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● Diffie-Hellman密钥交换 Diffie-Hellman是一种确保共享KEY安全穿越不安全网络的方法,它是OAKLEY的一个组成部分。Whitefield与Martin Hellman在1976年提出了一个奇妙的密钥交换协议,称为Diffie-Hellman密钥交换协议/算法(Diffie-Hellman Key Exchange/Agreement Algorithm).这个机制的巧妙在于需要安全通信的双方可以用这个方法确定对称密钥.然后可以用这个密钥进行加密和解密.但是注意,这个密钥交换协议/算法只能用于密钥的交换,而不能进行消息的加密和解密.双方确定要用的密钥后,要使用其他对称密钥操作加密算法实际加密和解密消息。 a) 算法描述 Diffie-Hellman密钥交换算法的有效性依赖于计算离散对数的难度.简言之,可以如下定义离散对数:首先定义一个素数p的原根,为其各次幂产生从1 到p-1的所有整数根,也就是说,如果a是素数p的一个原根,那么数值 a mod p, a2 mod p, ..., ap-1 mod p 是各不相同的整数,并且以某种排列方式组成了从1到p-1的所有整数. 对于一个整数b和素数p的一个原根a,可以找到惟一的指数i,使得 b = ai mod p 其中0 ≤ i ≤ (p-1) 指数i称为b的以a为基数的模p的离散对数或者指数.该值被记为inda ,p(b). 基于此背景知识,可以定义Diffie-Hellman密钥交换算法.该算法描述如下: 1、有两个全局公开的参数,一个素数q和一个整数a,a是q的一个原根； 2、假设用户A和B希望交换一个密钥,用户A选择一个作为私有密钥的随机数XA； 3、用户A产生共享秘密密钥的计算方式是K = (YB)XA mod q.同样,用户B产生共享秘密密钥的计算是K = (YA)XB mod q.这两个计算产生相同的结果: K = (YB)XA mod q = (aXB mod q)XA mod q = (aXB)XA mod q (根据取模运算规则得到) = aXBXA mod q = (aXA)XB mod q = (aXA mod q)XB mod q = (YA)XB mod q 因此相当于双方已经交换了一个相同的秘密密钥； 4、因为XA和XB是保密的,一个敌对方可以利用的参数只有q,a,YA和YB.因而敌对方被迫取离散对数来确定密钥.例如,要获取用户B的秘密密钥,敌对方必须先计算 XB = inda ,q(YB) 然后再使用用户B采用的同样方法计算其秘密密钥K. Diffie-Hellman密钥交换算法的安全性依赖于这样一个事实:虽然计算以一个素数为模的指数相对容易,但计算离散对数却很困难.对于大的素数,计算出离散对数几乎是不可能的. 下面给出例子.密钥交换基于素数q = 97和97的一个原根a = 5.A和B分别选择私有密钥XA = 36和XB = 58.每人计算其公开密钥 YA = 536 = 50 mod 97 YB = 558 = 44 mod 97 在他们相互获取了公开密钥之后,各自通过计算得到双方共享的秘密密钥如下: K = (YB)XA mod 97 = 4436 = 75 mod 97 K = (YA)XB mod 97 = 5058 = 75 mod 97 从|50,44|出发,攻击者要计算出75很不容易。
b) 特点：不需要加密、实际开销低 c) 基本思想：利用有限域内计算离散对数的数学复杂性 d) 缺陷：容易受到中间人攻击
Diffie-Hellman算法变种：通过加入抵御中间人攻击的特性来增强算法 ● 安全套接字层 安全套接字层(Secure Sockets Layer SSL)及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密，在通信双方间建立了一个传输层安全通道。 a) SSL协议的工作流程： 服务器认证阶段：1）客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接；2）服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息；3）客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器；4）服务器恢复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。 用户认证阶段：在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。 b) 使用技术： 堆成加密（保密性）、消费认证码（数据完整性）、PKI（身份认证） 传输层安全（TLS）协议和无线传输层安全（WTLS）协议都是SSL的直系后代 SSL是一个分层协议，可分为两层： 低层包含SSL的记录协议； 高层由记录层传送的消息组成。 （包括改变密码规范协议、警报协议、SSL握手协议）
● IPSec “Internet 协议安全性 (IPSec)”是一种开放标准的框架结构，通过使用加密的安全服务以确保在 Internet 协议 (IP) 网络上进行保密而安全的通讯。Microsoft® Windows® 2000、Windows XP 和 Windows Server 2003 家族实施 IPSec 是基于“Internet 工程任务组 (IETF)”IPSec 工作组开发的标准。IPSec协议为网络层（IP）通信定义了一个安全框架和一组安全服务，协议的一部分用到了PKI。 IPSec 协议不是一个单独的协议，它给出了应用于IP层上网络数据安全的一整套体系结构，包括网络认证协议 Authentication Header（AH）、封装安全载荷协议Encapsulating Security Payload（ESP）、密钥管理协议Internet Key Exchange （IKE）和用于网络认证及加密的一些算法等。IPSec 规定了如何在对等层之间选择安全协议、确定安全算法和密钥交换，向上提供了访问控制、数据源认证、数据加密等网络安全服务。 a) 模式： 1. 隧道模式：用在网关和代理商，IPSec服务有中介系统实现，短接点并不知道使用了IPSec。
图 IPSec隧道模式数据包
图 IPSec轨道模式 2.传输模式：两个端节点必须都实现IPSec，而中介系统不对数据包进行任何IPSec处理。
图 IPSec传输模式数据包
图 IPSec传输模式 b) 安全特性 • 不可否认性 "不可否认性"可以证实消息发送方是唯一可能的发送者，发送者不能否认发送过消息。"不可否认性"是采用公钥技术的一个特征，当使用公钥技术时，发送方用私钥产生一个数字签名随消息一起发送，接收方用发送者的公钥来验证数字签名。由于在理论上只有发送者才唯一拥有私钥，也只有发送者才可能产生该数字签名，所以只要数字签名通过验证，发送者就不能否认曾发送过该消息。但"不可否认性"不是基于认证的共享密钥技术的特征，因为在基于认证的共享密钥技术中，发送方和接收方掌握相同的密钥。 • 反重播性 "反重播"确保每个IP包的唯一性，保证信息万一被截取复制后，不能再被重新利用、重新传输回目的地址。该特性可以防止攻击者截取破译信息后，再用相同的信息包冒取非法访问权（即使这种冒取行为发生在数月之后）。 • 数据完整性 防止传输过程中数据被篡改，确保发出数据和接收数据的一致性。IPSec利用Hash函数为每个数据包产生一个加密检查和，接收方在打开包前先计算检查和，若包遭篡改导致检查和不相符，数据包即被丢弃。 • 数据可靠性（加密） 在传输前，对数据进行加密，可以保证在传输过程中，即使数据包遭截取，信息也无法被读。该特性在IPSec中为可选项，与IPSec策略的具体设置相关。 • 认证 数据源发送信任状，由接收方验证信任状的合法性，只有通过认证的系统才可以建立通信连接 |
