网安笔记07 协议的基本概念

协议的基本概念

定义：两个或多个参与者完成某任务采取的一系列步骤

有序；至少两个参与者；必须完成任务

仲裁协议

需要有仲裁方 arbitrator, 公正第三方，其他方信赖

对协议参加者无偏向；信息正确；帮助互不信赖实体完成任务

特点：

1. 计算机可能怀疑作为仲裁者的计算机
2. 设立仲裁者需要承担开销
3. 增加时延
4. 仲裁者对对话处理。可能成为系统瓶颈
5. 仲裁者会成为黑客攻击的目标

裁决协议

裁决人 adjudicator， 公正可信赖第三方，不直接参与协议。
参与者发生纠纷需要其裁决

• 无仲裁子协议, 双方协商好签署，没有第三方
• 裁决子协议 双方找第三方，双方提供者证据，第三方根据证据进行裁决

特点：

1. 双方诚实
2. 怀疑欺骗，则第三方根据证据裁定是否欺骗
3. 裁决协议应确定欺骗者身份
4. 只可检测欺骗，不可预防欺骗发生

自动执行协议：(self-enforcing)

1. 保证公平性
2. 无需仲裁者参与和解决争端
3. 一方企图欺骗另一方，另一方立刻检测欺骗发生，停止协议

好协议特点

1. 涉及各方须知协议细节
2. 各方遵守协议
3. 协议非模糊/清晰
4. 协议完整 —— 对所有情况要做出反应
5. 操作要么一方/多方计算， 要么各方之间传递

协议分类，密码协议

安全协议功能分类

1. 认证协议 authentication protocol —— 给实体提供关于另一个实体身份的确信度
2. 密钥建立协议 agreement/exchange/distribution protocol —— 两个通信实体之间建立共享密钥
3. 认证密钥简历 authenticated key/agreement/exchange/distribution —— 另一实体身份被验证，两个实体之间共享密钥

ISO七层参考模型分类

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1. 高层
2. 低层

根据算法分类

1. 双钥/公钥 协议 public
2. 单钥协议 secret
3. 混合协议 hybrid

密钥建立协议

密钥建立协议可在实体之间共享秘密

1. 共享秘密 通常作为 一次性会话密钥，可以扩展多方共享密钥建立 —— 如会议密钥建立
2. 协议可用单钥、双钥体制实现，借助可信赖第三方
3. 密钥建立协议
   1. 密钥传输 —— 密钥从实体传给另一个实体
   2. 密钥协商 —— 双方、多方共同信息建立共享密钥

会话密钥？

• 保密通信中，对每次会话用不同密钥加密，故交会话密钥。
• 密钥旨在持续范围内有效，结束会话后被清除

1. 单钥体制

1. A向T请求得到与Bob的会话密钥
2. T给A $E_{K_A}(Key)E_{K_B}(Key)$
3. A解密 $D_{K_A}(E_{K_A}(Key))=Key$
4. A给B $ E_{K_B}(Key)$
5. B解密 $D_{K_B}(E_{K_B}(Key))=Key$
6. AB之间用Key通信

2. 双密钥

1. A拿到B的公钥
2. A给B发送$E_{K_{BP}}(Key)$
3. B解密$D_{K_{BS}}(E_{K_{BP}}(Key))=Key$
4. AB会话密钥key进行通信

协议未对公钥合法性验证，无法抵抗自己人攻击

3. 中间人攻击 MITM

1. M截获A的公钥，然后发送M的公钥给B
2. M截获B的公钥，然后发送M的公钥给A
3. A和B采用的密钥都是M的公钥，加密信息可以被M破解

4. 联锁协议

1. A和B发送公钥给对方
2. . A用B的公钥加密，但只发送一半密文
3. B用A公钥加密，但只发送一半密文
4. A B 再将剩下的一半发给对方，组合后私钥解密

安全性讨论
中间人只获得一半密文的时候，数据对攻击者没有用处（攻击者无法解密）

如何实现？

• 分组加密算法
• 消息解密依赖初始化向量
• 发送的开始一半消息可以是加密消息的Hash函数，另一半消息可以是加密信息

5. 数字签名

1. A从T得到B的公钥证书
2. B从T得到A的公钥证书
3. A B 采用CA公钥验证CA签名正确性，获得对方公钥
4. 使用可信公钥通信

6. 密钥和消息传输

1. A生成随机数作为密钥K，对M加密
2. A得到B的公钥加密K
3. 发送给对方B
4. B先用私钥解密得到K
5. 再用K对M进行解密

7. 密钥和消息广播

1. A生成随机数K，对M加密
2. A得到B,C,D的公钥
3. A用B,C,D的公钥加密K，得到$E_{B_P}(K)E_{C_P}(K)E_{D_P}(K)$
4. A 广播加密消息与加密会话密钥
5. B C D均可以用私钥得到K并解密得到M

8.DH密钥交换

AB都知道两个大素数n和g，g是群(0,…,n-1)的本原元，整数公开

1. A选择大整数x，使得$X=g^{x}modn$
2. B选择大整数y，使得$Y=g^{y}modn$
3. A计算$K=Y^{x}modn=g^{xy}modn$
4. B计算$K=X^{y}modn=g^{xy}modn$

无法抵抗中间人攻击

认证建立协议

消息/数据源/实体认证 —— 欺骗、伪装攻击

传统方法：口令

• 容易被窃取，安全性弱

使用单项双向认证

单向函数

1. A给Host发送Passwd
2. Host得到$M{D}^{\prime }=H(P)$
3. Host将MD’与MD比较
4. 相同通过认证，反之拒绝

字典攻击，掺杂

单向函数加密口令文件容易遭受攻击。

• 可以使用常用口令获得密文，然后对比密文查看哪些内容重合 —— 字典攻击

使用掺杂应对

• 得到伪随机序列（可根据注册时间生成），与passwd级联后单向加密，削弱字典成功成功概率

Skey认证

一个认证程序

1. A键入随机数R
2. 计算$f(R),f^2(R)...,f^{100}(R)$,得到的值分别为$x_1,...,x_{100}$，将$x_{101}$和A的姓名存入数据库中
3. A登录的时候输入姓名和$x_{100}$,计算机计算$x_{101}$并比较
4. 相等通过认证
5. 计算机用$x_{101}$取代$x_{100}$，A保存$x_{101}$清除$x_{100}$

双钥

1. H给A发送随机数R
2. A给H发送$I{D}_A和E_{A_S}(R)$ （对R签名）
3. H检索A公钥，解密(验证签名)得到$R^{\prime }$
4. R == R’通过验证

H对A认证，但A没对H认证，单向认证

联锁协议

1. A和B交换公钥
2. A B 互相发送经过对方公钥加密的passwd
3. A B分别解密得到对方的Passwd

Mallory可以对此实现中间人攻击

SKID身份识别

SKID2/3使用单钥体制

1. A给B发送随机数$R_A$，RIPE规定64b
2. B给A发送随机数$R_B$ 和$H_K(R_A,R_B,B)=MAC(K,R_A||R_B||B)$
3. A计算 $H_K^{{}^{\prime }}(R_A,R_B,B)=MA{C}^{{}^{\prime }}(K,R_A||R_B||B)$ ,与B发送的值比较，成功认证Bob

不能抵抗中间人攻击

SKID3 双向SKID身份识别

前三步和SKID2一样

4. A给B发送 $H_K(R_B,A)=MAC(K,R_B||A)$
5. B算$H_K^{\prime }(R_B,A)$并比较，相等则认证

也无法抵抗中间人攻击

消息认证

1. A对M签名，并将签名发给B（可行
2. A用单钥对M加密，把密文发给B（不可行
3. A计算M的MAC值，把MAC发给B（不可行

密钥建立协议

1. 隐式密钥认证， A确定B的身份，只需要确认密钥
2. 密钥确认，A确信未身份识别的B确实有某个密钥
3. 显示密钥：A确信已身份识别的参与者有密钥

大嘴青蛙

1. A给T 发送$A,E_A(T_A,B,K)$
2. T给B 发送 $E_B(T_B,A,K)$
3. A和B得到K进行童话

关键： A可以生成好的会话密钥

Yahalom

1. A给B发送$A,R_A$
2. B给T发送$B,E_B(A,R_A,R_B)$
3. T给A发送$E_A(B,K,R_A,R_B),E_B(A,K)$
4. A解密第一条消息，提取$K$,验证$R_A$和第一步发送的$R_A$相同，然后发送给B ：$E_B(A,K)E_K(R_B)$
5. B用共享密钥对第一条消息解密，得到K，再用K得到$R_B$,验证是否与2中的$R_B$相同

Needham-Schoroeder

1. A给T发送$A,B,R_A$
2. T给A 发$E_A[R_A,B,K,E_B(A,K)]$
3. A解密得出K，验证$R_A$是否与1的相等，给B发 $E_B(A,K)$
4. B对消息解密得到K，生成随机数$R_B$,给A发送$E_K(R_B)$
5. A对消息解密得到$R_B$,生成$R_B-I$ (I是索引号码)，给B发送$E_K(R_B-I)$
6. B用K对消息解密，验证得到明文为$R_B-1I$

防止重放攻击
安全漏洞：旧的会话密钥仍有价值

Otway-Rees协议

1. A给B发 $I,A,B,E_A(R_A,I,A,B)$
2. B给T发 $I,A,B,E_A(R_A,I,A,B),E_B(R_B,I,A,B)$
3. T给B发 $I,E_A(R_A,K),E_B(R_B,K)$
4. B对收到的消息解密求出K,将属于A发的消息发给A $E_A(R_A,K)$
5. A解密得到K和$R_A$并验证

Kerberos

1. A给T发送 $A,B$
2. T给A发送$E_A(T,L,K,B)E_B(T,L,K,A)$
3. A对第一条消息解密求出K，给B发送消息$E_K(A,T),E_B(T,L,K,A)$
4. B对收到消息解密得到K，然后把$T+I$，K加密后发给A ：$E_K(T+I)$
5. A对收到消息解密得到$T+I$验证正确性

协议可行，但要求时钟域T的始终同步。
这个结果是把始终同步到安全的帝国是服务器的几分钟内，并在这个时间间隔内重放获得

EKE协议

1. A给 B发$A,E_P(K^{\prime })$
2. B给A发 $E_P[E_{K^{\prime }}(K)]$
3. A给B发 $E_K(R_A)$
4. B给A发 $E_K(R_A,R_B)$
5. A给B发 $E_K(R_B)$
6. B 用K对消息解密得到$R_B$认证

3-6是双向认证

秘密分拆协议

1. T生成随机串R， 长度等同M
2. $S=M\oplus R$
3. T把R分给A,把S给B
4. A和B将各自的比特串异或 $M=S\oplus R$

技术相对安全，每一部分本身没有价值

拆给四方

1. T生成 E,F,G
2. 异或得到$U=M\oplus E\oplus F\oplus G$
3. E给A F给B G给C U给D

但是如果任何一部分丢失了，且T不再，相当于该信息丢失了

秘密广播协议，会议密钥分配

密码协议安全性

缺陷存在原因

• 设计者误解密码技术
• 照搬了协议的某些特性
• 对某一特定环境盒安全需求研究不足

对协议的攻击

1. 已知明文攻击
2. 选择密文攻击
3. 预言者会话攻击
4. 并行会话攻击

分析

1. 攻击检验发
   1. 逐个对协议攻击，检验是否能抵抗。主要使用语言描述形式
2. 形式语言逻辑分析
   1. 用非专门语言盒验证工具对协议进行模型建立然后验证
   2. 开发专家系统
   3. 分析只是，新人逻辑
   4. 密码系统的代数特点进行验证