網(wǎng)絡(luò)通信安全名詞解釋

段鐵興

通信風(fēng)險(xiǎn)

1.竊聽風(fēng)險(xiǎn)（eavesdropping）：第三方可以獲知通信內(nèi)容。

2.篡改風(fēng)險(xiǎn)（tampering）：第三方可以修改通信內(nèi)容。

3.冒充風(fēng)險(xiǎn)（pretending）：第三方可以冒充他人身份參與通信。

風(fēng)險(xiǎn)防范

1.信息加密傳輸，第三方無法竊聽。

2.增加校驗(yàn)機(jī)制，一旦被篡改，通信雙方會(huì)立刻發(fā)現(xiàn)。

3.配備身份證書，防止身份被冒充。

哈希

哈希也叫散列，是把任意長(zhǎng)度的輸入通過散列算法變換成固定長(zhǎng)度的輸出，該輸出就是散列值，也叫摘要。哈希是一種壓縮映射，通常不可逆。

這種轉(zhuǎn)換是一種壓縮映射。也就是，散列值的空間通常遠(yuǎn)小于輸入的空間，不同的輸入可能會(huì)散列成相同的輸出，所以不可能從散列值來確定唯一的輸入值，但如果輸出的位數(shù)足夠，不同輸入散列成相同輸出的概率非常小。

簡(jiǎn)單地說，散列就是一種將任意長(zhǎng)度的消息壓縮到某一固定長(zhǎng)度的消息摘要的過程。散列是不可逆的，也就無法通過輸出還原輸入，此特性常被用于密碼保存。

SHA-512，MD5等都是著名的散列函數(shù)，MD5生成的散列碼是128位，甚至MD5就是哈希的同名詞。

散列的作用

1.散列可用于保存密碼，明文保存密碼是危險(xiǎn)的。通常我們把密碼哈希加密之后保存，這樣即使泄漏了密碼，因?yàn)槭巧⒘泻蟮闹?，也無法推導(dǎo)出密碼明文（字典攻擊難以破解）。驗(yàn)證的時(shí)候，只需對(duì)密碼做同樣的散列，對(duì)比散列后的輸出和保存的密碼散列值，就可以驗(yàn)證同一性。

2.可用于驗(yàn)證下載文件的完整性以及防篡改，比如網(wǎng)站提供安裝包的時(shí)候，通常也同時(shí)提供MD5值，這樣用戶下載之后，可以重算安裝包的MD5值，如果一致，則證明下載到本地的安裝包跟網(wǎng)站提供的安裝包一致，說明網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中沒有出錯(cuò)。

加密

加密就是把明文變成密文的過程，解密就是反方向把密文變成明文。

比如著名的凱撒密碼，就是把每個(gè)字對(duì)應(yīng)到另一個(gè)，這樣的話，只要有密碼本，就能對(duì)照完成加解密。比如最簡(jiǎn)單的，對(duì)于26個(gè)英文字母，每個(gè)字母右移3個(gè)，abc變成def，這也是一種加密，當(dāng)然這種加密很簡(jiǎn)單，很容易被破譯。而諸如高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）以及三重?cái)?shù)據(jù)加密算法（3DES）則被公認(rèn)為很難破解。

對(duì)稱加密

對(duì)稱加密就是加解密的密鑰一樣，優(yōu)點(diǎn)是快，這也是傳統(tǒng)的加密方式，像AES，3DES都是對(duì)稱加密。

非對(duì)稱加密

非對(duì)稱加密用于加解密的密鑰不一樣，有2個(gè)密鑰：公鑰和私鑰，公鑰可以公開，私鑰妥善保管。RSA，ECC，DH這些都是非對(duì)稱加密。

非對(duì)稱加密很慢，有多慢？相比對(duì)稱加密慢1 000倍，因?yàn)槁?，所以它常用于密鑰協(xié)商（Handshake），協(xié)商出會(huì)話密鑰后，再用對(duì)稱密鑰加密通信數(shù)據(jù)。

1976年，Whitfield Diffie和Martin Hellman首次提出了非對(duì)稱加密的概念，該算法被稱為Diffie-Hellman密鑰交換。在1978年，麻省理工學(xué)院的Ron Rivest，Adi Shamir，Leonard Adleman發(fā)表了RSA算法。這些都可以被視為非對(duì)稱加密的基礎(chǔ)。

非對(duì)稱加密也稱為公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，又稱PKI。非對(duì)稱加密算法用私鑰加密，用公鑰解密，或者用公鑰加密，用私鑰解密。

證書

CA是數(shù)字證書中心，服務(wù)器需要找CA做認(rèn)證，讓CA給自己頒布數(shù)字證書，數(shù)字證書一般包含服務(wù)的一些信息以及服務(wù)器的公鑰，通過CA的私鑰加密后，產(chǎn)生的數(shù)字證書，因?yàn)镃A的權(quán)威性，且它的公鑰天下皆知，所以，如果能用CA的公鑰解開證書，那便可證明該證書一定是CA頒發(fā)的，要不然不會(huì)有CA的私鑰，也沒法產(chǎn)生可用CA公鑰解密的證書。

所以，由此可見，數(shù)字證書用到了非對(duì)稱加密。

數(shù)字簽名

日常生活中也有簽名，每個(gè)人的筆跡不一樣，刷卡消費(fèi)后在賬單簽上名，服務(wù)員校驗(yàn)過之后保存下來，如果賴賬，便可以有簽名為證，因?yàn)閯e人寫的字跟你的筆跡終有差別。

那數(shù)字簽名是什么呢？比如a發(fā)一封email，接收方怎么證明這封信是a寫的？本質(zhì)上，數(shù)字簽名也是利用了非對(duì)稱加密。

前面講了，非對(duì)稱加密有公鑰和私鑰，如果發(fā)生方用私鑰加密，然后接收方用發(fā)送方的公鑰可以解密，便可以證明是從某發(fā)送方發(fā)送的，因?yàn)閯e人拿不到你的私鑰，也無法用你的私鑰加密，你不能抵賴。

數(shù)字簽名通常先對(duì)內(nèi)容算哈希，產(chǎn)生內(nèi)容摘要，再用私鑰加密，得到簽名。

密鑰協(xié)商

下面舉一個(gè)例子來說明這幾個(gè)問題：

張三有2把鑰匙，一把公鑰，公告天下；一把私鑰，妥善保管，只有自己知道，很明顯，非對(duì)稱加密。

李四給張三寫信，寫完之后，用張三的公鑰加密，通過郵局寄（發(fā)送電子郵件）給張三，即使郵遞員拆開信封看（電子郵件被網(wǎng)絡(luò)劫持），他也看不懂，因?yàn)閮?nèi)容是密文，只有張三的密鑰才能解密。

張三收到信后，用私鑰解密就可以正常閱讀。

現(xiàn)在張三要給李四回信，寫完后，用Hash函數(shù)生成摘要digest。然后張三，再用私鑰對(duì)摘要加密，生成數(shù)字簽名signature。然后把簽名附在信的下面，一起發(fā)給李四。

過程是：信明文- >hash- >digist- >私鑰加密- >signature。

李四收到回信后，用張三的公鑰對(duì)數(shù)字簽名解密，得到摘要，由此證明，信確實(shí)是張三發(fā)出的，為什么？因?yàn)槿绻皇菑埲l(fā)的，那寫信的人就沒有張三私鑰，用別的私鑰加密得到的簽名，是無法用張三的公鑰解開的。

李四，再對(duì)信的內(nèi)容做Hash，得到摘要，與上一步得到的摘要對(duì)比，如果一致，則證明信的內(nèi)容沒有被修改過，信的內(nèi)容是完整的。

復(fù)雜的情況出現(xiàn)了。

王五，用自己的公鑰替換李四保存的張三的公鑰，也就是王五欺騙了李四，李四誤把王五的公鑰當(dāng)張三的公鑰，這樣一來，王五就能冒充張三給李四寫信（王五用自己的私鑰加密）。

問題是李四不能確信自己保存的公鑰真的是張三的公鑰。如果客戶端電腦上存的工商銀行官網(wǎng)的公鑰，實(shí)際上是騙子公司的公鑰，那就麻煩大了。

怎么辦？讓張三去認(rèn)證中心CA，為公鑰做認(rèn)證，怎么做呢？CA中心用自己的私鑰，對(duì)張三的公鑰和其他相關(guān)信息一起加密，生成數(shù)字證書。

張三拿到數(shù)字證書后，給李四回信，在簽名的同時(shí)，附帶上數(shù)字證書。

李四收到信之后，從CA的公鑰解開數(shù)字證書，取出張三的公鑰（一定是真的），就能放心地按之前的流程解開簽名了。

數(shù)字證書加入后，核心區(qū)別就是張三的公鑰不再保存在李四處，而是通過數(shù)字證書下發(fā)。

為什么數(shù)字證書里張三的公鑰一定是真的呢？因?yàn)镃A是權(quán)威機(jī)構(gòu)，假設(shè)全世界就一家（其實(shí)不止，但也不多），它的公鑰天下盡知，就是固定的串，所以能用CA公鑰解開的證書，一定是CA頒布的，因?yàn)镃A用它的私鑰加密產(chǎn)生的證書。很明顯，非對(duì)稱加密能用于證明我是我。

密鑰交換算法

著名的DH密鑰交換算法很有意思，也很巧妙，簡(jiǎn)而言之，就是通信雙方交換一些信息（不怕被偷看到），然后就在兩端，分布產(chǎn)生出一個(gè)相同的密鑰，神奇吧。

有一個(gè)很有意思的例子。

Alice和Bob要協(xié)商出一個(gè)公共的顏色，他們可以交換信息，但交換的信息，可以被偷看到，怎么辦？既能協(xié)商出公共顏色，又不能讓別人知道。

1.他們有公共的顏色，都是1毫升黃色。

2. Alice挑選一個(gè)私密的紅色，Bob選綠色，都是1毫升。只有自己知道，不會(huì)告訴別人。

3. Alice把黃色和紅色混合在一起，Bob把黃色和綠色混合在一起，各為2毫升。

4.他們把自己混合后的2毫升顏色液體，發(fā)給對(duì)方。

5.用自己的1毫升私密顏色液體，跟從對(duì)方那里收到的2毫升液體混合，下面就是見證奇跡的顏色的時(shí)刻，他們得到了相同的顏色，而第三方并不能通過偷看他們傳遞的數(shù)據(jù)知道他們最終得到的顏色（基于一個(gè)假設(shè)）。密鑰交換算法的原理跟這個(gè)差不多，網(wǎng)上有大量的資料講述這個(gè)問題，個(gè)人覺得理解了上面的例子，再看ECDH便也不難了。

眾所周知http是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，但是它不夠安全，所以后面有改進(jìn)版的https，其實(shí)就是多了一個(gè)TLS，這個(gè)是傳輸層加密。本質(zhì)上，就是通過handshake，協(xié)商出一個(gè)會(huì)話密鑰，后面的數(shù)據(jù)傳遞，都用這個(gè)密鑰做對(duì)稱加解密。我們經(jīng)常講安全通道，其實(shí)也就是協(xié)商出一個(gè)會(huì)話密鑰。