[网络协议]计算机网络：网络安全

网络安全

网络安全问题概述

网络信息安全的要害即防止通过改变知识状态造成不希望的后果

• 对信息进行窃取，会使窃取者知道信息拥有者不希望他知道的事情
• 对信息进行破坏，会使信息的拥有者失去对信息的拥有，不再知道他本来知道的事情

攻击类型分类：

• 被动攻击
  指攻击者从网络上窃听他人的通信内容，通常把这类攻击称为截获，又称为流量分析 (traffic analysis)

• 主动攻击

  • 篡改：故意篡改网络上传送的报文，有时也称为更改报文流
  • 恶意程序：种类繁多，对网络安全威胁较大的主要包括：病毒、蠕虫、特洛伊木马、逻辑炸弹、后门入侵、流氓软件等
  • 拒绝服务：指攻击者向互联网上的某个服务器不停地发送大量分组，使该服务器无法提供正常服务，甚至完全瘫痪
    • 分布式拒绝服务 DDoS (Distributed Denial of Service)：从互联网上的成百上千的网站集中攻击一个服务器：耗尽资源、网络带宽

计算机网络通信安全目标
4种基本安全服务
机密性（Confidentiality）
完整性（Integrality）
真实性（Authenticity）
不可抵赖性（Non-repudiation）

加密体制

加密方式有：

• 流（序列）密码
• 分组密码
  • 对称密钥密码体制
    
    加密密钥与解密密钥相同的密码体制
    优点：效率高、易实现
    缺点：密钥的分发和管理不易；安全性问题（需要另外的安全信道发送）；管理复杂性问题（N个人两两通信需要多少个秘钥？）
  • 公钥密码体制
    
    
    
    

数字签名

认证

在信息安全领域，对付被动攻击的重要措施是加密，而对付主动攻击中的篡改和伪造则要用认证 (鉴别)
认证使得通信的接收方能够验证所收到的消息 (发送者、消息内容、发送时间、序列等) 的真伪
在网络应用中，许多消息并不需要加密，应当使接收者能用更简单的方法认证消息的真伪
认证(authentication)与授权 (authorization)是不同的概念

• 授权涉及的问题是：所进行的过程是否被允许 (如是否可以对某文件进行读或写)

认证分为：

• 消息认证
  即认证所收到的消息的确是消息的发送者所发送的，而不是其他人伪造或篡改的，这就包含了端点认证和消息完整性认证
  数字签名能够实现消息认证，但利用该方法认证消息存在缺点：对较长的消息 (这是很常见的) 进行数字签名，会使计算机增加非常大的负担
  常用密码散列函数实现
  
  
  

  • MD5：基本思想
    用足够复杂的方法将消息的数据位充分 “弄乱”，消息摘要代码中的每一位都与原来消息中的每一位有关
  • SHA-1：基本思想
    要求输入消息长度小于 2^64位，输出码长为 160 位
    将明文分成若干 512 位的定长块，每一块与当前的报文摘要值结合，产生报文摘要的下一个中间结果，直到处理完毕
    共扫描 5 遍，效率略低于 MD5，抗穷举性更高
  • 消息认证码 MAC
    MD5等密码散列函数不能真正实现消息认证。可以防篡改，但不能防伪造（从消息到消息，无用户相关信息）
    为解决该问题（伪造问题），可采用消息认证码MAC (Message Authentication Code)。对散列进行一次加密（对称密码）或签名（非对称密码）
    
    

• 端点认证
  也称为实体认证，仅仅认证发送消息的实体，实体可以是一个人，也可以是一个进程 (客户或服务器)
  
  
  

密钥分配

密钥分配中心 KDC (Key Distribution Center)

• 常用的密钥分配方式是设立 KDC
• KDC 是大家都信任的机构，任务是给需要进行秘密通信的用户临时分配一个会话密钥 (仅使用一次)
  假设通信双方，即用户 A 和 B 都是 KDC 的登记用户，并已经在 KDC 的服务器上安装了各自和 KDC 进行通信的主密钥 (master key) KA 和 KB
• 典型的密钥分配协议是 Kerberos V5
  Kerberos 既是认证协议，同时也是 KDC
  Kerberos 使用比 DES 更加安全的高级加密标准 AES进行加密

互联网使用的安全协议

网络层安全协议

在IP中增加扩展报头 或 选项，传输消息摘要、签名等信息

传输层安全协议

(1) 协商加密算法
① 浏览器 A 向服务器 B 发送浏览器的 SSL 版本号和一些可选的加密算法
② B 从中选定自己所支持的算法（如RSA），并告知 A
(2) 服务器认证
③ 服务器 B 向浏览器 A 发送包含其 RSA 公钥的数字证书
④ A 使用该证书的认证机构 CA 公开发布的RSA公钥对该证书进行验证
(3) 计算会话密钥
由浏览器 A 随机产生一个秘密数；⑤ 用服务器 B 的 RSA 公钥进行加密后发送给 B
⑥ 双方根据协商的算法产生共享的对称会话密钥
(4) 安全数据传输
⑦ 双方用会话密钥加密和解密它们之间传送的数据并验证其完整性

应用层安全协议

PGP (Pretty Good Privacy)
一个完整的电子邮件安全软件包，包括加密、鉴别、电子签名和压缩等技术
PGP并没有使用什么新的概念，只是将现有的一些算法如 MD5、RSA，以及 IDEA 等综合运用而已
PGP 提供电子邮件的安全性、发送方认证、消息完整性

系统安全与安全防护思路的变化

防火墙

由软件、硬件构成的系统，是一种特殊编程的路由器，用来在两个网络之间实施访问控制策略
访问控制策略是由使用防火墙的单位自行制订的，为的是可以最适合本单位的需要
防火墙内的网络称为“可信的网络”(trusted network)，而将外部的网络称为“不可信的网络”(untrusted network)
防火墙可用来解决内联网和外联网的安全问题

防火墙的功能
阻止：即阻止某种类型的通信量通过防火墙 (从外部网络到内部网络，或反过来)
允许：功能与“阻止”恰好相反

两类主要的防火墙技术：

入侵检测系统 IDS (Intrusion Detection System)

• 防火墙：试图在入侵行为发生之前阻止所有可疑的通信，阻止入侵行为产生破坏效果
• IDS：在入侵已经开始，但还没有造成危害或在造成更大危害前，及时检测到入侵，以便尽快阻止入侵，把危害降低到最小
  • IDS 对进入网络的分组执行深度检查，当观察到可疑分组时，向网络管理员发出告警或执行阻断操作 (由于 IDS 的“误报”率通常较高，多数情况不执行自动阻断)
• IDS 能用于检测多种网络攻击，包括网络映射、端口扫描、DoS 攻击、蠕虫和病毒、系统漏洞攻击等