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计算机网络中的安全

前言 

打算系统学习下计算机网络，就来翻阅经典的自顶向下 

本篇是第八章计算机网络中的安全，先讨论能够加密通信的密码技术，鉴别正在与之通信的对方并确保报文完整性；然后研究基本的密码学原则怎样用于生成安全的网络协议 

资源： 

书是第7版中文电子书：https://pan.baidu.com/s/1PidIzLmFVWAb8T74GyVGlQ 密码: bhob网站是2021年更新的第8版：https://www-net.cs.umass.edu/kurose_ross/interactive/ 

1、概述 

安全通信(secure communication)具有下列所需要的特性： 

机密性(confidentiality)：仅有发送方和希望的接收方能够理解传输报文的内容。因为窃听者可以截获报文，这必须要求报文在一定程度上进行加密(encrypted), 使截取的报文无法被截获者所理解报文完整性(message integrity)：Alice和Bob希望确保其通信的内容在传输过程中未被改变——恶意篡改或者意外改动端点鉴别(end-point authentication)：发送方和接收方都应该能证实通信过程所涉及的另一方，以确信通信的另一方确实具有其所声称的身份运行安全性(operational security)：防火墙位于机构网络和公共网络之间，控制接入和来自网络 的分组。入侵检测系统执行“深度分组检查”任务，向网络管理员发岀有关可疑活动的警告 

2、密码学的原则 

（1）对称密钥密码体制 

包括DES ( Data Encryption Standard,数据加密标准)、 3DES和AES ( Advanced Encryption Standard,高级加密标准) 

（2）公开密钥加密 

如RSA，参见现代密码系列：RSA密码详解 

3、报文完整性和数字签名 

（1）密码散列函数（cryptographic hash function） 

找到任意两个不同的报文x和y使得H(x)=H(y)在计算上是不可能成立的，包括MD5和SHA系列 

（2）报文鉴别码 

除了使用密码散列函数外，Alice和Bob将需要共享秘密s。这个共享的秘密只不过是一个比特串，它被称为鉴别密钥(authentication key)。使用这个共享秘密，报文完整性能够执行如下： 

Alice生成报文m，用s级联m以生成m+s，并计算散列H(m+s)(例如使用SHA-1)，H(m+s)被称为报文鉴别码(Message Authentication Code, MAC)Alice将MAC附加到报文m上，生成扩展报文（m, H(m+s)）,并将该扩展 报文发送给BobBob接收到一个扩展报文（m，h），由于知道s，计算出报文鉴别码H(m+s)，如 果H(m+s)=h，Bob得到结论：一切正常 

（3）数字签名 

4、端点鉴别 

端点鉴别（end-point authentication）：一个实体经过计算机网络向另一个实体证明其身份的过程 

通过使用在生存期中只出现一次的值R，然后核对返回的值KA-B®， Bob能够确定两点：Alice是她所声称的那个人（因为她知道加密所需的秘密密钥），Alice是活跃的（因为她已经加密了 Bob刚刚产生的不重数R）  

5、安全电子邮件 

机密性 

 端点鉴别和完整性 

 结合在一起 

6、SSL 

本节讲下安全套接字层（Secure Socket Layer, SSL）， SSL版本3的一个稍加修改的版本被称为运输层安全性（Transport Layer Security, TLS），已经由IETF标准化[RFC 4346 ]  

（1）握手 

Bob需要： 

与Alice创建一条TCP连接验证Alice是真实的Alice发送给Alice 一个主密钥 

完整过程： 

客户发送它支持的密码算法的列表，连同一个客户的不重数从该列表中，服务器选择一种对称算法（例如AES）、一种公钥算法（例如具有特定密钥长度的RSA）和一种MAC算法。它把它的选择以及证书和一个服务器不重数返回给客户客户验证该证书，提取服务器的公钥，生成一个前主密钥（Pre-Master Secret, PMS）,用服务器的公钥加密该PMS,并将加密的PMS发送给服务器使用相同的密钥导岀函数（就像SSL标准定义的那样），客户和服务器独立地从PMS和不重数中计算出主密钥（Master Secret, MS）。然后该MS被切片以生成两个密码和两个MAC密钥。此外，当选择的对称密码应用于CBC （例如3DES或AES）,则两个初始化向量（Initialization Vector, IV）也从该MS获得，这两个IV分别用于该连接的两端。自此以后，客户和服务器之间发送的所有报文均被加密和鉴别（使用MAC）客户发送所有握手报文的一个MAC服务器发送所有握手报文的一个MAC

（2）秘钥导出 

Alice和Bob都使用MS生成4个密钥: 

EB：用于从Bob发送到Alice的数据的会话加密密钥MB：用于从Bob发送到Alice的数据的会话MAC密钥EA：用于从Alice发送到Bob的数据的会话加密密钥MA：用于从Alice发送到Bob的数据的会话MAC密钥 

（3）数据传输 

假定每个TCP报文段正好封装了一个记录，我们现在看看Alice将如何处理这些报文段： 

在Alice端运行的TCP将认为一切正常，将这两个记录传递给SSL子层在Alice端的SSL将解密这两个记录在Alice端的SSL将使用在每个记录中的MAC来验证这两个记录的数据完整性SSL将解密的两条记录的字节流传递给应用层；但是Alice收到的完整字节流由于记录的颠倒而次序不正确！ 

7、IPsec 

IPsec为任意两个网络层实体（包括主机和路由器）之间的IP数据报提供了安全，许多机构（公司、政府部门、非营利组织等等）使用IPsec创建了运行在公共因特网之上的虚拟专用网（Virtual Private Network, VPN） 

 数据报文 

 

8、使LAN安全 

有线等效保密（Wired Equivalent Privacy, WEP） 

 802.11i的运行 

 

结语 

简单过了一遍各个层面的安全设计和考虑

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红客突击队于2019年由队长k龙牵头，联合国内多位顶尖高校研究生成立。其团队从成立至今多次参加国际网络安全竞赛并取得良好成绩，积累了丰富的竞赛经验。团队现有三十多位正式成员及若干预备人员，下属联合分队数支。红客突击队始终秉承先做人后技术的宗旨，旨在打造国际顶尖网络安全团队。

原文始发于微信公众号（红客突击队）：计算机网络中的安全