课件08信息安全技术第八讲-密钥管理与PKI

信息安全技术万涛华东交通大学信息工程学院E-mail:[e-mail]:13807097997QQ:471387802第8讲密钥管理与PKI•§8.1密钥管理策略•§8.2密钥分配协议•§8.3公钥基础设施PKI信息安全技术◆万涛32019/10/11所有的密码技术都依赖于密钥密钥的管理本身是一个很复杂的课题而且是保证安全性的关键点密钥管理方法因所使用的密码体制（对称密码体制和公钥密码体制）而异，通常要借助于加密、认证、签名等技术，密钥管理系统中常常依靠可信赖第三方参与的公证系统。公证系统可以协助实现密钥的分配和证实，而且可以作为证书机构、时戳代理、密钥托管代理和公证代理等。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛42019/10/11密钥类型：1、基本密钥（BaseKey)2、会话密钥（SessionKey）3、密钥加密密钥（KeyEncryptingKey）4、主机主密钥（HostMasterKey）5、在公钥体制下的还有公开密钥、私有密钥、签名密钥之分。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛52019/10/11密钥类型：1、基本密钥（BaseKey)又称初始密钥（PrimaryKey)或用户密钥(Userkey)，是由用户选定或由系统分配给用户的，可在较长时间（相对于会话密钥）内由一对用户所专用的密钥。2、会话密钥（SessionKey）3、密钥加密密钥（KeyEncryptingKey）4、主机主密钥（HostMasterKey）5、在公钥体制下的还有公开密钥、私有密钥、签名密钥之分。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛62019/10/11密钥类型：1、基本密钥（BaseKey)2、会话密钥（SessionKey）即两个通信终端用户在一次通话或交换数据时使用的密钥，当它用于加密文件时，称为文件密钥(Filekey)，当它用于加密数据时，称为数据加密密钥(DataEncryptingKey)3、密钥加密密钥（KeyEncryptingKey）4、主机主密钥（HostMasterKey）5、在公钥体制下的还有公开密钥、私有密钥、签名密钥之分。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛72019/10/11密钥类型：1、基本密钥（BaseKey)2、会话密钥（SessionKey）3、密钥加密密钥（KeyEncryptingKey）用于对会话密钥或文件密钥进行加密时采用的密钥。又称辅助二级密钥或密钥传送密钥。通信网中的每个节点都分配有一个这类密钥。4、主机主密钥（HostMasterKey）5、在公钥体制下的还有公开密钥、私有密钥、签名密钥之分。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛82019/10/11密钥类型：1、基本密钥（BaseKey)2、会话密钥（SessionKey）3、密钥加密密钥（KeyEncryptingKey）4、主机主密钥（HostMasterKey）对密钥加密密钥进行加密的密钥，存于主机处理器中。5、在公钥体制下的还有公开密钥、私有密钥、签名密钥之分。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛92019/10/11密钥类型：将用于数据加密的密钥称三级密钥保护三级密钥的密钥称二级密钥，也称密钥加密密钥保护二级密钥的密钥称一级密钥，也称密钥保护密钥如用口令保护二级密钥，那么口令就是一级密钥§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛102019/10/11密钥生存期：所有的密钥都有生存期（有效期）密钥的生存周期：授权使用该密钥的周期原因：使用时间越长，泄露机会越大，破译的诱惑越大。密钥泄露时间越长，损失越大。同一密钥加密，密码分析更容易。主密钥生存期长；会话密钥生存期短；加密保存数据文件的密钥不能经常变换（每个文件用一个密钥加密，所有密钥用密钥加密密钥加密）；用作数字签名和身份鉴别的私有密钥生存期长。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛112019/10/11一个密钥主要经历以下几个阶段：产生（可能需要登记）分配使用更新/替换撤销销毁§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛122019/10/11密钥管理：在一种安全策略指导下密钥的产生，存储，分配，删除，归档及应用处理密钥自产生到最终销毁的整个过程中的有关问题，包括系统的初始化，密钥的产生、存储、备份/恢复、装入、分配、保护、更新、控制、丢失、吊销和销毁等内容。分配和存储是其中最棘手的问题。密钥管理的目的：维持系统中各实体之间的密钥关系以抗击各种可能的威胁，如密钥的泄露、秘密密钥或公开密钥的身份的真实性丧失、经未授权使用§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛132019/10/11密钥的产生：手工/自动化选择密钥方式不当会影响安全性，如：1)使密钥空间减小§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛142019/10/112)差的选择方式易受字典式攻击。攻击者并不按照数字顺序去试所有可能的密钥，首先尝试可能的密钥，例如英文单词、名字等。(DanielKlein使用此法可破译40%的计算机口令)方法如下：用户的姓名、首字母、帐户名等个人信息从各种数据库得到的单词数据库单词的置换数据库单词的大写置换对外国人从外国文字试起尝试词组§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛152019/10/11好的密钥具有如下特点：真正随机、等概，如掷硬币。避免使用特定算法的弱密钥。双钥系统的密钥必须满足一定的数学关系。选择长度适中，易记且难猜中的密钥。适当采用杂凑技术，将易记的长密钥经单向杂凑函数变换成伪随机数串。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛162019/10/11不同等级的密钥的产生方式不同主机主密钥安全性至关重要，故要保证其完全随机性、不可重复性和不可预测性。可用投硬币、掷骰子、噪声发生器等方法产生密钥加密密钥数量大(N(N-1)/2)，可由机器自动产生，安全算法、伪随机数发生器等产生会话密钥可利用密钥加密密钥及某种算法(加密算法，单向函数等)产生初始密钥类似于主密钥或密钥加密密钥的方法产生§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛172019/10/11必须在安全环境中产生密钥以防止对密钥的非授权访问密钥产生形式有两种：由中心(或分中心)集中生产，如传统的密钥分发中心KDC和证书分发中心CDC等方案，其密钥的认证协议简洁，交易中的安全责任由中心承担由个人分散生产，密钥变量中的公钥必须公开需经第三方认证，交易中安全责任由个人承担密钥登记将产生的密钥与特定的使用捆绑在一起。例如用于数字签名的密钥必须与签名者的身份捆绑在一起，这个捆绑必须通过某一授权机构来完成§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛182019/10/11密钥的装入：主机主密钥：直接或间接装入，装入时须有电磁屏蔽，装入后不能再读出(但可间接验证)密钥加密密钥：直接或间接装入，装入时须有电磁屏蔽，装入后不能再读出，可联机或者间接验证会话密钥：如主机与某终端通信，主机产生会话密钥，以相应的终端主密钥对其进行加密，将加密结果送给相应的终端，终端收到后，解密得到会话密钥初始密钥：直接或间接装入，装入后不能再读出，可联机验证§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛192019/10/11密钥的保护：密钥的安全保密是密码系统安全的重要保证。除了公钥密码系统中的公钥外，所有的密钥需要保密所有密钥的完整性也需要保护，因为一个入侵者可能修改或替代密钥，从而危及机密性服务在实际中最安全的方法是将其放在物理上安全的地方当密钥无法用物理的办法安全保护时，必须用其它的方法将一个密钥分成两部分委托给两个不同的人通过机密性(如用另一个密钥加密)或完整性服务来保护极少数密钥(主机主密钥)以明文存储于有严密物理保护的密码器中，其他密钥都被(主密钥或次主密钥)加密后存储§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛202019/10/11密钥的存储：密钥存储时必须保证密钥的机密性、认证性和完整性，防止泄漏和修正。方法：将所有密钥或公钥存储在专用媒体(软盘、芯片等)一次性发放给各用户，用户在本机中就可获得对方的公钥，协议非常简单，又很安全。电脑黑客的入侵破坏，也只能破坏本机，而不影响其他终端。这种形式只有在KDC等集中式方式下才能实现。用对方的公钥建立密钥环各自分散保存，如PGP将各用户的公钥存放在公用媒体中。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛212019/10/11密钥的备份：为防止保管密钥的人出现意外，密钥必须有备份，以恢复用其加密的信息。密钥备份方法：使用秘密共享协议使用智能卡暂存§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛222019/10/11密钥的销毁（吊销）：清除一个密钥的所有踪迹。在密钥的使用活动终结后，安全地销毁所有敏感密钥的拷贝是十分重要的。因为攻击者可用它来读取曾经用它加密的文件，且旧密钥有利于分析密码体制。密钥的安全是协议、算法和密码技术设备安全的基本。一旦密钥泄漏，安全保密性就无从谈起。唯一的办法就是更换密钥。若密钥由KDC管理，则用户需及时通知KDC将其销毁；若无KDC，则应及时告诉可能和他通信的人，且需加上时戳。在特定的环境中密钥的销毁是必须的。§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛232019/10/11密钥的使用控制：对密钥的使用进行限制，保证密钥按预定的方式使用。控制信息：密钥的主权人密钥的合法使用期限密钥的识别符密钥的用途限定的算法预定使用的系统或环境或密钥的授权用户与密钥生成、注册、证书有关的实体名称密钥的完整性校验§8.1密钥管理策略信息安全技术◆万涛242019/10/11密钥分配是密码系统中密钥的传送和分发中的问题。密钥分配的基本方法：利用安全信道实现。如传统的方法或隐蔽方法。传统的方法是通过邮递或信使护送密钥，隐蔽的方法如将密钥分拆成几部分分别递送。利用数学上求逆的困难性建立的安全信道来实现。如双钥密码体制采用的密钥分配协议。一、公开密钥分发二、秘密密钥分发三、Differ-Hellman密钥分发§8.2密钥分配协议信息安全技术◆万涛252019/10/11一、公开密钥分发公开密钥分发，就是公钥系统中的加密公开密钥是公开的，它通过各种公开的手段和方式，或由公开权威机构实现公开密钥分发和传送。公开密钥分发不需要机密性然而完整性是必需的。公开密钥分发方式：广播式公开密钥分发、公开可用的目录、公开密钥机构分发、公开密钥证书分发。（1）广播式公开密钥分发一种自由公布方式，通过BBS、USENET或Email等。说明：易受假冒用户攻击。§8.2密钥分配协议信息安全技术◆万涛262019/10/11（2）公开可用的目录需要可信任的中央授权机构。授权机构维护着动态｛用户名，公开密钥｝目录。用户在授权机构注册其公钥。注册可以人工或以某种安全认证的通信方式。用户可以替换其公钥。授权机构定期发布或更新整个目录。用户可在网络上直接访问公共目录。这时需要在用户和中央授权机构之间强制使用安全、认证的通信方式。说明：若成功修改了公共目录，则攻击者可假冒用户。§8.2密钥分配协议信息安全技术◆万涛272019/10/11（3）公开密钥机构分发需要可信任的中央授权机构，每个用户知道授权机构的公钥。说明：若成功修改了公共目录，则攻击者可假冒用户。授权中心易成为性能及安全瓶颈。§8.2密钥分配协议信息安全技术◆万涛282019/10/11公开密钥权威机构发起者A响应者B①Request||Time1②EKRauth[KUb||Request||Time1]③EKUb[IDA||N1]④Request||Time2⑤EKRauth[KUa||Request||Time2]⑥EKUa[N1||N2]⑦EKUb[N2]§8.2密钥分配协议信息安全技术◆万涛292019/10/11（4）公开密钥证书分发任何参与者可以通过读取证书来确定被证实的主人的名字和公钥；任何参与者可以验证证书是来源于CA且非伪造的。只有该CA才能生成和更新证