VPN理论第一天

2019年7月31日 06:30 作者：金淼淋分类：Security / VPN  579

C 巧 C 0 第二天： VPN 技术与 IPSEC 基本理论 CCSP VPN 理论第三天 :IKE 与 IPSEC 特性作者：现任明教教，北京 WOLF 安全实验室出品面而伊 CCSP VPN 理论现任明教教主出品加密学原理与技术第一天课程介绍 · 加密学原理 · 加密技术概述加密 · ） · 加密技术概述（散列） CCSP VPN 理论现任明教教主出品第一部分：加密学原理故事的开始 · 又有一个新版本过人了（想了久还是这么说吉利）！ · 各地老师都 0 着我同步版本呢！ · 如何能够安全的把版本交给各地老师呢？ CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理安全的定义 · 私密性（也就是加密，防止除叾各地老师以外的其它人能够看到这丿、本） · 完整性（确保版本有@轎过程中没有被篡改） · 源认证（各地老师要确保收到的版本是我发的，而不是其老伪装源发的。） · 不可否认性（我不能事后否认发送过版本给各地老师） CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理因特网角色一个经興的，次过的版本以魔曾的名义她绝对个超级黑客过的版本 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理私密性（加密） · 密码学主要分为两大类一对称密钥算法（很早就」如：凯撒密码） · DES · 3DES ． AES 一非对称密 · RSA · DH · ECC 算法 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理对称密钥算法对称密钥算法特点：使用相同的密钥和算法进行加解密弟一部分：加密学原理的版本 CCSP VPN 理论现任明教教主出品似乎很完美 i 过的本 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理有一个大问题 · 我怎么才能把共享的对称密传飨各地老师呢？ · 难道我用 MSN 和 Emai | 脚吝传给他们？ · 或者他们拿 U 盘至些来找我拷贝？ · 密钥如何传给彳訁任的对等体可是一个大问题！ CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理实际情况可能更糟 · 重复使用同一个对称密钥是不安全，牮但希望每一次交换新的版本都使用全新的密钥。 · WOLF 老师彼此之间需要交换《本．！ · 现在 WOLF 有 4 个安老师 [ 5 气 5 ． 1 ） ] 需要 20 个密钥，好像问题不大。 · 万一以后中国省市自治区都有一个安全老师 [ 34 气 34 ． 1 ） ] ！，当然我们现在讨论的互联网解决方案，人数可能不计其数。 · 我们会发现：密钥分发，密钥存储，密钥管理以及不支持数字签名，是对称密钥算法的本质问题。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理对称密钥算法特点 · 特点：一同一个密钥用于加解密。 · 优点：一速度快一安全一紧凑 · 缺点：一明文传输共享密钥，容易出现中途劫持和窃听的问题。一密钥数量是以参与者数量平方的速度增长（指数增长）。一因为数量过多，所以管理和存储会有很大问题。一不支持数字签名和不可否认性。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品第一部分：加密学原理非对称密钥算法 · RSA 一主流数字签名和数字证书的非对称巒钼算、 Diffie-Hellman 一 IPSEC VPN 使用的非对称密钥算法。 · ECC 一新兴的非对称密钥算法，适用于手机， PDA 的数字签名。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理非对称密钥算法介绍每一个用户进入一个加密系统，都需要产生一对公私钥。公钥共享给所有人，私钥需要严格保密，知道公钥无法推导出私钥。公钥加密的文件需要钥才能解密（加密的过程）。私钥加密的文件需要公钥才能解密（签名的过程）。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理这样应该可以得到版本了吧就的钣不接受的公钥接受抓一个经的次包 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理非对称密钥特点 · 特点：一用一个密钥加密的东西只能用另一个密钥来解密一仅仅只用于嘧钥交换（加密密钥）刊数字签名（加密散列）。 · 优点：一安全。一因为不必发送密钥给接孚者，所以非对称加密不必担心密钥被中途截获的问题。一密钥数目和参与数目一样。一不需要事先在各参与者之间建立关系以交换密钥。一技术支持数字签名和不可否认性。 · 缺点：一非常非常慢。一密文会变长。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理各有所长 · 如果我们比较一下对称和非对称密技术的特点，就会发现一件怪事，在每个领域，如果一类算法比较脆弱，那么另一类算法就会比较强，所以我们应该各取所长把这两类算法结合起来。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理理想的解决方案 · 该解决方案必须是安全的。 · 加密的速度必须快。 · 加密得到的密文必须紧凑 · 该解决方案必须能够适应參与者数目很多的情况。 · 该解决方案必然能够抵抗密钥窃听攻击。 · 该解决方案一走．不能要求事先在参与者之间建立某种关系。 · 该解决方案必须支持数字签名和不可否认性 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理一个简洁而优雅的解决方案（加密）随机到猕密洌个经的书：过的 h 如卜接受的过的感本 0 数字信密钥打包 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理剩下的问题 · 到此为止关于私密性的问题己经被解决了，但是我们依然要解决剩余三大问题？兀整性，源认证和不可否认性。我们现在开始解决完整性相关问题，首先我们要介绍的技术就是散列函数，看它如何帮助我们解决数据宀整性问题。 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理散列函数 · 散列算法接受任意大的数据并将其 “ 压缩 ” 最初数据的一个指纹 (fingerprint) 或者摘要。 · 散列函数的输出是一个固定大小值，果你修改了最初的数据，哪怕只修改了一位，那么输出的散列值就会完全不同。（雪崩效应）。 · 你无法反向执行弊烈算法来恢复出哪怕是一点最初的明文。（单 · H (x) =H (y) 在计算上是不可能的（冲突避免）。 MD5 （ 128 ）； SHA （ 160 ）加密 (des,3des... ）散列也叫做 hash (MD5,SHA. CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理数字签名（签名） · 说完了散列函数，现在我们来看看，数字签名技术是如何利用散列函数，帮我们宀成，数据完整性和身份验证的功能 0 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟一部分：加密学原理一个完美的解决方案 CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟二部分：加密学概述（加密）概述 · 加密就是把明文转换成为密文卵 · 解密就是把密文转换成为叩吝的、程。 · 加密的目的就是保障数据私密性。 · 仅仅只有授权卖牙能够实现解密一如今，加密算法巨经不再保密，都是公开的技术。一加解密数据基于己知的 encryption/decryption keyso ccsp VPN" • Encrypting application-layer dat ( - Skype, MSN shell, • Encrypting session-layer datåÄkifkJJLl*i) - SSLft* • Encrypting networ -layer data - IPSEC VPN • Encrypting link-layer data - 802.1AE ccsp VPN" • Resistance to cryptographic attacks • Variable (long) key lengths and scalability • Avalanche effect (smal changes in plaintext cause substantial changes in ciphertext) ( RISE) • No export or import restrictions ( ikfij±lYH El ) ccsp VPN" • Same key encrypts and decrypts dat symmetric encryption algorithms Different keys encrypt and decrypt data— asymmetric encryption algorithms Encrypt ccsp VPN" Decrypt SIOOO Sender and receiver must share a secret key SIOOO Usual key length of 40-256 bits (ÆfhWZ—RC40-256 bit) DES, 3DES, RC2/4/5/6, AES encryption algorithms ccsp VPN" • Usually quite fast • Based on simple mathematical operations(simple hardware assist) • Used for bulk encryption when data privacy is required • Key management can be a big problem CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟二部分：加密学概述（加密）非对称密钥算法 Encryption Encrypt $ 1000 ％ 3f7 & 4 、 Decryption $ 1000 Best known is the public key system （被人熟知的是公共密钥系统） Usual key length Of 512 一 2048 bits (not comparable to symmetric algorithms) （密钥长度一般在 512 一 2048 bit ，因为和对称密钥算法的数学理论基础有本质的不同，所以密钥长度没有可比性） RSA DH, elliptic curves ccsp VPN" • Relatively slow (compared to symmetric algorithms) • Based on hard computational problems • Simpler key management (one of the keys can usually be made public) • Used in low volume crypto services (signatures, key exchange) ccsp VPN" DES Data Encryption Standard • Ubiquitous symmetric algorithm— • Developed by IBM in 1975 • Fixed key length-—56 bit 56 bit) • The algorithm is very good, but the key length is not (susceptible to brute force attacks) ccsp VPN" DES ( n • The DES algorithm can be very roughly described as a sequence of permutations and substitutions based on the encryption kew • Scrutinized for 30 years with no significant flaws found • Because it uses simple logical operations, it is easily implementable in hardware CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟二部分：加密学概述（加密） DES 加密操作过程 Plaintext 64•Bit Block Subkey 1 0 Z ISMore 窟 oun Subkey n Ciphertext ccsp VPN" DES ECB mode (Electronic CodeBook): ( • Each plaintext block always gives the same ciphertext block • Vulnerable to insertion, replay, and dictionary attack (YJ%lJiGA, CBC mode (Cipher Block Chaining): • Before encrypting XOR onto the current plaintext block with previous ciphertext block • IPsec uses this mode in most cases (Cisco fi{JlPsec VPNRiffiX#fAjt) ccsp VPN" DES ECB vs CBC Mode Electronic Code Book Message of 5 64-Bit Blocks Cipher Block Chaining Message of 5 64-Bit Blocks ccsp VPN" DES • Change keys frequently to prevent brute force attacks. • Communicate DES keys from sender to receiver using a secure channel. • Consider using DES in CBC mode. With CBC, the encryption of each 64-bit block depends on previous blocks. (ffÆDESfi{JCBCfAjt) ccsp VPN" 3DES • Same basic algorithm applied three times in a row • Two (or three) different keys used togain 112 (168) bit key strength ( 168 • Brute-force attacks are rendered infeasible • Based on a well-analysed algorithm (DES) 'MUfMJ7ikDES) ccsp VPN" 3DES Key Encrypt Key Decrypt Encrypt Key K3 S1000 df584r fie9r3 1 .EDE (encrypt-decrypt-encrypt) ccsp VPN" AES • AES = Advanced Encryption Standard", • AES initiative announced in 1997 tofind an encryption standard to replace DES ( 19974FiÆfilXfi, YMftDES) • There were rigorous reviews of fifteen original candidates • Final choice: the Rijndael ("Rain Doll") cipher ccsp VPN" AES ( Æ) • Rijndael cipher was developed by Joan Daemen and Vincent Rijmen • Variable block length and key length)kQKRifh8n$kkJE) • Algorithm currently specifies how to use keys of length 128, 192 or 256 bits _to encrypt blocks of length 128, 192 or 256 bits 128bitMJYO • Both block length and key length can be extended very easily to multiples of 32 bits PU32bityy ccsp VPN" RC4 • Stream cipher • A variable key-size with byte-oriented operations • Can be expected to run very qy!ckly in software • Commonly used for Secure communications, as in the encryption of traffic to and from secure web sites using the SSL protocol ccsp VPN" RSA • Rivest, Shamir, Adelman (1977): (19774FfrljX —Patented, royalty ( YEFfZV$lJi± ) • A public key cryptosyste • Variable key length (usually 512-2048 bit) —Can trade speed for security • Based on the (current) difficulty of factoring very large numbers. ccsp VPNNié (jnæ) RSAffJfr • Each entity has two keys: — Public key (can be published)k — Private key (must be kept secret • It is not feasible to determine the private key from the public key. • One key encrypts, the other key decrypts a message. • Those keys are long-term (months/years). Clear Alice ncrypti Bob's Public Key ccsp VPN" Decryption Clear Bob's Private Key • Alice gets Bob's public key • Alice encrypts message with Bob's public key • Bob decrypts message using his private key ccsp VPN" RSAff}H • 100 (software) to 1000 (hardware) times slower than DES. • Used mainly for two —Privacy with encryptionkusually small amounts of data such as sessiorp keys) ( —Authentication and non-repudiation with digital signing of data ccsp VPN" UllfÅJjtff)JLlffW/k • When choosing algorithms, there are two basic criteria: 'by cryptographic —The algorithm is trusted (scrutinized) community ( —The algorithm provides enoug protection against brute force attacks (key • With symmetric algorithms, DES, 3DES, AES, RC4 are considered trusted mufthd:DES 3DES AES RC4) • With asymmetric algorithms, RSA is considered trusted. (AP ccsp VPN" • Used for integrity assurance. • Based on one-way functions. ( • Hash arbitrary data into a fixedJength digest (fingerprint). • The digest is cryptographically strong: — Impossible to recover hashed data from digest (8 — If data changes a little, the fingerprint changes a lot (avalanche effect) ( ShflHJSü) ccsp VPN" Basic requirements for a cryptographic hash function. • The input can be any length • The output has a fixed ) • H(x) is relatively eas to compute for any given x (i+% • H(x) is one-way [fiJfi{J ) • H(x) is collision-free ccsp VPN" Hashing Data of Arbitrary Length Fixed Length Hash Hash Function The hashing process is not reversible , hashffJJYJfiÉfik(1CRClå408n, ccsp VPN" Vulnerable to man-in-the-middle attacks: ( 5±+1üJ • Hashing does not provide security to transmission Well known hash functions: • Message Digest 5 (MD5) with 128-bit hashes • Secure Hash Algorithm 1 (SHA-I) with 160-bit hashes ccsp VPN" HMAC • Hash Message Authentication Code. • HMACs use an additional secret key as the input to the hash function. ( IGJflüHash) • The secret key is known to the sender and receiver: —Adds authentication to integrity assurance —Not vulnerable to man-in-the-middle attacks • Based on existing hash functions (keyed MD5, ke ed SHA-I . CCSP VPN 理论现任明教教主出品弟三部分：加密学概述（散列） HMAC （续） Data ofArbitrary Length Fixed Length Authenticated Hash Secret Hash Function ccsp VPN" S HA-I • Similar design to MD4/5 family of hash functions: —Produces a 160-bit message digest ) • Algorithm is slightly slower than MD5. (%'U+MD5) • SHA-I is a revisop that corrected an unpublished flaw in the original SHA. ccsp VPN" Hash/HMAC • Avoid MD5 if possible • Use stronger SHA-I MJSHA-I ) • If speed is an issue, perhaps consider MD5 • Protect HMAC secret keys!