– 截获、伪造(拒绝服务)、修改(重放和改变消息)、 中断(伪装)； – 被动攻击：
被动攻击(截获)
消息内容泄露
通信量分析
被动攻击不对数据进行任何修改
2012-4-12 密码学与网络安全 32/12
攻击类型
• 理论概念：
– 截获、伪造(拒绝服务)、修改(重放和改变 消息)、中断(伪装)； – 主动攻击：
2012-4-12
密码学与网络安全
32/31
计算机非对称密钥加密算法
• 1977年，麻省理工学院的Ron Rivest、 Adi Shamir和Len Adleman开发了第一 个非对称密钥加密系统，称为RSA算法。 • 原理：如果一个大数N只有两个素数因 子A和B，则可生成一对密钥。一个为公 钥，一个是私钥。
2012-4-12Fra bibliotek密码学与网络安全
32/20
块替换加密法
• 块替换加密是把一块字母换成另一块字 母，而不是把一个字母换成另一个字母。
2012-4-12
密码学与网络安全
32/21
多码替换加密法
• 使用多个单码秘钥，每个秘钥加密一个 明文字符。用完所有秘钥后，再循环使 用。所有秘钥数量称为密文周期。
密码学与网络安全
32/27
计算机对称密钥加密算法
发送方 接收方
明文
加密 用对称密钥
密文
密文
解密 用对称密钥
明文
公共网络
2012-4-12 密码学与网络安全 32/28
数据加密标准
• DES(Data Encryption Standard) • 加密解密过 程的唯一差 别是16轮密 钥顺序倒过 来。 明文(64位) 初始置换 左明文 右明文
密钥
16轮
16轮
密钥
最终置换 密文(64位)
2012-4-12 密码学与网络安全 32/29
DES的变形
• 双重DES(Double DES)：两次DES加密。 • 三重DES(Triple DES)：三次DES加密
2012-4-12
密码学与网络安全
32/30
其他数据加密算法
• IDEA--International Data Encryption Algorithm • RC5—Ron Rivest 5 • Blowfish– Bruce Schneier • AES—Advanced Encryption Standard
2012-4-12
密码学与网络安全
32/32
计算机非对称密钥加密算法
发送方A 接收方B
用B的私钥解密
明文 密文 密文 明文
用B的公钥加密
公共网络
2012-4-12 密码学与网络安全 32/33
RSA算法
选择两个大素数P、Q； 计算N=PxQ； 选择一个公钥E，使其不是(P-1)与(Q-1)的因子； 选择一个私钥D，满足 (DxE)mod(P-1)x(Q-1)=1； • 加密时，从明文PT计算密文CT如下： PT CT CT=PTEmod N • 将密文CT发送给接收方； • 解密时，从密文CT计算明文PT如下： PT=CTDmod N • • • •
路由器
分支机构 局域网
分支机构 局域网
2012-4-12
密码学与网络安全
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安全模型
• 无安全性：根本不实现安全性； • 隐藏安全：别人不知他的内容和存在； • 主机安全：每个主机单独实现安全性； • 网络安全：控制各个主机及其服务的网络访问， 是有效且可伸缩的模型；
2012-4-12
密码学与网络安全
2012-4-12 密码学与网络安全 32/18
单码加密法
• 字母替换采用随机替换。 • 由于置换和组合量很大，很难破解。 • 使用26个字母的任何置换与组合，达 4X1026种可能性。
2012-4-12
密码学与网络安全
32/19
同音替换加密法
• 同音替换加密法：也是一次把一个明文 字母换成一个密文字母，但密文字母可 以是所选集合中的任何一个字母。
2012-4-12
密码学与网络安全
32/16
密码学的基本概念
• 密码学(cryptography)的目的是通过将 信息编码使其不可读，从而达到安全性。 • 明文(plain text)：发送人、接受人和任 何访问消息的人都能理解的消息。 • 密文(cipher text)：明文消息经过某种 编码后，得到密文消息。 • 加密方法：替换法(Substitution)和变换 法(Transposition)。
2012-4-12 密码学与网络安全 32/9
安全原则
• 访问控制(access control)：
– 原则确定谁能访问什么；
• 角色管理：用户方能做什么； • 规则管理：什么条件下允许访问什么资源；
– 根据所采用的决策，可以建立访问控制矩阵， 列出用户及其可以访问的项目，访问控制表 (ACL)是访问控制矩阵的子集；
2012-4-12
密码学与网络安全
32/35
对称密钥加密算法加密明文消息
明文
发送方A 对称密钥加密算法
密文
对称密钥K1
2012-4-12
密码学与网络安全
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用接收方的公钥包装对称密钥
对称密钥K1
发送方A 非对称密钥加密算法 用B的公钥K2 将 对称密钥K1加密 B的公钥K2
2012-4-12
用B的公钥K2 将 对称密钥K1加密
2012-4-12
密码学与网络安全
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取得一次性会话密钥
用B的公钥K2 将 对称密钥K1加密 接收方B 非对称密钥加密算法 对称密钥K1
私钥
B的私钥K3
2012-4-12 密码学与网络安全 32/41
用对称密钥取得明文
密文
接收方B 对称密钥加密算法
Cryptography and Network Security
密码学与网络安全 Atul Kahate
要让三个人保住秘密， 其中两个人必须死亡！
--本杰明 富兰克林
2012-4-12
密码学与网络安全
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安全的需求
资源子网
总部 • 暴露于公网上的网络
路由器
管理工作站
路由器
路由器
公共网络
路由器
安全原则
• 鉴别：
– 鉴别机制可以建立身份证明。 – 鉴别过程保证正确标识电子消息或文档来源；
我是 用户A
A C
2012-4-12
B
伪造(fabrication)
缺乏鉴别机制时可能导致伪造
密码学与网络安全 32/7
安全原则
• 完整性(integrity)：
– 消息内容在发送方发出后和到达所要接收方 之前发生改变时，就会失去消息的完整性；
2012-4-12 密码学与网络安全 32/23
加密与解密
• • • • • • 加密(encryption)：将明文消息变成密文消息。 解密(decryption)：将密文消息变成明文消息。 算法：取一个输入文本，产生一个输出文本。 加密算法：发送方进行加密的算法。 解密算法：接收方进行解密的算法。 秘钥(key)：只有发送方和接收方理解的消息。
2012-4-12
密码学与网络安全
32/24
加密与解密
• 每个加密与解密过程都有两个方面-加密与 解密的算法与密钥。 • 加密与解密过程使用的算法是公开的，但 加密与解密所用的密钥能够保证加密过程 的安全性。 • 对称密钥加密(Symmetric Key Cryptography)的加密与解密使用相同密钥。 • 非对称密钥加密(Asymmetric Key Cryptography)的加密与解密使用不同密钥。
2012-4-12
密码学与网络安全
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计算机对称密钥加密算法
• 混淆(confusion)：使用替换技术，保证 密文中不会反映出明文线索，防止密码 分析员从密文中找到模式，从而求出相 应明文。 • 扩散(diffusion)：使用置换技术，增加 明文的冗余度，使其分布在行和列中。
2012-4-12
2012-4-12 密码学与网络安全 32/15
特定攻击
• 分组窃听(Packet sniffing):攻击者不干 扰会话，只是监视传递的分组。 • 分组伪装(Packet spoofing):使用不正确 的源地址发送分组。 • DNS伪装(DNS spoofing):使用假的IP 地址更换电脑中存的ISP的正确地址。 （DNSsec 可以防止攻击）。
密码学与网络安全
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数字信封
密文
发送方A 数字信封
用B的公钥K2 将 对称密钥K1加密
2012-4-12 密码学与网络安全 32/38
数字信封通过网络到达B
发送方A 数字信封
公共网络
接收方B 数字信封
2012-4-12
密码学与网络安全
32/39
B用私钥打开数字信封
密文
接收方B 数字信封 打开
2012-4-12
密码学与网络安全
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变换加密技术
• 栅栏加密技术：将明文消息写成对角线序列， 然后一行一行地产生密文。 • 简单分栏式变换加密技术：只是将明文排成矩 阵中的行序列，按随机顺序读取。 • 多轮简单分栏式变换加密技术：使密文比简单 分栏式变换加密技术得到的密文更复杂。 • Vernam加密法：使用一次性板，用完就要放 弃，适合少量明文消息。 • 书加密法/运动密钥加密法
主动攻击
中断(伪装)
修改
伪造(拒绝服务)
重放攻击
2012-4-12
改变消息攻击
密码学与网络安全 32/13
攻击类型