^{xv}modp,S_v) (C(V),axvmodp,Sv)发给u；同时计算 K = a x u x v K=a^{xuxv} K=axuxv
3.用户u计算 K = a x u x v m o d p K=a^{xuxv}modp K=axuxvmodp，用verv验证S_v,用ver_TA验证C(V)，计算 S u = s i g u ( a x u m o d p ∣ ∣ a x v m o d p ) S_u=sig_u(a^{xu}modp||a^{xv}modp ) Su=sigu(axumodp∣∣axvmodp)再把 ( C ( U ) , S u ) (C(U),S_u) (C(U),Su)发给V
4.V验证一下veru(Su)和ver_TA(C(U))
可以看到STS协议是一个密钥交换协议，其工作方式和hellman机制相同，但引入了TA的证书校验机构，在交换密钥的同时补充了身份认证的问题，因此解决了hellman算法的中间人攻击。身份认证核心思想在于数字签名算法和证书的作用。
证书起到的作用是：用户在TA完成了认证，只有TA可以签名，因此ID和ver是对的，但ID和ver是可以被监听的，因此用户要证明自己是id，同时用户进行了签名，用ver可以解出来，说明确实是这个用户在进行密钥交换。同理，另一个用户在检查完身份之后，也把自己的认证方式发了一遍，于是双方完成了身份鉴定。在这个过程中，同时完成了密钥交换和密钥的检验。
因此用户需要同时丢失证书和签名密钥时算法才能被攻击。
端到端协议，MIT协议
引入了证书，但是双方不进行签名。
可以看见MIT协议在用户丢失证书时可以进行中间人攻击。
密钥使用控制
目标是标识密钥的种类，使得密钥值和合法使用范围绑定起来。通常标识有：密钥拥有者，密钥标识符，有效时间，特定算法，特定使用环境和用户，密钥产生注册认证的实体，完整性检查
密钥长度
目标是保证系统安全，但是不能开销太大
确定长度的信息：保存信息的价值，信息的保密时间，信息的攻击者的资源情况
