網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)

第一節(jié) 網(wǎng)絡(luò)安全概述

一、基本概念

網(wǎng)絡(luò)安全通信所需要的基本屬性：

1. 機(jī)密性

2. 消息完整性

3. 可訪問與可用性

4. 身份認(rèn)證

二、網(wǎng)絡(luò)安全威脅

1. 竊聽

2. 插入

3. 假冒

4. 劫持

5. 拒絕服務(wù)DoS和分布式拒絕服務(wù)DDoS

6. 映射

7. 嗅探

8. IP欺騙


第二節(jié) 數(shù)據(jù)加密

數(shù)據(jù)加密

????\bullet ?明文：未被加密的消息

????\bullet ?密文：被加密的消息

????\bullet ?加密：偽裝消息以隱藏消息的過程，即明文\rightarrow 密文的過程.

????\bullet ?解密：密文\rightarrow 明文的過程

一、傳統(tǒng)加密方式

1. 替代密碼：用密文字母替代明文字母。

? ? 移位密碼加密函數(shù)：

? ??\color{red}{E_k(M)=(M+k)modq}

? ??E：加密過程

? ?M ：明文信息

? ?k?：密鑰，表示移幾位

? ??q：如果是26個字母，那q就是26

? ? 解密函數(shù)：

? ??\color{red}{D_k(C)=(K-k)modq}

? ??D：解密過程

? ??C：密文

? ???k：密鑰

2.?換位密碼：根據(jù)一定規(guī)則重新排列明文。

? ? 【例題】如果對明文“bob.i love you. Alice"，利用k=3的凱撒密碼加密，得到的密文是什么？利用密鑰 "nice" 進(jìn)行列置換加密后得到的密文是什么？

? ? 【答案】凱撒密碼加密后得到的密文是：

? ? ????"ere l oryh brx Dolfh"

? ? ????列置換密碼加密后得到的密文是：

? ? ????iex bvu bly ooo"

? ? 【解析】凱撒密碼：

? ? ????以明文字母b為例，M=2（b的位置為2），k=3，q=26，則：

? ? ????密文C=(M+k)modq=(2+3)mod26=5，對應(yīng)字母e，故b經(jīng)過加密轉(zhuǎn)為了e

? ? ????將明文全部替換后得到的密文 "ere l oryh brx Dolfh"

? ???????列置換密碼:

? ????? 密鑰 "nice" 字母表先后順序為 "4，3，1，2" ，因此，按這個順序讀出表中字母，構(gòu)成密文："iex bvu bly ooo"，（密鑰有幾位就有幾列，如果明文不夠就補(bǔ)x，然后按列讀?。?/p>

二、對稱密鑰加密

1. 對稱密鑰密碼：加密秘鑰和解密秘鑰相同（\color{blue}{密鑰保密}），例如用一個鎖將箱子鎖起來，這個鎖有2把相同的鑰匙，鎖好之后把另一把鑰匙派人送給他。

2. 對稱密鑰密碼分類：

? ? \bullet ?分組密碼：DES、AES、IDEA等。（分組處理）

? ? ? ? 1）\color{blue}{DES}（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）：56位密鑰，64位分組。（56位二進(jìn)制數(shù)，每位的取值是0或1，則所有的取值就是2^{56}個）

????????2）\color{blue}{三重DES}：使用兩個秘鑰（共112位），執(zhí)行三次DES算法。(用1個密鑰執(zhí)行一次加密，再用另一個密鑰執(zhí)行一次解密，共執(zhí)行三次)

????????3）\color{blue}{AES}（高級加密算法）：分組128位,密鑰128/192/256位。

????????4）IDEA：分組64位，密鑰128位。

? ? \bullet ?流密碼（挨個處理）

三、非對稱/公開密鑰加密

1. 非對稱密鑰密碼：加密密鑰和解密密鑰不同，\color{blue}{密鑰成對使用}，其中一個用于加密，另一個用于解密。（私鑰：持有人所有?公鑰：公開的）

2. 加密密鑰可以公開，也稱公開密鑰加密。

3. 典型的公鑰算法：

? ??\bullet ?Diffie-Hellman算法

????\bullet ?RSA算法


第三節(jié)?消息完整與數(shù)字簽名


一、消息完整性檢測方法

密碼散列函數(shù)

1. 特性：

? ??\bullet ?定長輸出；

? ??\bullet ?單向性（無法根據(jù)散列值逆推報文）

? ??\bullet ?抗碰撞性（無法找到具有相同散列值的兩個報文）

2. 典型的散列函數(shù)

? ??\bullet ?MD5：128位散列值

? ??\bullet ?SHA-1：160位散列值

二、報文認(rèn)證

報文認(rèn)證是使消息的接收者能夠檢驗收到的消息是否是真實的認(rèn)證方法。來源真實，未被篡改。

1.?報文摘要（數(shù)字指紋）

2. 報文認(rèn)證方法

????\bullet ?簡單報文驗證：僅使用報文摘要，無法驗證來源真實性

????\bullet ?報文認(rèn)證碼：使用共享認(rèn)證密匙，但無法防止接收方篡改

三、數(shù)字簽名

身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性、不可否認(rèn)性

1. 簡單數(shù)字簽名：直接對報文簽名

2. 簽名報文摘要


第四節(jié) 身份認(rèn)證

1. 口令：會被竊聽

2. 加密口令：可能遭受回放/重放攻擊

? ? 加密的口令可能會被截獲，雖然不知道口令是什么，但他將加密口令提交給服務(wù)器，說這是我加密的口令，這叫重放.

3. 加密一次性隨機(jī)數(shù)：可能遭受中間人攻擊

Alice發(fā)給Bob說她是Alice，但Bob說你要向我證明，Bob生成一個隨機(jī)數(shù)發(fā)給Alice，讓Alice用自己的私鑰進(jìn)行加密，加密后再把數(shù)據(jù)發(fā)給Bob，然后Bob再向Alice要公鑰進(jìn)行解密解出來的隨機(jī)數(shù)如果和Bob發(fā)給Alice的隨機(jī)數(shù)一樣的話，那就說明她是Alice。

這種方法會被中間人攻擊，Alice發(fā)送的私鑰加密被Trudy更換為自己用私鑰加密的數(shù)據(jù)然后發(fā)給Bob，公鑰也被Trudy換了，最后Bob用公鑰加密數(shù)據(jù)發(fā)給Alice，Trudy截獲了，用自己的私鑰進(jìn)行解密，獲得了數(shù)據(jù)。


第五節(jié) 密匙分發(fā)中心與證書認(rèn)證

密鑰分發(fā)存在漏洞：主要在密鑰的分發(fā)和對公鑰的認(rèn)證環(huán)節(jié)，這需要密匙分發(fā)中心與證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)解決

一、密鑰分發(fā)中心

雙方通信時需要協(xié)商一個密鑰，然后進(jìn)行加密，每次通信都要協(xié)商一個密鑰，防止密鑰被人截獲后重復(fù)使用，所以密鑰每次都要更換，這就涉及到密鑰分發(fā)問題。

基于KDC的秘鑰生成和分發(fā)

通信發(fā)起方生成密鑰，KDC進(jìn)行分發(fā)
KDC生成并分發(fā)密鑰

二、證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)

認(rèn)證中心CA：將公鑰與特定的實體綁定

1. 證實一個實體的真實身份；

2. 為實體頒發(fā)數(shù)字證書（實體身份和公鑰綁定）。


第六節(jié)?防火墻與入侵檢測系統(tǒng)

一、防火墻基本概念

防火墻：能夠隔離組織內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與公共互聯(lián)網(wǎng)，允許某些分組通過，而阻止其它分組進(jìn)入或離開內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的軟件、硬件或者軟硬件結(jié)合的一種設(shè)施。

前提：從外部到內(nèi)部和從內(nèi)部到外部的所有流量都經(jīng)過防火墻

二、防火墻分類

1. 無狀態(tài)分組過濾器

????基于特定規(guī)則對分組是通過還是丟棄進(jìn)行決策，如使用\color{blue}{訪問控制列表（ACL）}實現(xiàn)防火墻規(guī)則。

2. 有狀態(tài)分組過濾器

????跟蹤每個TCP連接建立、拆除，根據(jù)狀態(tài)確定是否允許分組通過。

3. 應(yīng)用網(wǎng)關(guān)

????鑒別用戶身份或針對授權(quán)用戶開放特定服務(wù)。

三、入侵檢測系統(tǒng)IDS

入侵檢測系統(tǒng)（IDS）：當(dāng)觀察到潛在的惡意流量時，能夠產(chǎn)生警告的設(shè)備或系統(tǒng)。


第七節(jié) 網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議

一、安全電子郵件

1. 電子郵件安全需求

????1）機(jī)密性

? ? 2）完整性

? ? 3）身份認(rèn)證性

? ? 4）抗抵賴性

2. 安全電子郵件標(biāo)準(zhǔn)：\color{blue}{PGP}

二、安全套接字層SSL

1. SSL是介于\color{blue}{應(yīng)用層}和\color{blue}{傳輸層}之間的安全協(xié)議.

2. SSL協(xié)議棧

????(傳統(tǒng)的TCP協(xié)議是沒有安全協(xié)議的，傳輸都是明文，所以在TCP上面設(shè)置SSL協(xié)議保證安全性)

3. SSL握手過程

????協(xié)商密碼組，生成秘鑰，服務(wù)器/客戶認(rèn)證與鑒別。

三、虛擬專用網(wǎng)VPN和IP安全協(xié)議IPSec

1. VPN

????建立在\color{blue}{公共網(wǎng)絡(luò)}上的安全通道，實現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶、分支機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)伙伴等與機(jī)構(gòu)總部網(wǎng)絡(luò)的安全連接，從而構(gòu)建針對特定組織機(jī)構(gòu)的專用網(wǎng)絡(luò)。

????關(guān)鍵技術(shù)：\color{blue}{隧道技術(shù)}，如IPSec。

2. 典型的網(wǎng)絡(luò)層安全協(xié)議——\color{blue}{IPSec}

????提供機(jī)密性、身份鑒別、數(shù)據(jù)完整性和防重放攻擊服務(wù)。

????體系結(jié)構(gòu)：認(rèn)證頭AH協(xié)議、封裝安全載荷ESP協(xié)議。

????運行模式：傳輸模式（AH傳輸模式、ESP傳輸模式）、隧道模式（AH隧道模式、ESP隧道模式）


小結(jié)：

本文主要介紹了網(wǎng)絡(luò)安全基本概念、數(shù)據(jù)加密算法、消息完整性與數(shù)字簽名、身份認(rèn)證、密鑰分發(fā)中心與證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)、防火墻與入侵檢測以及網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議等內(nèi)容。

\color{blue}{重難點}回顧：

1. 網(wǎng)絡(luò)安全基本屬性

2. 典型數(shù)據(jù)加密算法；

3. 消息完整性、數(shù)字前面以及身份認(rèn)證原理。

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