网络安全与加密

网络传输安全

网络传输安全的要求

机密性 -> 明文传输有风险
完整性 -> 被篡改，或在传输过程中损坏
身份验证 -> 会不会伪装成被访问的主机

加密算法

• 单向加密
  MD4 MD5 SHA1 SHA192 SHA256 SHA256384 CRC-32：循环冗余校验码

  单向加密的特点
  输入一样：输出必然一样
  雪崩效应：输入的一点改变，将会引起特征码的巨大改变
  定长输出：无论原始数据多少，结果大小都是相同的
  不可逆

• 对称加密
  DES(数据加密标准 56bit) 3DES AES(高级数据加密标准 128bit秘钥长度->还有192,256,512) Blowfish
• 非对称加密/公钥加密（加密/签名）-> 身份认证（数字签名），数据加密，密钥交换
  RSA DSA ElGamal

秘钥成对：公钥§ 私钥(S)
公钥加密的，只能用成对的私钥解密，但公钥很少用来加密数据，因为速度太慢，一般是私钥加密公钥解密

网络密钥交换协议

• 网络密钥交换协议（Internet Key Exchange,IKE）
  Diffie-Hellman协议

  需要在网络中传输四个数：p大素数,g生成数,g^x %p,g^y %p 最终秘钥：g^xy%p
  x,y是双方分别生成，不在网络中传输的随机数

数字证书

• 数字证书
  在互联网通讯中标志通讯各方身份信息的一个数字认证，人们可以在网上用它来识别对方的身份。
• 证书颁发机构(CA)
  是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。
• 公钥基础设施(Public Key Infrastructure)PKI
  PKI体系是计算机软硬件、权威机构及应用系统的结合。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。
• 证书保存格式
  x509 pkcs12

  主要包含的信息：公钥及其过期时间，证书的合法拥有者，证书该如何被使用，CA的信息，CA签名的校验码等

实现PKI的协议

TLS/SSL，OpenPGP

SSL

• SSL->TLS （TLSv1 = SSLv3）
  安全套接字协议
• HTTPS
  HTTPS = HTTP+SSL
  FTPS = FTP+SSL

  笔者这里把SSL理解成位于网络的4.5层的协议，与上层的应用层协议组合，就有了各种应用层安全服务协议

OpenSSL

SSL的开源实现

libcrypto->通用加密库
libssl->TLS/SSL的实现
openssl->多用途命令行工具

如何保证网络传输安全

机密性

• 用加密算法给数据加密
  明文 --加密(转换规则)–> 密文
  明文 <–解密(转换规则)-- 密文
• 对称加密与非对称加密
  加密算法(较固定)+秘钥(保证了机密)
  对称加密（加密和解密用同一个秘钥）
  ->安全性能低
  ->需要为每个会话维护一个秘钥
  非对称加密
  安全性能高、只需要维护一组秘钥

完整性

• 用单向加密提取数据特征码
  -> 为避免被篡改 ->加密特征码 -> 如何约定该密码（防止被第三方获取密码）-> 秘钥交换（Internet Key Exchange,IKE）

身份验证

• 采用非对称加密，发送方用自己的私钥加密，对方用公钥能解密，就能验证发送方的身份
• 非对称加密，无法避免一开始发送方就是冒充的
  通过第三方发证机构(CA)，获取数字证书
  站点将相关信息提交给CA （站点信息，服务器地址，站点的公钥）-> 提取特征码 -> CA用自己的私钥加密特征码(即数字签名) -> 即：数字证书=数据+数字签名

最终解决方案(即SSL的解决方案)

A是发送方，B是接收方
CA是彼此双方都信任的证书颁发机构，即都有CA的机构数字证书

1. A将自己的公钥等信息提交给CA
2. 该信息会被提取特征码 -> 保证数据的完整性
3. CA用自己的私钥加密特征码
4. CA生成数字证书
5. A拿到CA为自己做的数字证书
6. 通信时，B接收到对方的数字证书
7. B通过CA机构证书上的公钥解密A的数字证书的数字签名，能解密，说明该证书确实是认同的机构颁发的 -> 实现了对A的身份验证
8. B从A的数字证书中获取到A的公钥
9. A生成要发送的业务数据->通过数据提取特征码->用自己的私钥给特征码加密
10. A生成一段随机数，作为对称加密的密钥，B通过IKE协议获取对称加密的密钥
11. A用该随机数作为对称秘钥加密包含特征码的整个数据
12. A用B的公钥为该随机数加密
13. B拿到数据->用自己的私钥解密对称秘钥->用获取到的对称秘钥解密剩下的数据->在这些数据中，用A公钥获取特征码 -> 从业务数据中提取特征码并做验证

结合到HTTPS：TCP三次握手->客户端发起请求到服务器端->协商建立SSL会话 -> 上述过程
HTTPS服务器可选择使用单向验证还是双向验证,一般都是单向验证