网络安全基础之笔记一（用户认证）

时间：2022-12-13 23:54:43

网络安全体系的五类服务

访问控制服务：根据实体身份决定访问权限

身份鉴别服务：消息来源确认、防假冒（密码技术）

保密性服务：加密

数据完整性服务：防篡改（数字摘要）

防抵赖服务：数字签名

 

攻击类型

被动攻击：消息内容泄露攻击、流量分析攻击（加密后仍可推测出双方位置、身份、信息频率及长度）

主动攻击：假冒、重放、改写、拒绝服务

 

安全机制

加密、数字签名、访问控制、数据完整性、认证交换、流量填充（干扰流量分析）、路由控制（安全通道）、公证。

可信功能、安全标签、事件检测、安全审计跟踪、安全恢复。

 

对抗统计分析

扰乱（confusion）：使密文和加密秘钥之间的关系尽量复杂。

扩散（diffusion）：明文统计结构扩散消失到大批密文统计特性中，使明文密文之间的统计关系尽量复杂。

 

流密码与分组密码的区别

分组密码：高扩散性，无法插入符号，但是有加密较慢和错误扩散的问题。

流密码：转换速度快，低错误扩散率，但是低扩散性且易被恶意插入和篡改。

 

网络安全基本模型

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单向散列函数的消息认证

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HMAC算法的实现过程需要一个加密用的散列函数（表示为H）和一个密钥（S为双方的共享秘密值）。

HASH性质：任意长输入、固定长输出、单向性、抗碰撞性（找到满足H(x)=H(y)的任意一对(x，y)在计算上是不可行的）、抗弱碰撞攻击性（找到满足H(x)=H(y)的y≠x在计算上是不可行的）。

使用加密防止窃听，使用摘要防止篡改，使用数字签名防止仿冒，使用证书防止中间人攻击。

重放攻击防御：①时间戳+签名  ②序号递增  ③挑战与应答(token)  ④https

 

公钥密码系统

非对称，三类应用：①加密/解密 ②数字签名 ③会话秘钥交换

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Kerberos v4

应用于分布式环境中的身份鉴别，采用集中认证服务器（Authentication Server，AS）实现用户与服务器之间的双向认证。认证一次后可访问多个服务器。

依赖于对称秘钥的秘钥分配，AS把所有用户口令存储在集中式数据库中，并与TGS共享一个秘密秘钥Ktgs，TSG与每个服务器共享一个独立的秘密秘钥Kv（已安全分发）。

安全性：防止窃听、防止重放攻击、保护数据完整性，但没有抗否认性。

票据不证明任何人的身份，只是安全分发秘钥的一种方法。票据可重用：客户端在获取票据后存储起来，以便下次访问时使用，但访问不同的服务时第一次都需要新票据。

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TGS——Ticket-Granting Server，票据授权服务器      Kc——用户口令派生出的秘钥      Kc,tgs——客户端与TGS的会话秘钥      Kc,v——客户端与服务器的会话秘钥 

TS——发出时的时间戳      LifeTime——有效期      Authenticator——认证符（只能使用一次且有效期非常短）

认证会话过程：

① C-->AS：    用户ID || TGS的ID || TS1，请求票据授权票据Ttgs

② C<--AS：     E（Kc，[ Kc,tgs || TGS的ID || TS2 || LifeTime2 || Ttgs ]），其中Ttgs = E（Ktgs，[ Kc,tgs || 用户IP || 用户ID || TGS的ID || TS2 || LifeTime2 ]）

③ C输入口令解密后-->TGS：    服务器ID || Ttgs || Authenticatorc，请求票据Tv ， 其中Authenticatorc = E（Kc,tgs，[ 用户ID || 用户IP || TS3 ]）

④ C<--TGS：    E（Kc,tgs，[ Kc,v || 服务器ID || TS4 || Tv ]），其中Tv = E（Kv，[ Kc,v || 用户IP || 用户ID || 服务器ID ||  TS4 || LifeTime4 ]）

⑤ C-->V：    Tv || Authenticatorc ，其中Authenticatorc = E（Kc,v，[ 用户ID || 用户IP || TS5 ]）

⑥ C<--V：    E（Kc,v，[ TS5+1 ]）

 

域间认证：对于有许多域的情况的可伸缩性不好，N2阶Kerberos-Kerberos关系。

 

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【问题1】为什么要发送用户的IP?

 答：仅当用户从同一个客户端发出票据时，它才是合法的。

【问题2】票据中的TS和LifeTime有什么作用？

答：防止攻击者截获了③中的登录票据Ttgs，将自己的IP设置成用户的IP后，欺骗TGS获取Tv。在对拼接的信息进行比较之前，会先提取Authenticator中的Timestamp，同当前的时间进行比较，如果他们之间的偏差超出一个可以接受的时间范围（一般是5mins），Server会直接拒绝该Client的请求。Server维护着一个列表，这个列表记录着在这个可接受的时间范围内所有进行认证的Client和认证的时间。对于时间偏差在这个可接受的范围中的Client，Server会从这个这个列表中获得最近一个该Client的认证时间，只有当Authenticator中的Timestamp晚于通过一个Client的最近的认证时间的情况下，Server采用进行后续的认证流程。这种基于Timestamp的认证机制只有在Client和Server端的时间保持同步的情况才有意义。所以保持Time Synchronization在整个认证过程中显得尤为重要。在一个Domain中，一般通过访问同一个Time Service获得当前时间的方式来实现时间的同步。

【问题3】Kerberos怎样对票据加密？

答：对Ttgs加密是利用用户口令Kc加密后传输，对Tv加密是利用会话秘钥Kc,tgs加密后传输。

【问题4】Kerberos为什么能实现双向认证？

答：Server对Client进行认证：Server对 Tv 进行解密后，从而获得了会话秘钥 Kc,v 。再使用 Kc,v 解密Authenticator，通过比较Authenticator中的Client Info和Tv中的Client Info从而实现对Client的认证。

Client对Server进行认证：向Server发送的Credential中设置一个是否需要认证的Flag。Server在对Client认证成功之后，会把Authenticator中的Timestamp提取出来，通过会话秘钥进行加密，当Client接收到并使用会话秘钥进行解密之后，如果确认Timestamp和原来的完全一致，那么他可以认定Server正是他试图访问的Server。

那么为什么Server不直接把通过会话秘钥进行加密的Authenticator原样发送给Client，而要把Timestamp提取出来加密发送给Client呢？原因在于防止恶意的监听者通过获取的Client发送的Authenticator冒充Server以此获得Client的认证。

 

Kerberos v5

与v4的比较：

① v4使用DES，v5可选算法、密钥类型、密钥长度等

② v4使用IP地址，不支持其他地址类型

③ v4中的有效值由8比特表示，以5分钟为一个基本单位，最长有效期为28*5=1280分钟，v5中可以有任意有效期

④ v5提供了认证转发功能——客户端A访问服务器B，B可以以A的名义访问服务器C中关于A的文件

⑤ v5域间认证使用更少的关系

v4的缺陷：

① 在步骤2、4中票据经过了双重加密，一次被目标服务器的秘密秘钥加密，另一次被客户端所知道的秘密密钥加密，第二次加密不必要，计算开销增大了

② PCBC加密易受攻击，v5中使用CBC，并在CBC之前将散列码附加在消息中

③ 同一个票据可能被用来重放，v5中客户端与服务器可以协商子会话秘钥，且每次连接都会更新子会话秘钥

④ 截获步骤3后，攻击者可口令攻击，v5的预认证机制可以使口令攻击更加困难

认证会话过程：

 Realm——域      Options——票据中可设置某些选项      Times——from（起始时间）+till（过期时间）+rtime（更新后的过期时间）      Nonce——一个随机数，保证②是实时的，而不是重放的

① C-->AS：    Options || IDc || IDtgs || Realmc || Times || Nonce1

② C<--AS：    Realmc || IDc || Ttgs || E(Kc, [ Kc,tgs || Times || Nonce1 || Realmtgs || IDtgs ])， 其中Ttgs = E（Ktgs，[ Flags || Kc,tgs || Realmc || IDc || C的IP || Times ]）

③ C-->TGS：    Options || IDv || Times || Nonce2 || Ttgs || Authenticatorc， 其中Authenticatorc = E（Kc,tgs，[ IDc || Realmc || TS1 ]）

④ C<--TGS：    Realmc || IDc || Tv || E(Kc,tgs, [ Kc,v || Times || Nonce2 || Realmv || IDv ])， 其中Tv = E（Kv，[ Flags || Kc,v || Realmc || TS2 || Subkey || Seq# ]）

⑤ C-->V：     Options || Tv || Authenticatorc， 其中Authenticatorc = E（Kc,v，[ IDc || Realmc || TS2 || Subkey || Seq# ]）

⑥ C<--V：    E（Kc,v，[ TS2 || Subkey || Seq# ]）

Subkey是用户选择用来保护本次会话的子会话秘钥。Seq#是序列号的起始值，可以通过顺序编号检测重放。

 

公钥证书

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X.509证书

基于公钥加密（非对称）和数字签名，应用于IP安全、SSL/TLS、安全电子交易（SET）和S/MIME。X.509推荐使用RSA，也可使用别的算法。

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多CA间的A/B公钥传递

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PKIX

CA（认证中心）：证书发放者+撤销证书列表（CRL）

RA（注册中心）：可选部分

CRL发放者：可选部分，代理CA发布CRL

数据库：存储证书和CRL

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管理功能

注册：通过离线或在线的步骤与RA相互认证，将共享秘密密钥发放给端实体

初始化：安装密钥资料（需要公钥和用于验证证书路径的信息）

认证：为用户的公钥发放一个证书，将证书发放给用户客户端或存储在数据库中

密钥对恢复：允许端实体从一个被授权的密钥备份设施（通常是CA）处恢复他们的加密/解密密钥对

密钥对更新：当证书过期或撤销时，定期更新并发放新证书

撤销申请：当私钥泄露、合作方变化、名称改变等情况发生时

交叉认证：两个CA相互交换用于建立交叉证书信息

管理协议

证书管理协议（CMP）

证书管理消息（CMC）

 

联合身份管理

身份管理系统的中心思想是单点登录（SSO），用户经过认证后能接入所有的网络资源。Kerberos包含身份管理的许多要素。

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身份联合将身份联合扩展到多个安全域（内部单位、外部公司、第三方应用服务），通过共享数字身份，用户认证一次就可以接入多个域。

身份联合管理提供SSO+属性表示+身份映射（不同域的身份和属性可能不同）。

身份联合标准定义了票据的内容和格式、票据交换协议和票据管理任务（属性交换、身份映射、执行登录、审核功能）。

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 单点登录原理与简单实现

SSO单点登录三种情况的实现方式详解

 

参考：https://www.zhihu.com/question/19816240/answer/63371634

          http://www.cnblogs.com/shijingjing07/p/6123664.html

          http://blog.csdn.net/wulantian/article/details/42418231

           《网络安全基础应用与标准》

 

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