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    对称数字用户线工作原理

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HTTPS基本原理 一、http为什么不安全。 http协议没有任何的加密以及身份验证的机制,非常容易遭遇窃听、劫持、篡改,因此会造成个人隐私泄露,恶意的流量劫持等严重的安全问题。 国外很多网站都支持了全站https,国内方面目前百度已经在年初完成了搜索的全站https,其他大型的网站也在跟进中,百度最先完成全站https的最大原因就是百度作为国内最大的流量入口,劫持也必然是首当其冲的,造成的有形的和无形的损失也就越大。关于流量劫持问题,我在另一篇文章中也有提到,基本上是互联网企业的共同难题,https也是目前公认的比较好的解决方法。但是https也会带来很多性能以及访问速度上的牺牲,很多互联网公司在做大的时候都会遇到这个问题:https成本高,速度又慢,规模小的时候在涉及到登录和交易用上就够了,做大以后遇到信息泄露和劫持,想整体换,代价又很高。 2、https如何保证安全 要解决上面的问题,就要引入加密以及身份验证的机制。 这时我们引入了非对称加密的概念,我们知道非对称加密如果是公钥加密的数据私钥才能解密,所以我只要把公钥发给你,你就可以用这个公钥来加密未来我们进行数据交换的秘钥,发给我时,即使中间的人截取了信息,也无法解密,因为私钥在我这里,只有我才能解密,我拿到你的信息后用私钥解密后拿到加密数据用的对称秘钥,通过这个对称密钥来进行后续的数据加密。除此之外,非对称加密可以很好的管理秘钥,保证每次数据加密的对称密钥都是不相同的。 但是这样似乎还不够,如果中间人在收到我的给你公钥后并没有发给你,而是自己伪造了一个公钥发给你,这是你把对称密钥用这个公钥加密发回经过中间人,他可以用私钥解密并拿到对称密钥,此时他在把此对称密钥用我的公钥加密发回给我,这样中间人就拿到了对称密钥,可以解密传输的数据了。为了解决此问题,我们引入了数字证书的概念。我首先生成公私钥,将公钥提供给相关机构(CA),CA将公钥放入数字证书并将数字证书颁布给我,此时我就不是简单的把公钥给你,而是给你一个数字证书,数字证书中加入了一些数字签名的机制,保证了数字证书一定是我给你的。 所以综合以上三点: 非对称加密算法(公钥和私钥)交换秘钥 + 数字证书验证身份(验证公钥是否是伪造的) + 利用秘钥对称加密算法加密数据 = 安全 3、https协议简介 为什么是协议简介呢。因为https涉及的东西实在太多了,尤其是一些加密算法,非常的复杂,对于这些算法面的东西就不去深入研究了,这部分仅仅是梳理一下一些关于https最基本的原理,为后面分解https的连接建立以及https优化等内容打下理论基础。 3.1 对称加密算法 对称加密是指加密和解密使用相同密钥的加密算法。它要求发送方和接收方在安全通信之前,商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥,泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密,所以密钥的保密性对通信至关重要。 对称加密又分为两种模式:流加密和分组加密。 流加密是将消息作为位流对待,并且使用数学函数分别作用在每一个位上,使用流加密时,每加密一次,相同的明文位会转换成不同的密文位。流加密使用了密钥流生成器,它生成的位流与明文位进行异或,从而生成密文。现在常用的就是RC4,不过RC4已经不再安全,微软也建议网络尽量不要使用RC4流加密。 分组加密是将消息划分为若干位分组,这些分组随后会通过数学函数进行处理,每次一个分组。假设需要加密发生给对端的消息,并且使用的是64位的分组密码,此时如果消息长度为640位,就会被划分成10个64位的分组,每个分组都用一系列数学公式公式进行处理,最后得到10个加密文本分组。然后,将这条密文消息发送给对端。对端必须拥有相同的分组密码,以相反的顺序对10个密文分组使用前面的算法解密,最终得到明文的消息。比较常用的分组加密算法有DES、3DES、AES。其中DES是比较老的加密算法,现在已经被证明不安全。而3DES是一个过渡的加密算法,相当于在DES基础上进行三重运算来提高安全性,但其本质上还是和DES算法一致。而AES是DES算法的替代算法,是现在最安全的对称加密算法之一。分组加密算法除了算法本身外还存在很多种不同的运算方式,比如ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等,这些不同的模式可能只针对特定功能的环境中有效,所以要了解各种不同的模式以及每种模式的用途。这个部分后面的文章中会详细讲。 对称加密算法的优、缺点: 优点:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。 缺点:(1)交易双方都使用同样钥匙,安全性得不到保证; (2)每对用户每次使用对称加密算法时,都需要使用其他人不知道的惟一钥匙,这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量呈几何级数增长,密钥管理成为用户的负担。 (3)能提供机密性,但是不能提供验证和不可否认性。 3.2 非对称加密算法 在非对称密钥交换算法出现以前,对称加密一个很大的问题就是不知道如何安全生成和保管密钥。非对称密钥交换过程主要就是为了解决这个问题,使得对称密钥的生成和使用更加安全。 密钥交换算法本身非常复杂,密钥交换过程涉及到随机数生成,模指数运算,空白补齐,加密,签名等操作。 常见的密钥交换算法有RSA,ECDHE,DH,DHE等算法。涉及到比较复杂的数学问题,下面就简单介绍下最经典的RSA算法。RSA:算法实现简单,诞生于1977年,历史悠久,经过了长时间的破解测试,安全性高。缺点就是需要比较大的素数也就是质数(目前常用的是2048位)来保证安全强度,很消耗CPU运算资源。RSA是目前唯一一个既能用于密钥交换又能用于证书签名的算法。我觉得RSA可以算是最经典的非对称加密算法了,虽然算法本身都是数学的东西,但是作为最经典的算法,我自己也花了点时间对算法进行了研究,后面会详细介绍。 非对称加密相比对称加密更加安全,但也存在两个明显缺点: 1,CPU计算资源消耗非常大。一次完全TLS握手,密钥交换时的非对称解密计算量占整个握手过程的90%以上。而对称加密的计算量只相当于非对称加密的0.1%,如果应用层数据也使用非对称加解密,性能开销太大,无法承受。 2,非对称加密算法对加密内容的长度有限制,不能超过公钥长度。比如现在常用的公钥长度是2048位,意味着待加密内容不能超过256个字节。 所以公钥加密(极端消耗CPU资源)目前只能用来作密钥交换或者内容签名,不适合用来做应用层传输内容的加解密。 3.3 身份认证 https协议中身份认证的部分是由数字证书来完成的,证书由公钥、证书主体、数字签名等内容组成,在客户端发起SSL请求后,服务端会将数字证书发给客户端,客户端会对证书进行验证(验证查看这张证书是否是伪造的。也就是公钥是否是伪造的),并获取用于秘钥交换的非对称密钥(获取公钥)。 数字证书有两个作用: 1,身份授权。确保浏览器访问的网站是经过CA验证的可信任的网站。 2,分发公钥。每个数字证书都包含了注册者生成的公钥(验证确保是合法的,非伪造的公钥)。在SSL握手时会通过certificate消息传输给客户端。 申请一个受信任的数字证书通常有如下流程: 1,终端实体(可以是一个终端硬件或者网站)生成公私钥和证书请求。 2,RA(证书注册及审核机构)检查实体的合法性。如果个人或者小网站,这一步不是必须的。 3,CA(证书签发机构)签发证书,发送给申请者。 4,证书更新到repository(负责数字证书及CRL内容存储和分发),终端后续从repository更新证书,查询证书状态等。 数字证书验证: 申请者拿到CA的证书并部署在网站服务器端,那浏览器发起握手接收到证书后,如何确认这个证书就是CA签发的呢。怎样避免第三方伪造这个证书。答案就是数字签名(digital signature)。数字签名是证书的防伪标签,目前使用最广泛的SHA-RSA(SHA用于哈希算法,RSA用于非对称加密算法)数字签名的制作和验证过程如下: 1,数字签名的签发。首先是使用哈希函数对待签名内容进行安全哈希,生成消息摘要,然后使用CA自己的私钥对消息摘要进行加密。 2,数字签名的校验。使用CA的公钥解密签名,然后使用相同的签名函数对待签名证书内容进行签名并和服务端数字签名里的签名内容进行比较,如果相同就认为校验成功。 需要注意的是: 1)数字签名签发和校验使用的密钥对是CA自己的公私密钥,跟证书申请者提交的公钥没有关系。 2)数字签名的签发过程跟公钥加密的过程刚好相反,即是用私钥加密,公钥解密。 3)现在大的CA都会有证书链,证书链的好处一是安全,保持根CA的私钥离线使用。第二个好处是方便部署和撤销,即如果证书出现问题,只需要撤销相应级别的证书,根证书依然安全。 4)根CA证书都是自签名,即用自己的公钥和私钥完成了签名的制作和验证。而证书链上的证书签名都是使用上一级证书的密钥对完成签名和验证的。 5)怎样获取根CA和多级CA的密钥对。它们是否可信。当然可信,因为这些厂商跟浏览器和操作系统都有合作,它们的公钥都默认装到了浏览器或者操作系统环境里。 3.4 数据完整性验证 数据传输过程中的完整性使用MAC算法来保证。为了避免网络中传输的数据被非法篡改,SSL利用基于MD5或SHA的MAC算法来保证消息的完整性。 MAC算法是在密钥参与下的数据摘要算法,能将密钥和任意长度的数据转换为固定长度的数据。发送者在密钥的参与下,利用MAC算法计算出消息的MAC值,并将其加在消息之后发送给接收者。接收者利用同样的密钥和MAC算法计算出消息的MAC值,并与接收到的MAC值比较。如果二者相同,则报文没有改变;否则,报文在传输过程中被修改,接收者将丢弃该报文。 由于MD5在实际应用中存在冲突的可能性比较大,所以尽量别采用MD5来验证内容一致性。SHA也不能使用SHA0和SHA1,中国山东大学的王小云教授在2005年就宣布破解了 SHA-1完整版算法。微软和google都已经宣布16年及17年之后不再支持sha1签名证书。MAC算法涉及到很多复杂的数学问题,这里就不多讲细节了。 专题二--【实际抓包分析】 抓包结果: fiddler: wireshark: 可以看到,百度和我们公司一样,也采用以下策略: (1)对于高版本浏览器,如果支持 https,且加解密算法在TLS1.0 以上的,都将所有 http请求重定向到 https请求 (2)对于https请求,则不变。 【以下只解读https请求】 1、TCP三次握手 可以看到,我们访问的是 http://www.baidu.com/ , 在初次建立 三次握手的时候, 用户是去 连接 8080端口的(因为公司办公网做了代理,因此,我们实际和代理机做的三次握手,公司代理机再帮我们去连接百度服务器的80端口) 2、CONNECT 建立 由于公司办公网访问非腾讯域名,会做代理,因此,在进行https访问的时候,我们的电脑需要和公司代理机做 " CONNECT " 连接(关于 " CONNECT " 连接, 可以理解为虽然后续的https请求都是公司代理机和百度服务器进行公私钥连接和对称秘钥通信,但是,有了 " CONNECT " 连接之后,可以认为我们也在直接和百度服务器进行公私钥连接和对称秘钥通信。 ) fiddler抓包结果: CONNECT之后, 后面所有的通信过程,可以看做是我们的机器和百度服务器在直接通信 3、 client hello 整个 Secure Socket Layer只包含了: TLS1.2 Record Layer内容 (1)随机数 在客户端问候中,有四个字节以Unix时间格式记录了客户端的协调世界时间(UTC)。协调世界时间是从1970年1月1日开始到当前时刻所经历的秒数。在这个例子中,0x2516b84b就是协调世界时间。在他后面有28字节的随机数( random_C ),在后面的过程中我们会用到这个随机数。 (2)SID(Session ID) 如果出于某种原因,对话中断,就需要重新握手。为了避免重新握手而造成的访问效率低下,这时候引入了session ID的概念, session ID的思想很简单,就是每一次对话都有一个编号(session ID)。如果对话中断,下次重连的时候,只要客户端给出这个编号,且服务器有这个编号的记录,双方就可以重新使用已有的"对话密钥",而不必重新生成一把。 因为我们抓包的时候,是几个小时内第一次访问 https://www.baodu.com 首页,因此,这里并没有 Session ID. (稍会儿我们会看到隔了半分钟,第二次抓包就有这个Session ID) session ID是目前所有浏览器都支持的方法,但是它的缺点在于session ID往往只保留在一台服务器上。所以,如果客户端的请求发到另一台服务器,就无法恢复对话。session ticket就是为了解决这个问题而诞生的,目前只有Firefox和Chrome浏览器支持。 (3) 密文族(Cipher Suites): RFC2246中建议了很多中组合,一般写法是"密钥交换算法-对称加密算法-哈希算法,以“TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA”为例: (a) TLS为协议,RSA为密钥交换的算法; (b) AES_256_CBC是对称加密算法(其中256是密钥长度,CBC是分组方式); (c) SHA是哈希的算法。 浏览器支持的加密算法一般会比较多,而服务端会根据自身的业务情况选择比较适合的加密组合发给客户端。(比如综合安全性以及速度、性能等因素) (4) Server_name扩展:( 一般浏览器也支持 SNI(Server Name Indication)) 当我们去访问一个站点时,一定是先通过DNS解析出站点对应的ip地址,通过ip地址来访问站点,由于很多时候一个ip地址是给很多的站点公用,因此如果没有server_name这个字段,server是无法给与客户端相应的数字证书的,Server_name扩展则允许服务器对浏览器的请求授予相对应的证书。 还有一个很好的功能: SNI(Server Name Indication)。这个的功能比较好,为了解决一个服务器使用多个域名和证书的SSL/TLS扩展。一句话简述它的工作原理就是,在连接到服务器建立SSL连接之前先发送要访问站点的域名(Hostname),这样服务器根据这个域名返回一个合适的CA证书。目前,大多数操作系统和浏览器都已经很好地支持SNI扩展,OpenSSL 0.9.8已经内置这一功能,据说新版的nginx也支持SNI。) 4、 服务器回复(包括 Server Hello, Certificate, Certificate Status) 服务器在收到client hello后,会回复三个数据包,下面分别看一下: 1)Server Hello 1、我们得到了服务器的以Unix时间格式记录的UTC和28字节的随机数 (random_S)。 2、Seesion ID,服务端对于session ID一般会有三种选择 (稍会儿我们会看到隔了半分钟,第二次抓包就有这个Session ID) : 1)恢复的session ID:我们之前在client hello里面已经提到,如果client hello里面的session ID在服务端有缓存,服务端会尝试恢复这个session; 2)新的session ID:这里又分两种情况,第一种是client hello里面的session ID是空值,此时服务端会给客户端一个新的session ID,第二种是client hello里面的session ID此服务器并没有找到对应的缓存,此时也会回一个新的session ID给客户端; 3)NULL:服务端不希望此session被恢复,因此session ID为空。 3、我们记得在client hello里面,客户端给出了21种加密族,而在我们所提供的21个加密族中,服务端挑选了“TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256”。 (a) TLS为协议,RSA为密钥交换的算法; (b) AES_256_CBC是对称加密算法(其中256是密钥长度,CBC是分组方式); (c) SHA是哈希的算法。 这就意味着服务端会使用ECDHE-RSA算法进行密钥交换,通过AES_128_GCM对称加密算法来加密数据,利用SHA256哈希算法来确保数据完整性。这是百度综合了安全、性能、访问速度等多方面后选取的加密组合。 2)Certificate 在前面的https原理研究中,我们知道为了安全的将公钥发给客户端,服务端会把公钥放入数字证书中并发给客户端(数字证书可以自签发,但是一般为了保证安全会有一个专门的CA机构签发),所以这个报文就是数字证书,4097 bytes就是证书的长度。 我们打开这个证书,可以看到证书的具体信息,这个具体信息通过抓包报文的方式不是太直观,可以在浏览器上直接看。 (点击 chrome 浏览器 左上方的 绿色 锁型按钮) 3)Server Hello Done 我们抓的包是将 Server Hello Done 和 server key exchage 合并的包: 4)客户端验证证书真伪性 客户端验证证书的合法性,如果验证通过才会进行后续通信,否则根据错误情况不同做出提示和操作,合法性验证包括如下: 证书链的可信性trusted certificate path,方法如前文所述; 证书是否吊销revocation,有两类方式离线CRL与在线OCSP,不同的客户端行为会不同; 有效期expiry date,证书是否在有效时间范围; 域名domain,核查证书域名是否与当前的访问域名匹配,匹配规则后续分析; 5)秘钥交换 这个过程非常复杂,大概总结一下: (1)首先,其利用非对称加密实现身份认证和密钥协商,利用非对称加密,协商好加解密数据的 对称秘钥(外加CA认证,防止中间人窃取 对称秘钥) (2)然后,对称加密算法采用协商的密钥对数据加密,客户端和服务器利用 对称秘钥 进行通信; (3)最后,基于散列函数验证信息的完整性,确保通信数据不会被中间人恶意篡改。 此时客户端已经获取全部的计算协商密钥需要的信息:两个明文随机数random_C和random_S与自己计算产生的Pre-master(由客户端和服务器的 pubkey生成的一串随机数),计算得到协商对称密钥; enc_key=Fuc(random_C, random_S, Pre-Master) 6)生成 session ticket 如果出于某种原因,对话中断,就需要重新握手。为了避免重新握手而造成的访问效率低下,这时候引入了session ID的概念, session ID的思想很简单,就是每一次对话都有一个编号(session ID)。如果对话中断,下次重连的时候,只要客户端给出这个编号,且服务器有这个编号的记录,双方就可以重新使用已有的"对话密钥",而不必重新生成一把。 因为我们抓包的时候,是几个小时内第一次访问 https://www.baodu.com 首页,因此,这里并没有 Session ID. (稍会儿我们会看到隔了半分钟,第二次抓包就有这个Session ID) session ID是目前所有浏览器都支持的方法,但是它的缺点在于session ID往往只保留在一台服务器上。所以,如果客户端的请求发到另一台服务器,就无法恢复对话。session ticket就是为了解决这个问题而诞生的,目前只有Firefox和Chrome浏览器支持。 后续建立新的https会话,就可以利用 session ID 或者 session Tickets , 对称秘钥可以再次使用,从而免去了 https 公私钥交换、CA认证等等过程,极大地缩短 https 会话连接时间。 7) 利用对称秘钥传输数据 【半分钟后,再次访问百度】: 有这些大的不同: 由于服务器和浏览器缓存了 Session ID 和 Session Tickets,不需要再进行 公钥证书传递,CA认证,生成 对称秘钥等过程,直接利用半分钟前的 对称秘钥 加解密数据进行会话。 1)Client Hello 2)Server Hello
玄学酱 2019-12-02 01:27:08 0 浏览量 回答数 0

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密码学简介 据记载,公元前400年,古希腊人发明了置换密码。1881年世界上的第一个电话保密专利出现。在第二次世界大战期间,德国军方启用“恩尼格玛”密码机,密码学在战争中起着非常重要的作用。 随着信息化和数字化社会的发展,人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高,于是在1997年,美国国家标准局公布实施 了“美国数据加密标准(DES)”,民间力量开始全面介入密码学的研究和应用中,采用的加密算法有DES、RSA、SHA等。随着对加密强度需求的不断提 高,近期又出现了AES、ECC等。 使用密码学可以达到以下目的: 保密性:防止用户的标识或数据被读取。 数据完整性:防止数据被更改。 身份验证:确保数据发自特定的一方。 二. 加密算法介绍 根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类:对称加密算法(秘密钥匙加密)和非对称加密算法(公开密钥加密)。 对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙,而且通信双方都必须获得这把钥匙,并保持钥匙的秘密。 非对称密钥加密系统采用的加密钥匙(公钥)和解密钥匙(私钥)是不同的。 对称加密算法 对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密,常用的算法包括: DES(Data Encryption Standard):数据加密标准,速度较快,适用于加密大量数据的场合。 3DES(Triple DES):是基于DES,对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密,强度更高。 AES(Advanced Encryption Standard):高级加密标准,是下一代的加密算法标准,速度快,安全级别高; AES 2000年10月,NIST(美国国家标准和技术协会)宣布通过从15种侯选算法中选出的一项新的密匙加密标准。 Rijndael被选中成为将来的AES。 Rijndael是在 1999 年下半年,由研究员 Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。AES 正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。 美国标准与技术研究院 (NIST) 于 2002 年 5 月 26 日制定了新的高级加密标准 (AES) 规范。 算法原理 AES 算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排,置换是将一个数据单元替换为另一个。AES 使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。 AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码,它可以使用128、192 和 256 位密钥,并且用 128 位(16 字节)分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同,对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相 同。迭代加密使用一个循环结构,在该循环中重复置换和替换输入数据 AES与3DES的比较 算法名称 算法类型 密钥长度 速度 解密时间(建设机器每秒尝试255个密钥) 资源消耗 AES 对称block密码 128、192、256位 高 1490000亿年 低 3DES 对称feistel密码 112位或168位 低 46亿年 中 非对称算法 常见的非对称加密算法如下: RSA:由 RSA 公司发明,是一个支持变长密钥的公共密钥算法,需要加密的文件块的长度也是可变的; DSA(Digital Signature Algorithm):数字签名算法,是一种标准的 DSS(数字签名标准); ECC(Elliptic Curves Cryptography):椭圆曲线密码编码学。 ECC 在1976年,由于对称加密算法已经不能满足需要,Diffie 和Hellman发表了一篇叫《密码学新动向》的文章,介绍了公匙加密的概念,由Rivet、Shamir、Adelman提出了RSA算法。 随着分解大整数方法的进步及完善、计算机速度的提高以及计算机网络的发展,为了保障数据的安全,RSA的密钥需要不断增 加,但是,密钥长度的增加导致了其加解密的速度大为降低,硬件实现也变得越来越难以忍受,这对使用RSA的应用带来了很重的负担,因此需要一种新的算法来 代替RSA。 1985年N.Koblitz和Miller提出将椭圆曲线用于密码算法,根据是有限域上的椭圆曲线上的点群中的离散对数问题ECDLP。ECDLP是比因子分解问题更难的问题,它是指数级的难度。 算法原理——椭圆曲线上的难题 椭圆曲线上离散对数问题ECDLP定义如下:给定素数p和椭圆曲线E,对Q=kP,在已知P,Q 的情况下求出小于p的正整数k。可以证明由k和P计算Q比较容易,而由Q和P计算k则比较困难。 将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应,将椭圆曲线中的乘法运算与离散对数中的模幂运算相对应,我们就可以建立基于椭圆曲线的对应的密码体制。 例如,对应Diffie-Hellman公钥系统,我们可以通过如下方式在椭圆曲线上予以实现:在E上选取生成元P,要 求由P产生的群元素足够多,通信双方A和B分别选取a和b,a和b 予以保密,但将aP和bP公开,A和B间通信用的密钥为abP,这是第三者无法得知 的。 对应ELGamal密码系统可以采用如下的方式在椭圆曲线上予以实现: 将明文m嵌入到E上Pm点,选一点B∈E,每一用户都选一整数a,0<a<N,N为阶数已知,a保密,aB公开。欲向A 送m,可送去下面一对数偶:[kB,Pm+k(aAB)],k是随机产生的整数。A可以从kB求得k(aAB)。通过:Pm+k(aAB)- k(aAB)=Pm恢复Pm。同样对应DSA,考虑如下等式: K=kG [其中 K,G为Ep(a,b)上的点,k为小于n(n是点G的阶)的整数] 不难发现,给定k和G,根据加法法则,计算K很容易;但给定K和G,求k就相对困难了。 这就是椭圆曲线加密算法采用的难题。我们把点G称为基点(base point),k(k<n,n为基点G的阶)称为私有密钥(privte key),K称为公开密钥(public key)。 ECC与RSA的比较 ECC和RSA相比,在许多方面都有对绝对的优势,主要体现在以下方面: Ø 抗攻击性强。相同的密钥长度,其抗攻击性要强很多倍。 Ø 计算量小,处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。 Ø 存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多,意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。 Ø 带宽要求低。当对长消息进行加解密时,三类密码系统有相同的带宽要求,但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。 ECC的这些特点使它必将取代RSA,成为通用的公钥加密算法。比如SET协议的制定者已把它作为下一代SET协议中缺省的公钥密码算法。 下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较: 攻破时间 (MIPS年) RSA/DSA (密钥长度) ECC 密钥长度 RSA/ECC 密钥长度比 104 512 106 5:1 108 768 132 6:1 1011 1024 160 7:1 1020 2048 210 10:1 1078 21000 600 35:1 RSA和ECC安全模长得比较 功能 Security Builder 1.2 BSAFE 3.0 163位ECC(ms) 1,023位RSA(ms) 密钥对生成 3.8 4,708.3 签名 2.1(ECNRA) 228.4 3.0(ECDSA) 认证 9.9(ECNRA) 12.7 10.7(ECDSA) Diffie—Hellman密钥交换 7.3 1,654.0 RSA和ECC速度比较 散列算法 散列是信息的提炼,通常其长度要比信息小得多,且为一个固定长度。加密性强的散列一定是不可逆的,这就意味着通过散列结 果,无法推出任何部分的原始信息。任何输入信息的变化,哪怕仅一位,都将导致散列结果的明显变化,这称之为雪崩效应。散列还应该是防冲突的,即找不出具有 相同散列结果的两条信息。具有这些特性的散列结果就可以用于验证信息是否被修改。 单向散列函数一般用于产生消息摘要,密钥加密等,常见的有: Ø MD5(Message Digest Algorithm 5):是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法。 Ø SHA(Secure Hash Algorithm):可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值; SHA-1 在1993年,安全散列算法(SHA)由美国国家标准和技术协会(NIST)提出,并作为联邦信息处理标准(FIPS PUB 180)公布;1995年又发布了一个修订版FIPS PUB 180-1,通常称之为SHA-1。SHA-1是基于MD4算法的,并且它的设计在很大程度上是模仿MD4的。现在已成为公认的最安全的散列算法之一,并 被广泛使用。 算法原理 SHA-1是一种数据加密算法,该算法的思想是接收一段明文,然后以一种不可逆的方式将它转换成一段(通常更小)密文,也可以简单的理解为取一串输入码(称为预映射或信息),并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值(也称为信息摘要或信息认证代码)的过程。 单向散列函数的安全性在于其产生散列值的操作过程具有较强的单向性。如果在输入序列中嵌入密码,那么任何人在不知道密码 的情况下都不能产生正确的散列值,从而保证了其安全性。SHA将输入流按照每块512位(64个字节)进行分块,并产生20个字节的被称为信息认证代码或 信息摘要的输出。 该算法输入报文的最大长度不超过264位,产生的输出是一个160位的报文摘要。输入是按512 位的分组进行处理的。SHA-1是不可逆的、防冲突,并具有良好的雪崩效应。 通过散列算法可实现数字签名实现,数字签名的原理是将要传送的明文通过一种函数运算(Hash)转换成报文摘要(不同的 明文对应不同的报文摘要),报文摘要加密后与明文一起传送给接受方,接受方将接受的明文产生新的报文摘要与发送方的发来报文摘要解密比较,比较结果一致表 示明文未被改动,如果不一致表示明文已被篡改。 MAC (信息认证代码)就是一个散列结果,其中部分输入信息是密码,只有知道这个密码的参与者才能再次计算和验证MAC码的合法性。MAC的产生参见下图。 输入信息 密码 散列函数 信息认证代码 SHA-1与MD5的比较 因为二者均由MD4导出,SHA-1和MD5彼此很相似。相应的,他们的强度和其他特性也是相似,但还有以下几点不同: Ø 对强行供给的安全性:最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术,产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2128数量级的操作,而对SHA-1则是2160数量级的操作。这样,SHA-1对强行攻击有更大的强度。 Ø 对密码分析的安全性:由于MD5的设计,易受密码分析的攻击,SHA-1显得不易受这样的攻击。 Ø 速度:在相同的硬件上,SHA-1的运行速度比MD5慢。 对称与非对称算法比较 以上综述了两种加密方法的原理,总体来说主要有下面几个方面的不同: Ø 在管理方面:公钥密码算法只需要较少的资源就可以实现目的,在密钥的分配上,两者之间相差一个指数级别(一个是n一个是n2)。所以私钥密码算法不适应广域网的使用,而且更重要的一点是它不支持数字签名。 Ø 在安全方面:由于公钥密码算法基于未解决的数学难题,在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法,到了AES虽说从理论来说是不可能破解的,但从计算机的发展角度来看。公钥更具有优越性。 Ø 从速度上来看:AES的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十兆比特。是公钥的100倍,如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到1000倍。 三. 加密算法的选择 前面的章节已经介绍了对称解密算法和非对称加密算法,有很多人疑惑:那我们在实际使用的过程中究竟该使用哪一种比较好呢。 我们应该根据自己的使用特点来确定,由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多,当我们需要加密大量的数据时,建议采用对称加密算法,提高加解密速度。 对称加密算法不能实现签名,因此签名只能非对称算法。 由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程,密钥的管理直接决定着他的安全性,因此当数据量很小时,我们可以考虑采用非对称加密算法。 在实际的操作过程中,我们通常采用的方式是:采用非对称加密算法管理对称算法的密钥,然后用对称加密算法加密数据,这样我们就集成了两类加密算法的优点,既实现了加密速度快的优点,又实现了安全方便管理密钥的优点。 如果在选定了加密算法后,那采用多少位的密钥呢。一般来说,密钥越长,运行的速度就越慢,应该根据的我们实际需要的安全级别来选择,一般来说,RSA建议采用1024位的数字,ECC建议采用160位,AES采用128为即可。 四. 密码学在现代的应用 随着密码学商业应用的普及,公钥密码学受到前所未有的重视。除传统的密码应用系统外,PKI系统以公钥密码技术为主,提供加密、签名、认证、密钥管理、分配等功能。 保密通信:保密通信是密码学产生的动因。使用公私钥密码体制进行保密通信时,信息接收者只有知道对应的密钥才可以解密该信息。 数字签名:数字签名技术可以代替传统的手写签名,而且从安全的角度考虑,数字签名具有很好的防伪造功能。在政府机关、军事领域、商业领域有广泛的应用环境。 秘密共享:秘密共享技术是指将一个秘密信息利用密码技术分拆成n个称为共享因子的信息,分发给n个成员,只有 k(k≤n)个合法成员的共享因子才可以恢复该秘密信息,其中任何一个或m(m≤k)个成员合作都不知道该秘密信息。利用秘密共享技术可以控制任何需要多 个人共同控制的秘密信息、命令等。 认证功能:在公开的信道上进行敏感信息的传输,采用签名技术实现对消息的真实性、完整性进行验证,通过验证公钥证书实现对通信主体的身份验证。 密钥管理:密钥是保密系统中更为脆弱而重要的环节,公钥密码体制是解决密钥管理工作的有力工具;利用公钥密码体制进行密钥协商和产生,保密通信双方不需要事先共享秘密信息;利用公钥密码体制进行密钥分发、保护、密钥托管、密钥恢复等。 基于公钥密码体制可以实现以上通用功能以外,还可以设计实现以下的系统:安全电子商务系统、电子现金系统、电子选举系统、电子招投标系统、电子彩票系统等。 公钥密码体制的产生是密码学由传统的政府、军事等应用领域走向商用、民用的基础,同时互联网、电子商务的发展为密码学的发展开辟了更为广阔的前景。 五. 加密算法的未来 随着计算方法的改进,计算机运行速度的加快,网络的发展,越来越多的算法被破解。 在2004年国际密码学会议(Crypto’2004)上,来自中国山东大学的王小云教授做的破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告,令在场的国际顶尖密码学专家都为之震惊,意味着这些算法将从应用中淘汰。随后,SHA-1也被宣告被破解。 历史上有三次对DES有影响的攻击实验。1997年,利用当时各国 7万台计算机,历时96天破解了DES的密钥。1998年,电子边境基金会 (EFF)用25万美元制造的专用计算机,用56小时破解了DES的密钥。1999年,EFF用22小时15分完成了破解工作。因此。曾经有过卓越贡献的 DES也不能满足我们日益增长的需求了。 最近,一组研究人员成功的把一个512位的整数分解因子,宣告了RSA的破解。 我们说数据的安全是相对的,可以说在一定时期一定条件下是安全的,随着硬件和网络的发展,或者是另一个王小云的出现,目前的常用加密算法都有可能在 短时间内被破解,那时我们不得不使用更长的密钥或更加先进的算法,才能保证数据的安全,因此加密算法依然需要不断发展和完善,提供更高的加密安全强度和运 算速度。 纵观这两种算法一个从DES到3DES再到AES,一个从RSA到ECC。其发展角度无不是从密钥的简单性,成本的低廉性,管理的简易性,算法的复 杂性,保密的安全性以及计算的快速性这几个方面去考虑。因此,未来算法的发展也必定是从这几个角度出发的,而且在实际操作中往往把这两种算法结合起来,也 需将来一种集两种算法优点于一身的新型算法将会出现,到那个时候,电子商务的实现必将更加的快捷和安全。
liujae 2019-12-02 01:26:38 0 浏览量 回答数 0

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在Linux服务器之间建立信任关系,是很多线上服务系统的基础性工作,这样能便于程序在多台服务器之间自动传输数据,或者方便用户不输入密码就可以在不同的主机间完成登录或者各种操作。 网上关于建立Linux信任关系(ssh trust)的中文文章有一些,但是写得都不太详细,这里汇总了方方面面的资料,把多机信任关系建立方法说说清楚(文/陈运文) 一 建立信任关系的基本操作 基本场景是想从一台Server服务器直接登录另一台,或者将Server服务器的数据不需密码验证直接拷贝至Client服务器,以下我们简称Server服务器为S(待发送的数据文件在这台服务器上),Client服务为C,信任关系的最简单操作方法如下: 1 在S服务器上,进入当前用户根目录下的隐藏目录 .ssh,命令如下: cd ~/.ssh (注:目录名前的点好”.”表示该文件夹是一个特殊的隐藏文件夹,ls命令下默认是看不到的,通过 ls –a 命令观察到) 2 生成S服务器的私钥和公钥: ssh-keygen -t rsa (注:rsa是一种加密算法的名称,此处也可以使用dsa,关于rsa和dsa算法的介绍可见本文后半章节) ssh-keygen生成密钥用于信任关系生成 -此时会显示Generating public/private key pair. 并提示生成的公钥私钥文件的存放路径和文件名,默认是放在 /home/username/.ssh/id_rsa 这样的文件里的,通常不用改,回车就可以 然后Enter passphrase(empty for no passphrase): 通常直接回车,默认不需要口令 Enter same passphrase again: 也直接回车 然后会显式密钥fingerprint生成好的提示,并给出一个RSA加密协议的方框图形。此时在.ssh目录下ls,就可以看到生成好的私钥文件id_rsa和公钥文件id_rsa.pub了 以下是各种补充说明: 注1:如果此时提示 id_rsaalready exists,Overwrite(y/n) 则说明之前已经有人建好了密钥,此时选择n 忽略本次操作就行,可以直接用之前生成好的文件;当然选y覆盖一下也无妨 注2:公钥用于加密,它是向所有人公开的(pub是公开的单词public的缩写);私钥用于解密,只有密文的接收者持有。 3 在Server服务器上加载私钥文件 仍然在.ssh目录下,执行命令: ssh-add id_rsa 系统如果提示:Identity added: id_rsa (id_rsa) 就表明加载成功了 下面有几个异常情况处理: –如果系统提示:could not open a connection to your authentication agent 则需要执行一下命令: ssh-agent bash 然后再执行上述的ssh-add id_rsa命令 –如果系统提示id_rsa: No such file or directory 这是系统无法找到私钥文件id_rsa,需要看看当前路径是不是不在.ssh目录,或者私钥文件改了名字,例如如果建立的时候改成 aa_rsa,则这边命令中也需要相应改一下 -如果系统提示 command not found,那肯定是你命令敲错字符了J -提示Agent admitted failure to sign using the key,私钥没有加载成功,重试ssh-add -注意id_rsa/id_rsa.pub文件不要删除,存放在.ssh目录下 4 把公钥拷贝至Client服务器上 很简单,例如 scp id_rsa.pub user@10.11.xx.xx:~ 5 ssh登录到Client服务器上,然后在Client服务器上,把公钥的内容追加到authorized_keys文件末尾(这个文件也在隐藏文件夹.ssh下,没有的话可以建立,没有关系) cat id_rsa.pub >> ~/.ssh/authorized_keys 以下是各种补充说明,遇到问题时可以参考: 注1:这里不推荐用文件覆盖的方式,有些教程直接scp id_rsa.pub 到Client服务器的authorized_keys文件,会导致之前建的其他信任关系的数据被破坏,追加到末尾是更稳妥的方式; 注2: cat 完以后,Client服务器上刚才拷贝过来的id_rsa.pub文件就不需要了,可以删除或移动到其它地方) 注3:ssh-keygen 命令通过-b参数可以指定生成的密钥文件的长度,如果不指定则默认为1024,如果ssh-keygen –b 4096(最长4096),则加密程度提高,但是生成和验证时间会增加。对一般的应用来说,默认长度已经足够胜任了。如果是rsa加密方式,那么最短长度为768 byte 注4:authorized_keys文件的权限问题。如果按上述步骤建立关系后,仍然要验证密码,并且没有其他报错,那么需要检查一下authorized_keys文件的权限,需要作下修改: chmod g-w authorized_keys OK,现在试试在Server端拷贝一个文件到Client服务器,应该无需交互直接就传过去了。 但是此时从Client传数据到Server服务器,仍然是需要密码验证的。如果需要两台服务器间能直接互传数据,则反过来按上述步骤操作一下就可以了 二 删除服务器间信任关系的方法 如果想取消两台服务器之间的信任关系,直接删除公钥或私钥是没有用的,需要在Client服务器上,打开 ~/.ssh/ authorized_keys 文件,找到对应的服务器的公钥字段并删除 每个段落的开头是ssh-rsa字样,段尾是Server服务器的帐号和ip(如下图红框),需要细心的找一下后删除整段 密钥文件内容和删除Linux服务器间信任关系的方法 三 各种可能遇到的情况和处理方法 –提示 port 22: Connection refused 可能的原因:没有正确安装最新的openssh-server,安装方法如下 sudo apt-get install openssh-server 不支持apt安装的,可以手工下载: wget ftp.ssh.com/pub/ssh/ssh-3.2.9.1.tar.gz –关于目录和文件的权限设置 .ssh目录的权限必须是700,同时本机的私钥的权限必须设置成600: chmod 600 id_rsa 否则ssh服务器会拒绝登录 四 关于RSA和DSA加密算法 在ssh-keygen命令中,-t参数后指定的是加密算法,可以选择rsa或者dsa RSA 取名自算法的三位提出者Ron Rivest, Adi Shamir, and Leonard Adleman的姓名首字母,作为一种非对称加密算法,RSA的安全性基于及其困难的大整数分解(两个素数的乘积的还原问题)。关于RSA算法原理的文章很多,感兴趣的朋友可以找来读一读。 DSA = Digital Signature Algorithm,基于有限域离散对数难题,是Schnorr和ElGamal签名算法的变种,一般用于数字签名和认证,被美国标准局(NIST)采纳为数字签名标准DSS(Digital Signature Standard),based on discrete logarithms computation. DES = Digital Encryption Standard. Obsolete standard. RSA算法好在网络容易实现密钥管理,便进行数字签名,算法复杂,加/解速度慢,采用非对称加密。在实际用于信任关系建立中,这两种方法的差异很微小,可以挑选其一使用。 五 关于SSH协议的介绍 SSH全称Secure SHell,顾名思义就是非常安全的shell的意思,SSH协议是IETF(Internet Engineering Task Force)的Network Working Group所制定的一种协议。SSH的主要目的是用来取代传统的telnet和R系列命令(rlogin,rsh,rexec等)远程登陆和远程执行命令的工具,实现对远程登陆和远程执行命令加密。防止由于网络监听而出现的密码泄漏,对系统构成威胁。 ssh协议目前有SSH1和SSH2,SSH2协议兼容SSH1。目前实现SSH1和SSH2协议的主要软件有OpenSSH和SSH Communications Security Corporation 公司的SSH Communications 软件。前者是OpenBSD组织开发的一款免费的SSH软件,后者是商业软件,因此在linux、FreeBSD、OpenBSD、NetBSD等免费类UNIX系统种,通畅都使用OpenSSH作为SSH协议的实现软件。因此,本文重点介绍一下OpenSSH的使用。需要注意的是OpenSSH和SSH Communications的登陆公钥/私钥的格式是不同的,如果想用SSH Communications产生的私钥/公钥对来登入到使用OpenSSH的linux系统需要对公钥/私钥进行格式转换。 第一次登陆后,ssh就会把登陆的ssh指纹存放在用户home目录的.ssh目录的know_hosts文件中,如果远程系统重装过系统,ssh指纹已经改变,你需要把 .ssh 目录下的know_hosts中的相应指纹删除,再登陆回答yes,方可登陆。请注意.ssh目录是开头是”.”的隐藏目录,需要ls –a参数才能看到。而且这个目录的权限必须是700,并且用户的home目录也不能给其他用户写权限,否则ssh服务器会拒绝登陆。如果发生不能登陆的问题,请察看服务器上的日志文件/var/log/secure。通常能很快找到不能登陆的原因。 六 关于ssh_config和sshd_config文件配置的说明 /etc/ssh/ssh_config: Host * 选项“Host”只对能够匹配后面字串的计算机有效。“*”表示所有的计算机。 ForwardAgent no “ForwardAgent”设置连接是否经过验证代理(如果存在)转发给远程计算机。 ForwardX11 no “ForwardX11”设置X11连接是否被自动重定向到安全的通道和显示集(DISPLAY set)。 RhostsAuthentication no “RhostsAuthentication”设置是否使用基于rhosts的安全验证。 RhostsRSAAuthentication no “RhostsRSAAuthentication”设置是否使用用RSA算法的基于rhosts的安全验证。 RSAAuthentication yes “RSAAuthentication”设置是否使用RSA算法进行安全验证。 PasswordAuthentication yes “PasswordAuthentication”设置是否使用口令验证。 FallBackToRsh no “FallBackToRsh”设置如果用ssh连接出现错误是否自动使用rsh。 UseRsh no “UseRsh”设置是否在这台计算机上使用“rlogin/rsh”。 BatchMode no “BatchMode”如果设为“yes”,passphrase/password(交互式输入口令)的提示将被禁止。当不能交互式输入口令的时候,这个选项对脚本文件和批处理任务十分有用。 CheckHostIP yes “CheckHostIP”设置ssh是否查看连接到服务器的主机的IP地址以防止DNS欺骗。建议设置为“yes”。 StrictHostKeyChecking no “StrictHostKeyChecking”如果设置成“yes”,ssh就不会自动把计算机的密匙加入“$HOME/.ssh/known_hosts”文件,并且一旦计算机的密匙发生了变化,就拒绝连接。 IdentityFile ~/.ssh/identity “IdentityFile”设置从哪个文件读取用户的RSA安全验证标识。 Port 22 “Port”设置连接到远程主机的端口。 Cipher blowfish “Cipher”设置加密用的密码。 EscapeChar ~ “EscapeChar”设置escape字符。 /etc/ssh/sshd_config: Port 22 “Port”设置sshd监听的端口号。 ListenAddress 192.168.1.1 “ListenAddress”设置sshd服务器绑定的IP地址。 HostKey /etc/ssh/ssh_host_key “HostKey”设置包含计算机私人密匙的文件。 ServerKeyBits 1024 “ServerKeyBits”定义服务器密匙的位数。 LoginGraceTime 600 “LoginGraceTime”设置如果用户不能成功登录,在切断连接之前服务器需要等待的时间(以秒为单位)。 KeyRegenerationInterval 3600 “KeyRegenerationInterval”设置在多少秒之后自动重新生成服务器的密匙(如果使用密匙)。重新生成密匙是为了防止用盗用的密匙解密被截获的信息。 PermitRootLogin no “PermitRootLogin”设置root能不能用ssh登录。这个选项一定不要设成“yes”。 IgnoreRhosts yes “IgnoreRhosts”设置验证的时候是否使用“rhosts”和“shosts”文件。 IgnoreUserKnownHosts yes “IgnoreUserKnownHosts”设置ssh daemon是否在进行RhostsRSAAuthentication安全验证的时候忽略用户的“$HOME/.ssh/known_hosts” StrictModes yes “StrictModes”设置ssh在接收登录请求之前是否检查用户家目录和rhosts文件的权限和所有权。这通常是必要的,因为新手经常会把自己的目录和文件设成任何人都有写权限。 X11Forwarding no “X11Forwarding”设置是否允许X11转发。 PrintMotd yes “PrintMotd”设置sshd是否在用户登录的时候显示“/etc/motd”中的信息。 SyslogFacility AUTH “SyslogFacility”设置在记录来自sshd的消息的时候,是否给出“facility code”。 LogLevel INFO “LogLevel”设置记录sshd日志消息的层次。INFO是一个好的选择。查看sshd的man帮助页,已获取更多的信息。 RhostsAuthentication no “RhostsAuthentication”设置只用rhosts或“/etc/hosts.equiv”进行安全验证是否已经足够了。 RhostsRSAAuthentication no “RhostsRSA”设置是否允许用rhosts或“/etc/hosts.equiv”加上RSA进行安全验证。 RSAAuthentication yes “RSAAuthentication”设置是否允许只有RSA安全验证。 PasswordAuthentication yes “PasswordAuthentication”设置是否允许口令验证。 PermitEmptyPasswords no “PermitEmptyPasswords”设置是否允许用口令为空的帐号登录。 AllowUsers admin “AllowUsers”的后面可以跟着任意的数量的用户名的匹配串(patterns)或user@host这样的匹配串,这些字符串用空格隔开。主机名可以是DNS名或IP地址。
boxti 2019-12-02 01:27:05 0 浏览量 回答数 0

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