1 根据以下的要求去设计一个简单的网络架构安全系统, 这个系统是为了管理和保护员工在跨国公司间的通讯。
你的系统必须要满足以下安全策略(security policies): 只有授权的员工才可以访问总公司的安全服务器。
只有使用特定Foreign Hosts 的客户才可以和在总公司和分公司的员工通讯。
若客户在总公司和分公司间是藉由Global Internet 通讯的话,必须要保护此通讯避免被外界窃听。
员工在使用Mobile Hosts 与总公司和分公司通讯之前必须要先被认证。
请指出你的安全系统所提供的安全服务,请说明部属这些服务的位置。
(50 分)
提示:假设在总公司和分公司间的员工都是值得信赖的。
另外,假设总公司和分公司间的通讯都是容易被窃听和窜改的。
答: 我的安全系统提供以下服务：
1. 机密服务
a) 在总公司和分公司的网络上部署"非联机取向的数据机密服务", 以保证总公司和分公司发出的信息都是加密信息。
b) 在Mobile Hosts 上部署"非联机取向的数据机密服务",以保证员工在使用Mobile Hosts 与总公司和分公司通讯的消息是加密消息
c) 在总公司和分公司的网络上部署"数据传输流的机密服务" ,以保证别人无法通过观察流量以获得信息。
2. 完整性服务
a) 在总公司的安全服务器、总公司和分公司员工的电脑、Foreign Hosts、Mobile Hosts 上部署"消息完整性服务" ,保证总公司和分公司藉由
Global Internet 通讯、使用Foreign Hosts 的客户与总公司和分公司的员工通讯、员工使用Mobile Hosts 与总公司或分公司通讯都不会被窜改
3. 认证服务
a) 在总公司的安全服务器上部署"资料来源认证服务" ,保证只有授权的员工才能访问总公司的安全服务器
b) 在总公司和分公司的员工计算机、Foreign Hosts 上部署"资料来源认证服务" ,确保只有使用特定Foreign Hosts 的客户才可以和在总公司和分公司
的员工通讯
c) 在总公司和分公司的员工计算机、员工的Mobile Hosts 上部署"资料来源认证服务" ,确保员工在使用Mobile Hosts 与总公司和分公司通讯之前
必须要先被认证
4. 访问控制
a) 在总公司的安全服务器上部署"访问控制服务" ,保证只有授权的员工才能访问总公司的安全服务器
5. 不可否认性
a) 在总公司和分公司的员工计算机、Foreign Hosts 上部署"不可否认性服务" ,确保客户与员工之间的通讯真实有效
6. 审核
a) 在总公司的安全服务器上部署"审核服务" ,确保可以分析安全服务器是否受到入侵。
7. Availability
a) 在总公司的安全服务器上部署"Availability 服务" ,确保安全服务器不受DDos 攻击。
2 协议设计者Random J 被告知要设计一个可以预防讯息被入侵者窜改的机制, Random J 决定要在每个讯息后面附上属于这个讯息的摘要(message digest),
为什么这样做无法解决此问题呢(我们已知有协议使用这样的技巧来增加其安全性) (10 分)
答: 因为入侵者可以窜改讯息或编造一个讯息, 由于哈希方法是公开的, 所以入侵者可以生成该讯息的摘要。
将窜改后的讯息加上摘要再发送出去,
这样接收方接到讯息后完全无法发现讯息被改过了。
3 假设Alice, Bob 和Carol 想要使用secret key 的方法来认证彼此。
如果他们三个共享一把secret key K,那么Bob 可以在Alice 面前伪装成
Carol(事实上,他们三个之中的任一个都可以对另一个人伪装成另外一个人)。
又如果他们三个每个人都有自己的secret key, Alice 使用KA,Bob
使用KB,Carol 使用KC。
这样他们就可以用自己的secret key 算出来的response 和challenge 来验证自己的身分。
请问这样的新方法是否比共享
一把secret key 的方法来的安全呢(10 分) 提示:Alice 需要知道什么来验证Carol 对Alice 的Challenge 的答案呢
答: 这个新方法必须还要有与kA、KB、kC 对应的公钥才能工作。
将kA、KB、kC 分别作为Alice, Bob 和Carol 的私钥,只有他们自己知道。
另外有KA、KB、KC 作为与私钥对应的公钥,三人都知道。
Carol 与Alice 通讯时先发送Challenge 给Alice,Alice 用kA 算出response 回送给
Carol,Carol 用KA 算出的Challenge 与之前送出的Challenge 对比,如果一致就说明与其通讯的肯定是Alice 了。
用这种方法Alice, Bob 和
Carol 互相通讯时都可以认证彼此,安全性比共享一把secret key 要高的多。
4 当我们要在电子文件上签上digital signature 的时候, 通常会把整份档案传到一个cryptographically strong hash function
产生message digest 做为digital signature。
请解释为何很难找到有两份文件有一样的digest 是很重要的一件事。
(10 分)
答:因为digital signature 是用private key 对message digest 加密后得到的结果。
如果两份文件有一样的digest,则产生的digital signature
也就完全一样,这样就无法确定哪份文件是真正签上digital signature 的。
这就代表两份文件有一样的digest 的几率与伪造的签署digital signature
文件的成功率成正比。
这个几率当然是越小越好,所以很难找到有两份文件有一样的digest 是非常重要的事情。
5 假设存在一个加密的算法使得拥有encryption key 和decryption key 的好人可以在key 长度的线性时间内运算完毕, 而没有key 的坏人想要破解此算
法只能去试所有可能的keys。
刚开始, 握有key 的好人拥有足够的运算能力可以很快得加解密讯息。
随着运算科技的进步, 好人和坏人都有比原本的运算
能力快两倍的计算机, 请问增加计算机的指令周期, 是对好人有利还是对坏人有利,亦或根本就没差呢(10 分)
答: 假设K 的长度为n,好人的速度为Sg,坏人的速度为Sb 则Sg = an,Sb = 2n 如果随着科技的进步,计算机的运算能力会越来越快,但是只要将key
的长度变得足够长, 还是可以使好人能够很快解密, 而坏人要花非常非常长的时间破解密码。
所以无论计算机的运算能力增长与否,对好人抑或是坏人来
说没什么差别。
6 在课堂上,我们学到了如何使用public key digital signature 来执行challenge-response authentication。
如同在课堂所提的,有一个使用public key
encryption 的类似机制,你可以设计这个机制吗(10 分) 提示:那个responder 必须执行只有自己才能执行的运算
答: 假设通信双方是Alice 与Bob。
Alice 的私钥为kA,公钥为KA。
Bob 的私钥为kB,公钥为KB Alice 先得到一个随机数Na,用KB 对其加密作为challenge
送给Bob。
Bob 收到challenge 后用kB 解密得到response,送回给Alice。
Alice 收到response 后与Na 比较,若一致则证明与其通信的是Bob。