计算机网络-第七章-网络安全

第七章网络安全

本章目标

网络安全原理：

加密，不仅仅用于机密性
认证
报文完整性
秘钥分发

安全实践

各个层次的安全性：应用层，传输层，网络层和链路层
两种网络安全的设备：防火墙、入侵检测系统

7.1 网络安全定义

网络安全包括且不限于以下几个指标

性能	说明
机密性	只有发送方和预订的接收方能否理解传输的报文内容：发送方加密报文；接收方解密报文
可认证性	发送方和接收方需要确认对方的身份（防止第三方伪造身份）
报文完整性	发送方、接受方需要确认报文在传输的过程中或者事后没有被改变
访问控制和服务的可用性	服务可以接入以及对用户而言是可用的（通过访问控制来实现服务的可用性）

下面是一个著名的模型

Bob、Alice(lovers)需要安全的通信
Trudy(intruder)可以截获、删除和增加报文

坏蛋可以做什么：

操作	说明
窃听	截获报文
插入	在连接上插入报文
伪装	可以在分组的源地址写上伪装的地址
劫持	将发送方或者接收方踢出，接管连接
拒绝服务	阻止服务被其他正常用户使用(例如通过对资源的过载使用)

7.2 加密原理

7.2.1 加密概述

符号	意思
m	明文
K_A(m)	密文，采用K_A进行加密
m = K_B(K_A(m))	用K_B解密得到的是明文
K_A、K_B	密钥

7.2.2 对称加密

(1) 简单对称加密方案

替换密码: 将一个字母换成另外一个字母

单码替换密码: 将一个字母替换成另外一个字母

加密秘钥：26个字母和26字母的映射关系

这种情况下加密的可能性就是26!，但是可以通过词频来猜测映射关系

一个更复杂的加密方法

个替换密码, M₁,M₂,…,M_n
循环模式:

例如：n=4: M₁,M₃,M₄,M₃,M₂; M₁,M₃,M₄,M₃,M₂; ..
对于每个明文字符，采用循环替换模式的下一个
• dog: d from M1, o from M3, g from M4

加密的秘钥: n个替换模式（字母替换表）和循环模式（秘钥不仅仅是：字母之间的映射模式）

(2) DES

① 基本情况

DES: Data Encryption Standard

US 加密标准[NIST 1993]
秘钥和明文长度：56-bit 对称密钥, 64-bit明文输入（这样规定了输入的长度，就有了后面的块加密、密码块链等）
加密分类：块加密（也就是将明文分块，每块加密之后再组合到一起）、密码块链
DES的安全性
- DES挑战: 56-bit密钥加密的短语(“Strong cryptography makes the world a safer place”) 采用暴力解密，不到一天时间（加密强度不够）
- 可能有后门：就是存在一种密钥可以解开所有的密文，作为后门，但只是有可能，并不是真实存在
如何使DES更安全:
- 使用3个key、3重DES 运算（现在还没有人声称能够破除3重DES运算）
- 密文分组成串技术

加密方式

初始替换
16 轮一样的函数应用，每一轮使用的不同的48bit密钥
最终替换

② 块密码

可以看到是分块加密了
缺点：如果输入块重复，将会得到相同的密文块

③ 密码块链

可以解决块加密的问题

密码块链：第i轮输入m(i), 与前一轮的密文,c(i-1)做异或
然后当前块的加密结果和前面所有的块都有关

(3) AES

AES: Advanced Encryption Standard

新的对称密钥NIST标准(Nov. 2001) 用于替换DES
数据128bit成组加密
128, 192, or 256 bit keys
暴力法解密如果使用1秒钟破解DES, 需要花149万亿年破解AES

对称加密:

需要发送方和接收方对共享式对称密钥达成一致
Q: 但是他们如何第一次达成一致(特别是他们永远不可能见面的情况下)?

对称加密时，密钥分发是一个问题，如何让对方得到密钥但是第三方不会得到

7.2.3 非对称加密

也叫作公开密钥加密算法

(1) 引出

对称加密的问题

需要发送方和接收方对共享式对称密钥达成一致
Q: 但是他们如何第一次达成一致(特别是他们永远不可能见面的情况下)?

公开密钥加密

完全不同的方法[Diffie-Hellman76,RSA78]
发送方和接收方无需共享密钥
一个实体的公钥公诸于众
私钥只有接收方自己知道

(2) 原理

Bob有公钥K_B⁺和私钥K_B^-

将公钥K_B⁺公开，此时Alice得到了K_B⁺

Alice要给Bob发送信息m，用K_B⁺加密得到K_B⁺(m)发送给Bob

然后Bob用K_B^-解密得到 m = K_B^-(K_B⁺(m))

公钥密码学彻底改变了2000年（以前只有对称密钥）的密码学!
同样的想法几乎同时，且独立地出现在美国和英国

(3) 要求

需要公钥K_B⁺和私钥K_B^-，并且满足 m = K_B^-(K_B⁺(m))
给定公钥K_B⁺，导出私钥K_B^-计算上不可行（就是不能由公钥退出私钥）

(4) RSA算法

RSA：Rivest, Shamir, Adelson algorithm，这是最典型，使用最多的公开密钥加密算法

① 流程

1. 准备

报文: 就是一个bit模式
Bit模式可以唯一的用整数来表示
因此，加密一个报文就等于加密一个整数

例子:

m= 10010001.报文可以唯一的用十进制数145来代替.
为了加密m，我们加密相应的整数，得到一个新的整数(密文)

2. 创建公私钥对

选择2个很大的质数p, q . (例如：每个1024 位)
计算n = pq, z = (p-1)(q-1)
选择一个e (要求e<n) 和z 没有一个公共因子，也就是e和z互素
选择d 使得ed-1 正好能够被z整除.(也就是：ed mod z = 1 ).
得到公钥 K_B⁺ 为 (n,e). 私钥 K_B^- 为 (n,d).

3. 加密和解密

给定按照上述算法得到的公钥(n,e) 和私钥(n,d)
加密报文m (<n), 加密算法 c = m^e mod n
对接收到的密文c解密，如此计算 m = c^d mod n

也就是 m = (m^e mod n)^d mod n

② 案例

Bob 选择

p=5, q=7（都是质数）
因此 n= pq = 35, z = (p-1)(q-1) = 24.
e=5 (e, z 互素).
d=29 (ed-1 能够被z整除).

加密8bit的报文 00001000

加密

bit pattern = 00001000
m = 12
密文c = (m^e mod n) = 17

解密

明文 m = (c^d mod n) = 12
其中 c^d = 481968572106750915091411825223071697

③ 原理

为什么RSA可行，也就是为什么 m = (m^e mod n)^d mod n

前置知识：模运算

x mod n = x除以n得到的余数
一些事实:
- [(a mod n) + (b mod n)] mod n = (a+b) mod n
- [(a mod n) - (b mod n)] mod n = (a-b) mod n
- [(a mod n) * (b mod n)] mod n = (a*b) mod n
因此 (a mod n)^d mod n = a^d mod n（后者是d个a相乘）
例子: x=14, n=10, d=2:

(x mod n)^d mod n = 4² mod 10 = 6

x^d = 14² = 196，x^d mod 10 = 6

一个有用的数论定理: 如果p,q 都是素数，n = pq, 那么:

④ RSA做数字签名

RSA有一个比较重要的特性

m = K_B^-(K_B⁺(m)) = K_B⁺(K_B^-(m))

也就是先用公钥，然后用私钥的结果
和先用私钥，然后用公钥的结果一致

证明

这个特性可以用来做数字签名

⑤ 特性

为什么RSA安全

假设知道了Bob的公钥(n,e)，求解私钥d的难度有多大(n,d)?
本质上是在不知道2个因子p和q的情况下，求解n的因子
事实是：分解一个大的整数是非常困难的

在RSA中求幂次方的运算代价非常大
DES（对称加密）最起码比RSA快100倍

即优点是安全，缺点是代价大

7.3.4 对称和非对称结合

RSA的问题是运算代价很大，对称加密的问题是密钥的传递，可以结合

采用公开秘钥加密体系创建一个安全的连接，然后建立
第二个对称秘钥key，用于实际加密数据

会话秘钥, K_S

Bob 和Alice采用RSA交换对称秘钥K_S
一旦拥有了K_S, 采用对称加密来进行加密和解密

7.3 认证原理

身份认证实际上应该是双向的，不过双向的原理都一样，因此本节介绍单向的身份认证

本节也是采用逐层递进的方式，一个问题一个问题去解决，从而得到最终的方法

认证的目标：Alice给Bob发送消息，Bob需要Alice“证明”她的身份

7.3.1 遇到的问题

(1) 直接认证

方案1：Protocol ap1.0: Alice 说“I am Alice”

可能出现的问题：

Trudy申明自己是Alice

在网络中，Bob看不到Alice，所以Trudy简单申明其是Alice

(2) IP认证

方案2：Protocol ap2.0: Alice 说“I am Alice” ，具备Alice的IP地址

这个方案通过IP地址来证明身份

可能出现的问题：Trudy 可以创建一个分组伪造Alice的IP地址

允许进行IP层的编程

(3) 加密认证

方案3：Protocol ap3.0:Alice说“I am Alice”，而且传送她的密码来证明

可能出现的问题：

重放攻击

重放攻击(playback attack)：Trudy本次记录Alice的分组，下一次向Bob重放

方案3.1：Protocol ap3.0: Alice 说“I am Alice” ，而且传送她的加密之后的密码来证明

可能出现的问题：

重放攻击仍然有效：Trudy 记录recordsAlice的分组，然后过后重放给Bob

7.3.2 对称式认证

使用对称加密的方式来避免重放攻击

(1) 流程

目标：避免重放攻击

Nonce：一个协议生存期只用一次的整数(R)
protocol ap4.0: 为了证明Alice的活跃性, Bob发送给Alice一个nonce R. Alice返回加密之后的R，使用双方约定好的key

(2) 原理

重放攻击出现的原因是因为Trudy可以截获本次认证的信息，然后在下一次的时候用本次截获的信息进行认证

避免重放攻击就是每次认证都使用不同的数nonce，使得本次截获的认证信息无法在下一次使用

Alice 是活跃的, 只有 Alice知道这个加密的 nonce, 因此一定是Alice！

(3) 问题

但是问题是：需要双方共享一个对称式的密钥，这又成了密钥传播的问题

7.3.3 公开密钥加密认证

ap5.0:使用nonce R 和公开密钥加密技术

(1) 流程

(2) 漏洞：中间攻击

Trudy 在Alice (to Bob)和Bob之间(to Alice)

Trudy在Alice和Bob中间，Trudy无法得到Alice的私钥，但是可以使用自己的私钥
因此其将Alice和Bob的信息全部截获，伪造彼此，让彼此觉得是在于对方通信

特点：难以检测

Bob收到了Alice发送的所有报文, 反之亦然（也就是彼此之间仍然正常通信）
问题是Trudy也接收到了所有的报文!
本质：Bob没有拿到真正Alice的公钥
如果可保证拿到Alice的公钥，那么采用公开密钥体系就行认证也是可行的

7.4 报文完整性

目的：接受放要能检测出报文传输的过程没有被修改

7.4.1 数字签名

(1) 原理

原理

m = K_B⁺(K_B^-(m))

先用K_B^-进行加密，然后用K_B⁺进行解密

(2) 过程

数字签名类似于手写签名:

发送方(Bob) 数字签署了文件, 前提是他(她)是文件的拥有者/创建者.
报文m的简单数字签名:Bob使用其私钥对m进行了签署，创建数字签名的K_B^-(m)

1. 如何构造数字签名

Bob传递的时候将 m 和 K_B^-(m)一同传递给Alice

2. Alice如何验证数字签名

假设Alice收到报文m, 以及数字签名K_B^-(m)
Alice 使用Bob的公钥K_B⁺对K_B^-(m)进行验证
判断K_B⁺(K_B^-(m)) = m 是否成立？
如过 K_B⁺(K_B^-(m)) = m 成立, 那么签署这个文件的人一定拥有Bob的私钥.

(3) 特性

Alice 可以验证:

谁签署：接收方(Alice)可以向其他人证明是Bob，而不是其他人签署了这个文件(包括Alice)
签署了什么：这份文件，而不是其他文件

有如下特点：

以Bob发送消息给Alice为例

特点	说明	补充
可验证性	对于Alice：Alice可以验证是Bob发送的	因为Alice使用Bob的公钥证明了 K_B⁺(K_B^-(m)) = m
不可伪造性	对于Bob：没有人可以伪造Bob发信息	因为加密使用的是Bob的私钥，解密使用的是Bob的公钥（攻击者没有Bob的私钥）
不可抵赖性	对于第三方：第三方可以使用这个签名来验证是谁签的，而不是伪造的	因为上面有Bob的签名 Alice可以拿着m,以及数字签名K_B^-(m)到法庭上，来证明是Bob签署了这个文件m

(4) 问题

问题是：

Alice如何可靠地拿到Bob的公钥呢？
使用非对称加密(公开密钥加密)，加密代价很大，特别是报文很长的情况下，导致签名的时候花费很大的代价

7.4.2 报文摘要

真正网络中进行加密的原理就是：先计算出一个报文的摘要，然后对这个摘要进行加密(签署)

(1) 原理

对长报文进行公开密钥加密算法的运行需要耗费大量的时间

目标：将报文转换成固定长度，即容易计算的“指纹（fingerprint）
对m使用散列函数H，获得固定长度的报文摘要H(m)

这样就将对报文的数字签名转变为对报文摘要进行数字签署

由于报文摘要要比报文短，降低了数字签名的代价

(2) 签署/解密流程

Bob发送数字签名的报文

Alice校验签名和报文完整性

进行校验的时候是往两个方向走，最终判断中间值是否相等

(3) 散列函数

① 特性

散列函数的特性：

特点	说明
多对1	多个输入可能对应一个输出(因为结果固定长度，输入范围一定大于输出范围)
结果固定长度
给定一个报文摘要x，反向计算出原报文在计算上是不可行的x = H(m)

这里仅仅是说明散列函数的特点，并没有要求随机性

② 举例

1. Internet校验和: 弱的散列函数

Internet 校验和拥有一些散列函数的特性:
产生报文m的固定长度的摘要(16-bit sum)
多对1的

缺点：但给定一个散列值，很容易计算出另外一个报文具有同样散列值：

2. MD5散列函数

(RFC 1321)被广泛地应用
4个步骤计算出128-bit的报文摘要
给定一个任意的128-bit串x, 很难构造出一个报文m具有相同的MD5摘要

3. SHA-1

US标准[NIST, FIPS PUB 180-1]
160-bit报文摘要

7.5 密钥分发和证书

7.5.1 可信赖中介

现在还遗留着两个问题：

对称密钥问题：相互通信的实体如何分享对称式的密钥?

解决办法：trusted key distributioncenter (KDC)在实体之间扮演可信赖中介的角色
公共密钥问题：当Alice获得Bob的公钥(from web site, e-mail,diskette)，她如何知坦是Bob的public key , 而不是Trudy的?

解决办法：可信赖的certificationauthority (CA)

根本目的：就是AB之间要建立可信的通信关系

理论上来说，AB如果没法相见，那么只能通过第三方，通过对第三方的信任建立

但是又出现问题了，各自如何与第三方(也就是中介)建立可信的通信关系呢？

这是一个无解的问题

7.5.2 KDC

Alice,Bob需要分享对称式密钥.
KDC:服务器和每一个注册用户都分享一个对称式的密钥(many users)
Alice, Bob在和KDC通信的时候，知道他们自己的对称式密钥K_A-KDC、K_B-KDC

至于怎么知道的，这是一个无解的问题

KDC如何使得Bob和Alice在和对方通信前，就对称式会话密钥达成一致?

Alice和Bob使用R1作为对称式的会话密钥

7.5.3 公钥认证中心CA

前提：拥有认证中心的公钥CA⁺

这是技术层面无法解决的问题，只能通过带外的方式，即安装操作系统的时候已经在操作系统中有了

(1) 工作原理

certification authority (CA): 将一个公钥和拥有它的实体E做个捆绑
E (person, router) 到CA那里注册他的公钥， E 提供给CA，自己身份的证据
- CA创建一个证书，捆绑了E实体信息和他的公钥.
- Certificate证书包括了E的公钥，而且是被CA签署的（被CA用自己的私钥加了密的）

证书就是 CA^-(B, K_B⁺)，即被CA签署过的实体及其公钥

当Alice需要拿到Bob公钥:

获得Bob的证书certificate (从Bob或者其他地方)
使用CA的公钥来验证Bob的证书
前提需要可靠地获得CA的公钥，CA的证书
CA证书获得带外方式：安装系统带的，或者直接信赖的这个公钥
CA证书一般是自己用自己的私钥签署自己的公钥

(2) 信任树

根证书：根证书是未被签名的公钥证书或自签名的证书

拿到一些CA的公钥
渠道：安装OS自带的数字证书；从网上下载，你信任的数字证书

CA有多个，都可以办法公钥，即只要信任一个实体(拿到了这个实体的公钥)，这个实体就能颁发证书，然后你使用实体的公钥验证

信任树：

信任根证书CA颁发的证书，拿到了根CA的公钥（信任了根）
由根CA签署的给一些机构的数字证书，包含了这些机构的数字证书
由于你信任了根，从而能够可靠地拿到根CA签发的证书，可靠地拿到这些机构的公钥

总之，通过中介解决了密钥/公钥的可靠地传递

7.6 各层安全协议

7.2 — 7.5 讲解了网络安全的原理，接下来简单讲解每一层的安全相关的协议

7.6.1 应用层:安全电子邮件

本节讲述应用层如何保证电子邮件的机密性、源端可认证性、报文完整性的

(1) 加密报文

场景：Alice需要发送机密的报文m给Bob

使用对称加密设计密钥的分发问题，使用密钥公开的方式，加密的代价太大，使用两者相结合的方式

Alice加密：

产生随机的对称密钥：K_S.
使用K_S对报文加密(为了效率)
对K_S 使用Bob的公钥K_B⁺进行加密（K_B⁺是通过证书获得的）
发送K_S(m) 和K_B⁺(K_S) 给Bob.

也就是用对称密钥加密报文，用 Bob的公钥加密对称密钥，然后全部发送给Bob

Bob解密：

使用自己的私钥解密K_S
使用K_S解密K_S(m) 得到报文

(2) 源端认证 & 报文完整性

源端可认证性和报文完整性一般捆绑在一起，这里还没有机密性（就是报文仍然以明文的形式传输，不加密）

目的：Alice 需要提供源端的报文完整性和可认证性

Alice加密：

Alice 数字签署文件(采用自己的私钥签署报文的散列)
发送报文（明文）和数字签名

Bob解密：

Bob使用散列函数计算报文的散列 H(m)
使用Alice的公钥解密报文的散列 K_A⁺(K_A^-(m))
比较 H(m) = K_A⁺(K_A^-(m))？
如果相等，说明m就是正确的

能采用Alice的公钥解密，说明是用Alice的私钥加密的，保证了源端可认证性
采用散列比较，保证了报文完整性（如果报文被修改，得到的散列也会被修改）

(3) 三种性质

目的：Alice 需要提供机密性，源端可认证性和报文的完整性

思路就是先进行数字签名，然后将签名和明文当做报文进行加密

Alice加密：

使用K_A^-对报文m的散列签名得到 K_A^-(H(m))
然后将 K_A^-(H(m))合并到一起得到 m‘
产生随机的对称密钥：K_S.
使用K_S对报文 m’ 加密(为了效率)
对K_S 使用Bob的公钥K_B⁺进行加密（K_B⁺是通过证书获得的）
发送K_S(m‘) 和K_B⁺(K_S) 给Bob.

Bob解密：......

Alice用了3个keys: 自己的私钥，Bob的公钥, 新产生的对称式密钥

(4) PGP

Pretty good privacy (PGP)

Internet e-mail加密方案，事实上的标准.
使用前面讲述的：对称密钥加密，公开密钥加密，散列函数和数字签名.
能够提供机密性，源端的可认证性和报文完整性.
发明者, Phil Zimmerman, 是３年的犯罪调查的目标

/*A PGP signed message: */
---BEGIN PGP SIGNED MESSAGE---
Hash: SHA1
Bob:My husband is out of town tonight.Passionately yours, Alice
---BEGIN PGP SIGNATURE---
Version: PGP 5.0
Charset: noconv
yhHJRHhGJGhgg/12EpJ+lo8gE4vB3
mqJhFEvZP9t6n7G6m5Gw2
---END PGP SIGNATURE---

7.6.2 应用层/传输层:SSL

可以看做是应用层，但也是TCP实现的，也可以看做是传输层

为使用SSL服务的、基于TCP的应用提供传输层次的安全性

例如：在WEB的浏览器和服务器之间进行电子商务的交易(shttp)所提供的安全服务：服务器的可认证性，数据加密、客户端的可认证性(可选)
所提供的安全服务：服务器的可认证性，数据加密，客户端的可认证性

SSL的位置在传输层和应用层之间

SSL三阶段

第一阶段：握手

Bob 和Alice 建立TCP连接
通过CA签署的证书认证Alice的身份
创建，加密(采用Alice的公钥), 传输主密钥给Alice（不重数交换没有显示）

第二阶段：密钥导出

Alice , Bob采用共享的MS产生4个keys:
- E_B:Bob->Alice数据加密key
- E_A: Alice->Bob数据加密key
- M_B:Bob->Alice MAC（报文鉴别编码)key
- M_A: Alice->Bob MAC key
加密和MAC算法在Bob, Alice之间协商
为什么要4个keys：更安全

第三阶段：数据传输

7.6.3 网络层:IPsec

位于IP层之上，TCP/UDP之下

(1) 说明

网络层的机密性:

发送端主机对IP数据报中的数据进行加密
数据：TCP或者UDP的段;ICMP和SNMP 报文.

网络层次的可认证性

目标主机可以认证源主机的IP地址

2个主要协议:

认证头部(AH)协议
封装安全载荷 encapsulation security payload (ESP)

不管AH 还是ESP, 源和目标在通信之前要握手:

创建一个网络层次的逻辑通道：安全关联security association (SA)

每一个SA 都是单向，由以下元组唯一确定:

安全协议(AH or ESP)
源IP地址
32-bit连接ID

没细讲，而且网课与PPT中内容不一致

(2) ESP协议

提供机密性，主机的可认证性，数据的完整性.
数据和ESP尾部部分被加密
next header字段在ESP尾部
ESP 认证的头部与AH类似
协议号= 50.

(3) AH协议

AH：Authentication Header

提供源端的可认证性，数据完整性，但是不提供机密性
在IP头部和数据字段之间插入AH的头部
协议字段: 51
中间的路由器按照常规处理这个数据报
AH 头部包括:
- 连接ID
- 认证数据: 对原始数据计算报文摘要，使用源端的私钥进行数字签名.
- 下一个字段: 定义了数据的类型(e.g., TCP, UDP,ICMP)

7.6.4 IEEE 802.11 security

这是数据链路层

没细讲

7.7 访问控制:防火墙

本节讲的是一个网络安全的设备，防火墙

7.7.1 防火墙

防火墙：将组织内部网络和互联网络隔离开来，按照规则允许某些分组通过（进出），或者阻塞掉某些分组

7.7.2 防火墙的必要性

阻止拒绝服务攻击：

SYN flooding: 攻击者建立很多伪造TCP连接，对于真正用户而言由于服务器的资源被耗尽，他们的访问被拒绝
阻止非法的修改/对非授权内容的访问，例如：攻击者替换掉CIA的主页
只允许认证的用户能访问内部网络资源(经过认证的用户/主机集合)

7.7.3 防火墙的类型

2种类型的防火墙:

无状态分组过滤器
有状态分组过滤器
应用网关

(1) 无状态分组过滤器

内部网络通过配置防火墙的路由器连接到互联网上
路由器对分组逐个过滤，根据分组相应字段匹配到规则相应自字段来决定转发还是丢弃
匹配的字段有：
- 源IP地址，目标IP地址
- TCP/UDP源和目标端口
- ICMP报文类别
- TCP SYN 和ACK bits

可以看到，防火墙匹配的都是头部信息

下面是一些应用

目的	防火墙设置
所有的进出UDP流以及TCP 上telnet连接分组都被阻塞掉	阻塞进出的数据报：只要拥有IP协议字段= 17，而且源/目标端口号=23
阻止外部客户端主动和内部网络的主机建立TCP连接，但允许内部网络的客户端主动和外部服务器建立TCP连接	阻塞进入内网的TCP段：它的ACK=0.
不允许外部的web进行访问	阻塞掉所有外出具有目标端口80的IP分组
不允许来自外面的TCP连接，除非是机构公共WEB服务器的连接	阻塞掉所有进来的TCP SYN分组，除非130.207.244.203, port 80
阻止Web无线电占用可用带宽.	阻塞所有进来的UDP分组– 除非DNS和路由器广播
阻止你的网络被smurf DoS所利用	阻塞掉所有到达广播地址(130.207.255.255)的ICMP分组.
阻止内部网络被tracerout，从而得到你的网络拓扑	阻塞掉所有外出的ICMP TTL过期的流量

下面是一个案例

ACL：Access Control Lists

ACL:规则的表格，自动向下和输入的分组进行匹配: (action, condition) 对: 有点像OpenFlow 转发表

action	source address	dest address	protocol	source port	dest port	flag bit
allow	222.22/16	outside of 222.22/16	TCP	>1023	80	any
allow	outside of 222.22/16	222.22/16	TCP	80	>1023	ACK
allow	222.22/16	outside of 222.22/16	UDP	>1023	53	---
allow	outside of 222.22/16	222.22/16	UDP	53	>1023	---
deny	all	all	all	all	all	all

(2) 有状态分组过滤器

就是记录是否已经建立TCP连接，如果没有TCP连接，那么发送分组不会通过

无状态分组过滤器: 重型工具？

防火墙会让“无意义”的分组通过，例如：dest port = 80, ACK bit set
该TCP连接甚至都没建立起来:

action	source address	dest address	protocol	source port	dest port	flag bit
allow	outside of 222.22/16	222.22/16	TCP	80	>1023	any

有状态的分组过滤器: 跟踪每个TCP连接的状态

跟踪TCP连接建立（SYN），拆除（FIN）：然后才让相应后续分组通过
防火墙上的非活跃连接会超时，不再允许相应的分组通过防火墙

action	source address	dest address	protocol	source port	dest port	flag bit	check connection
allow	222.22/16	outside of 222.22/16	TCP	>1023	80	any
allow	outside of 222.22/16	222.22/16	TCP	80	>1023	ACK	×
allow	222.22/16	outside of 222.22/16	UDP	>1023	53	---
allow	outside of 222.22/16	222.22/16	UDP	53	>1023	---	×
deny	all	all	all	all	all	all

7.7.4 应用程序网关

根据应用数据的内容来过滤进出的数据报，就像防火墙根据IP/TCP/UDP字段来过滤一样
例子：允许特定的内部站点登录到外部服务器，但不是直接登录

需要所有的telnet用户通过网关来telnet
对于认证的用户而言，网关建立和目标主机的telnet connection ，网关在2个连接上进行中继
路由器过滤器将所有不是来自网关的telnet分组全部过滤掉

7.7.5 局限性

防火墙和应用程序网关的局限性

IP spoofing（就是子网内部的设备发出的分组并不在子网的网段中）: 路由器不知道数据报是否真的来自于分组源地址声称的IP
应用网关：如果有多个应用需要控制，就需要有多个应用程序网关
而且客户端软件需要知道如何连接到这个应用网关（例如：必须在Web browser中配置网络代理的Ip地址）
过滤器对UDP段所在的分组，或者全过或者全都不过
折中: 外部通信的便利性vs安全的级别
很多高度保护的站点仍然受到攻击的困扰

7.8 IDS:入侵检测系统

防火墙检测的仅仅是头部信息，IDS还检测数据部分

分组过滤（防护墙的任务）:

对TCP/IP头部字段进行检查
不检查会话分组间的相关性

7.8.1 IDS介绍

IDS: intrusion detection system

深入分组检查: 检查分组的内容(e.g., 检查分组中的串是否和已知攻击数据库的病毒和攻击的特征码匹配）
检查分组间的相关性，判断是否是有害的分组（时间序列）
- 端口扫描
- 网络映射
- DoS 攻击

多个IDSs: 不同的网段，放置探针，根据需要进行不同类型的检查

7.8.2 IDS应用案例

举一些Internet的安全威胁以及IDS如何应对的

1. 映射

在攻击之前:“踩点”–发现在网络上实现了哪些服务
使用ping来判断哪些主机在网络上有地址
端口扫描:试图顺序地在每一个端口上建立TCP连接(看看发生了什么)
nmap (http:// www.insecure.org/nmap/ ) mapper:"network exploration and security auditing"

对策：

记录进入到网络中的通信流量
发现可疑的行为(IP addresses,端口被依次扫描)

2. 分组嗅探

广播式介质
混杂模式的NIC获取所有的信道上的分组
可获取所有未加密的数据(e.g. passwords)
e.g.:C嗅探B的分组

顾名思义：就是在嗅分组，明明是给其他人的分组自己就拿过来了

对策：

机构中的所有主机都运行能够监测软件，周期性地检查是否有网卡运行于混杂模式（这个模式可以用于抓包）
每一个主机一个独立的网段(交换式以太网而不是使用集线器)

3. IP Spoofing欺骗

可以有应用进程直接产生"raw”IP分组，而且可以在IP源地址部分直接放置任何地址
接收端无法判断源地址是不是具有欺骗性的
e.g.C伪装成B

对策：

IP Spoofing : 入口过滤

路由器对那些具有非法源地址的分组不进行转发 (e.g., 数据报的源地址不是路由器所在的网络地址)
很好，但是入口过滤不能够在全网范围内安装

4. DOS

DOS：不断建立TCP连接，使得服务器无法处理正常的请求

DDoS：分布式的DOS，多个机器向服务器建立TCP连接

对策：

在到达主机之前过滤掉这些泛洪的分组(e.g., SYN): throw out good with bad
回溯到源主机(most likely an innocent,compromised machine)

posted @ 2023-07-16 19:49 Crispy·Candy 阅读(94) 评论(0) 编辑收藏举报

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酥心糖

计算机网络-第七章-网络安全

第七章 网络安全

7.1 网络安全定义

7.2 加密原理

7.2.1 加密概述

7.2.2 对称加密

(1) 简单对称加密方案

(2) DES

① 基本情况

② 块密码

③ 密码块链

(3) AES

7.2.3 非对称加密

(1) 引出

(2) 原理

(3) 要求

(4) RSA算法

① 流程

② 案例

③ 原理

④ RSA做数字签名

⑤ 特性

7.3.4 对称和非对称结合

7.3 认证原理

7.3.1 遇到的问题

(1) 直接认证

(2) IP认证

(3) 加密认证

重放攻击

7.3.2 对称式认证

(1) 流程

(2) 原理

(3) 问题

7.3.3 公开密钥加密认证

(1) 流程

(2) 漏洞：中间攻击

7.4 报文完整性

7.4.1 数字签名

(1) 原理

(2) 过程

(3) 特性

(4) 问题

7.4.2 报文摘要

(1) 原理

(2) 签署/解密流程

(3) 散列函数

① 特性

② 举例

7.5 密钥分发和证书

7.5.1 可信赖中介

7.5.2 KDC

7.5.3 公钥认证中心CA

(1) 工作原理

(2) 信任树

7.6 各层安全协议

7.6.1 应用层:安全电子邮件

(1) 加密报文

(2) 源端认证 & 报文完整性

(3) 三种性质

(4) PGP

7.6.2 应用层/传输层:SSL

7.6.3 网络层:IPsec

(1) 说明

(2) ESP协议

(3) AH协议

7.6.4 IEEE 802.11 security

7.7 访问控制:防火墙

7.7.1 防火墙

7.7.2 防火墙的必要性

7.7.3 防火墙的类型

(1) 无状态分组过滤器

(2) 有状态分组过滤器

7.7.4 应用程序网关

7.7.5 局限性

7.8 IDS:入侵检测系统

7.8.1 IDS介绍

7.8.2 IDS应用案例

公告

第七章网络安全