应用层安全协议

1第六章：应用层安全协议1.电子邮件安全协议（PEM、S/MIME、PGP）2．远程登陆的安全协议（SSH）3．Web安全协议（S-HTTP）参考文献：教科书第5章21.电子邮件安全协议（PEM、S/MIME、PGP）电子邮件的威胁邮件炸弹邮件欺骗邮件服务器控制权电子邮件安全协议PEM（PrivacyEnhancedEmail，RFC1421through1424）S/MIMEPGP（PrettyGoodPrivacy）3电子邮件的安全需求机密性：只有接收者才能阅读报文的加密：关键是密钥的分发收发双方如何共享密钥？认证：发送者的身份认证基于公钥技术，用发送者的私钥对报文的摘要进行加密，即数字签名基于共享密钥：事先发送者与接收者共享一个密钥，采用消息认证码（MAC）对报文进行认证完整性：报文未被修改报文的完整性与身份认证的方法类似，通常可在一起进行抗否认性：发信者的不可抵赖性，可供第三方鉴别基于公钥技术，采用发送者的私钥签名利用公钥体制，用接收者的公钥加密报文。但对于长报文及多个接收者时该怎么办？发送者生成一个密钥，采用对称密码算法加密报文，即S{M}再用接收方的公钥加密密钥S，并与加密的报文同时发送。假设接收者有A、B、C三人，就分别生成三个加密密钥KA{S}，KB{S}，KC{S}。4PEM（PrivacyEnhancedMail）PEM协议是80年代末90年代初发展起来的，它的功能主要包括加密、源认证和完整性，RFC1421-1424与此同时，出台了传输多种媒体格式的EMAIL标准：MIME（MultipurposeInternetMailExtensions,RFC2045），而S/MIME（RFC2633）采用了PEM的许多设计原理在MIME的基础上进行了扩展5PEM的构成PEM将邮件报文分成几部分，有的需要加密，有的则需要认证，这些需要特殊处理的报文通过语句标记。例如在需要加密的报文段前插入BEGINPRIVACY-ENHANCEDMESSAGE在需要加密的报文后插入ENDPRIVACY-ENHANCEDMESSAGE报文加密采用DES算法认证采用MD-5密钥的分发基于公钥技术，用接收者的公钥加密会话密钥，并在RFC1422中定义了证书体系。基于对称密码时，采用事先共享的密钥加密会话密钥。6PGP（PrettyGoodPrivacy）Email安全加密系统PGP提供的安全业务：加密：发信人产生一次性会话密钥，以IDEA、3-DES或CAST-128算法加密报文，采用RSA或D-H算法用收信人的公钥加密会话密钥，并和消息一起送出。认证：用SHA对报文杂凑，并以发信人的私钥签字，签名算法采用RSA或DSS。压缩：ZIP，用于消息的传送或存储。在压缩前签字，压缩后加密。兼容性：采用Radix-64可将加密的报文转换成ASCII字符数据分段：PGP具有分段和组装功能7机密性和认证机密性：发送端产生随机的128位数字作为会话密钥对称算法加密报文接收端公钥加密会话密钥认证采用SHA-1产生160位HASH值用发送者的私钥对HASH值签名报文只需要认证服务或加密服务，当同时需要认证和加密服务时采用先签名，后加密顺序（与IPSECESP中的先加密，后MAC相反）通常将明文与签名一起保存比较方便验证时，不需要涉及会话密钥8压缩HASH加密A的公钥A的私钥解密对称密码加密9压缩PGP的压缩过程在报文的签名和加密之间，即先对报文签名，然后压缩，再是加密签名后再压缩是为了保存未压缩的报文和签名压缩后加密是为了提高密码的安全性，因为压缩后的报文具有更少的冗余，所以密码分析会更困难，另外加密的报文也更短压缩算法采用ZIP10E-mail的兼容性在多数的邮件系统中是以ASCII字符形式传输，加密后的任意8比特报文可能不符合ASCII字符特点。采用基64转换方式(seeappendix5B).基64转换方式的采用将原报文扩展了33%.11分段和重组通常邮件的最大报文的长度限制在50,000octets.超过标准长度的报文必须分段.PGP自动对过长的报文分段.接收端再将其重组.12SumaryofPGPServicesFunctionAlgorithmUsedDigitalSignatureDSS/SHAorRSA/SHAMessageEncryptionCASTorIDEAorthree-keytripleDESwithDiffie-HellmanorRSACompressionZIPE-mailCompatibilityRadix-64conversionSegmentation-1314加密密钥和密钥环PGP使用四种类型的密钥：一次性会话对称密钥，公钥，私钥，基于过度阶段的传统密钥需求需要一种生成不可预测的会话密钥需要某种手段来标识具体的密钥（一个用户可拥有多个公钥/私钥对，以便随时更换）每个PGP实体需要维护一个保存其公钥/私钥对的文件和一个保存通信对方公钥的文件15密钥标识符（KeyID）一个用户有多个公钥/私钥对时，接收者如何知道发送者是用了哪个公钥来加密会话密钥将公钥与消息一起传送将一个标识符与一个公钥关联，对一个用户来说做到一一对应定义KeyID包括64个有效位，(KUamod264)16密钥环（KeyRings）KeyID在PGP中标识所使用的发送者和接收者的密钥号两个keyID包含在任何PGP消息中提供保密与认证功能需要一种系统化的方法存储和组织这些key以保证使用PGP在每一个节点上提供一对数据结构存储该节点拥有的公钥/私钥对私钥环存储本节点知道的其他用户的公钥环17密钥对产生时间加了密的私钥如用户邮件地址18FormatofPGPMessage192021公钥管理PGP虽然采用公钥密码体系，但不是证书保护公钥免受攻击是PGP的一个问题采用信任关系保护公钥22安全协议的分析与思考认证和加密的次序会话密钥产生的复杂度与安全通道的粒度有关对应用层安全来说，由于需求明确，通常采用一次一密，会话密钥的产生比较简单对传输层安全来说，安全保护的是某个连接。（如SSL协议，虽然可用于保护所有的应用层协议，但在邮件保护中，由于邮件服务器到本地的路径是用POP/MAPI协议，所以需要分段SSL，较为复杂）对于网络层安全（如IPSEC），安全通道保护的可能是某个数据流，也可能是一个端－端，也可能是LAN-LAN，因此会话密钥的生成最为复杂。对于链路层安全来说，安全保护只限于一截链路，加密算法和密钥分发都不宜复杂23S/MIMESecure/MultipurposeInternetMailExtension（安全/多用途Internet邮件扩展，RFC2630、2632、2633）S/MIME将会成为商业和机构使用的工业标准.PGP为个人e-mail提供安全24SimpleMailTransferProtocol(SMTP,RFC822)SMTP（简单邮件传输协议）存在的问题:SMTP不能传输可执行文件和其他二进制码(jpegimage)SMTP只能传输7-位ASCII字符的文字STMP服务器拒绝接收超长邮件ASCII到EBCDIC转换问题截取换行超过76字符的行，等等MIME是对RFC822框架的扩展，致力于解决STMP存在的问题25MIME的头标MIME的头标定义了5个新的字段版本（MIME-Version）:1.0（按照RFC2045,RFC2046定义的规格）内容类型（Content-Type）:这个字段用于详细描述主体的数据内容传输编码（Content-Transfer-Encoding）:内容采用的编码方案(如radix-64)内容ID（Content-ID）:该字段主要用于多个上下文时，对MIME实体的标识.内容描述（ContentDescription）:对内容的文本描述(e.g.,mpeg)26S/MIME功能在功能上，S/MIME与PGP相似，通过使用签名、加密或签名/加密的组合来保证MIME通信的安全，但强化了证书的规范S/MIME的安全功能：封装的数据:加密的内容和加密的会话密钥签名的数据:报文摘要＋发送者的私钥签名，然后使用基64变换编码内容和签名透明签名:签名但不加密.只对签名进行基64变换，这样具有MIME支持而没有S/MIME权能的接收者也能读取签名和封装的数据:各种不同嵌套顺序将数据加密、签名，如签名加密的数据或加密签名的数据S/MIME使用X.509证书，它的密钥管理方案介于严格的X.509证书层次结构和PGP信任网27AlgorithmsUsed报文摘要:SHA-1andMD5数字签名:DSS对称密码算法:Triple-DES,RC2/40(exportable)公钥密码算法:RSAwithkeysizesof512and1024bits,andDiffie-Hellman(forsessionkeys).28PGPvsPEM、S/MIMEItemPGPPEMorS/MIMESupportsencryption?YesYesSupportsauthenticationYesYesSupportsnon-repudiation?YesYesSupportscompression?YesNoSupportsmailinglists?NoYesUsesbase64coding?YesYesCurrentdataencryptionalgorithmIDEADESKeylengthfordataencryption(bits)12856CurrentalgorithmforkeymanagementRSARSA/D-HKeylengthforkeymanagement(bits)?384/512/1024VariableUsernamespaceUserdefinedX.400X.509conformant?NoYesCaneavesdropperreadmessages?NoNoCaneavesdropperreadsignatures?NoYesInternetStandard?YesYes292.远程登录安全协议SSH:SecureSHellSSH主要由芬兰赫尔辛基大学的TatuYlonen开发的，它提供一条安全的远程登录通道，可以代替telnet,rlogin等。由于受版权和加密算法的限制，很多人都使用它的免费替代产品OpenSSH。SSH协议有版本1（SSHv1）和版本2（SSHv2），这两版本互不兼容，目前SSH协议只有草案（2002，9），由IETF的SECSH工作组规范，还没有形成RFC。30SSH的体系SSH传输层(TransportLayer)协议提供服务器主机认证，提供数据加密，提供数据完整性支持SSH认证(Authentication)协议为服务器提供用户的身份认证SecureFTPSSH连接（Connection）协议将加密的信息隧道复用成若干个逻辑通道，提供给高层的应用协议使用。SSHTransportLayerProtocolSFTPConnectionProtocolAuthenticationProtocol31SSH采用的认证、加密算法SupportedauthenticationmethodsX509CertificatesPublickeysPasswordsSupportedencryptionalgorithms3DESBlowfishArcfourCastSupportedhashalgorithmsSHA1MD5323．Web安全协议（S-HTTP）安全的超文本传输协议（SecureHypertextTransferProtocol)最初由企业集成技术公司（EnterpriseInteg