第十章 互联网安全-电子邮件的安全性资料

第十章网络安全应用-安全电子邮件一、安全的电子邮件服务二、安全电子邮件工作模式三、PGP四、S/MIME五、抗抵赖协议举例-NRPUM网络与信息安全2一、电子邮件的安全服务现在大多数电子邮件都不能提供所必须的安全服务，即使是一些专门设计的安全电子邮件系统也只提供其中的若干种。私有性（机密性）认证完整性（integrity):向接收者保证发送者发送的邮件消息在传输过程中没有被修改过。非否认邮件提交证据邮件投递证据消息流的机密性（messageflowconfidentiality):隐私保护的扩展。Carol不仅无法知道Alice发送给bob的邮件中的内容，甚至不能确定Alice是否给bob发过邮件。网络与信息安全3电子邮件的安全服务匿名性（anonymity):邮件的接收者无法得知发送者的身份防泄漏（containment):网络能够保证具有某种安全级别的信息不泄漏到特定区域的能力。审计（audit):网络具有的能够记录安全相关事件的能力。计费（accounting)：邮件系统维护系统使用记录的能力。自毁（selfdestruct):系统提供的一个选项，发方可规定邮件到达收方后邮件被销毁，这样Alice就可给bob发一个bob不能转发和存储的邮件，邮件系统能够解密并显示该信息，然后将其删除。该特性可以采用这样的方式实现：把邮件消息标志为自毁消息，收方的邮件程序配合工作，显示该消息之后将其删除。消息序列完整性（Messagesequencyintegrity):保证一系列消息按照传输顺序到达，不会丢失。网络与信息安全4建立密钥建立公开密钥如果Alice想给bob发送签名的消息，那么Alice只需要对消息签名然后发送即可，并不期望bob已经拥有其证书，也不会在邮件消息中包含其证书。如果Alice希望给bob发送加密的消息，那么在构造邮件消息之前，Alice必须知道bob的公钥，Alice得到bob公钥的方法有多种：采用某种安全的带外机制接收bob公钥，并将其安装在自己的工作站上。Alice可以通过PKI获得bob的公钥邮件系统允许在邮件消息中捎带证书和CRL。Alice可通过给bob发送签名消息的方式把自己的证书发送给BOB。如果ALICE不知道BOB的公钥，她可以要求BOB以同样的方式把其证书发送过来。建立秘密密钥通过带外方式传输，但参与者很多时就没有办法使用了。Alice设法从某个KDC获得BOB的门票，并且在发送给BOB第一个消息时将门票发送给BOB。网络与信息安全5私有性面临的威胁：搭线者能够获取在网络上传输的邮件消息。中继结点可能安装了保存邮件消息的软件，并将邮件泄漏给第三者。这种的情况的发生一是由于该中继结点已经被攻击者侵入，也可能是该结点故意设定了这样的功能。如中继节点可能是安全网关，出于安全的考虑，网关的拥有者希望能够监视进出网络的邮件消息。安全需求之间经常存在冲突。例如，Alice希望保证其发送给bob的邮件内容的保密性，但Alice的领导可能希望能够监视她的邮件内容，以确保Alice没有泄漏公司的商业秘密。网络与信息安全6私有性端到端的私有性如Alice想发送加密的邮件消息给Bob，自然的想法就是Alice用BOB的公钥或者双方商定的共享密钥加密邮件消息。但是，邮件加密通常并不采用这种方式，因为：如果Alice要向多个接收者发送一个邮件，那么Alice需要针对每个接收者分别加密邮件消息，结果是发送给每个接收者的消息都不相同。公钥加密比私密密钥加密慢得多，因此即使BOB拥有公钥，人们还是希望能使用秘密密钥加密邮件消息。如非必要，最好不使用长期密钥。所以，为了延长Alice和BOB之间共享的长期密钥的生命周期，最好是尽可能少地使用这种更新代价昂贵的密钥加密消息。网络与信息安全7私有性端到端的私有性邮件系统做法是：由Alice选择一个随机的秘密密钥S，该密钥只用来对一条消息进行加密处理。Alice首先使用S加密邮件消息，然后使用BOB的公钥加密S，再把加密的消息和加密的密钥都发给BOB。这样即使Alice需要向多个接收者发送消息，她只需要使用密钥S对消息进行一次加密。但是Alice仍然需要分别使用接收者的密钥加密S，并且在邮件消息中包含加密的密钥S。网络与信息安全8私有性如果采用的是公钥技术，假设BOB的公钥是Kbob,Carol的公钥是Kcarol,Ted的公钥是KTed;如果是对称密钥技术，则Kbob指的是Alice和Bob共享的密钥。Alice要发给BOB、Carol和Ted的消息为m,S是Alice选择的、用来加密m的密钥，则Alice发送的邮件消息应当包括：Bob的名称;Kbob{S}Carol的名称;Kcarol{S}Ted的名称;KTed{S}S{m}如Alice可能会发送如下消息：To:bob,Carol,TedFrom:AliceKey-info:Bob-4280234208034Key-info:Carol-48235235344848488Key-info:Ted-99349248Msg-info:RJekcr283hkjsdf8ghn327&3489724&#$*92网络与信息安全9私有性列表分发站点的私有性假设Alice向某个远程列表分发站点发送邮件，Bob是惟一的接收者，而且该分发列表存储在远程结点上，Alice甚至不知道该列表中的成员，应当如何保证邮件的私有性呢？与端端模式类似，Alice需要为每一个邮件消息选择一个随机密钥S，然后使用S对消息进行加密，分发列表站点将解密S（并不需要解密消息），然后使用转发目标的密钥加密S。本地分发需要采用不同的机制，Alice仍然必须信任邮件列表的维护者，因为攻击者可能会在分发列表中插入其他名称。分发列表仅仅是一些名字的列表，如果不能与某个名字所代表的实体建立密钥，那么Alice就不能向其发送安全邮件。网络与信息安全10源认证在传统的邮件系统中，发送者是可以更改发送给他人的邮件的FROM域的。因此，邮件系统需要进行源认证。•基于公钥技术的源认证–采用对邮件消息进行数字签名，这种方式可以推广到多个接收者•基于私密密钥的源认证–使用共享密钥对邮件消息进行某种密码运算，运算的结果可以用于完整性校验MIC或MAC。•分发列表的源认证–如采用公钥机制较为简单，签名机制仍有效。–如采用秘密密钥机制,利用Alice与分发站点之间的共享密钥对消息进行签名，分发站点在转发邮件之前须删除Alice添加的认证信息，然后针对每一个接收者添加其自己的认证信息。–接收者只能相信分发站点发出的“该消息的确源自于Alice”的声明网络与信息安全11抗抵赖抵赖（repudiation)是指用户不承认发送过某个消息的行为。邮件系统提供抗抵赖（non-repudiation)功能是指Alice给Bob发送了一个消息，那么她以后就不能否认她的发送行为，Bob可以向第三方证明Alice的确发过消息。网络与信息安全12基于公开密钥技术的抗抵赖基于公开密钥技术的抗抵赖通过数字签名实现任何知道Alice公钥的人都可以校验Alice的签名基于公开密钥技术的可抵赖邮件消息Alice选择一个秘密密钥S，并在处理消息m时使用Alice使用Bob的公钥加密S，得到{S}BobAlice使用其私钥对签名{S}Bob，得到[{S}Bob]AliceAlice使用S计算消息m的MAC（如可用DES计算消息的CBC留数）Alice把MAC，[{S}Bob]Alice和m发送给BobBob将知道该消息来自于Alice，因为Alice对加密的S进行了签名，但Bob不能向他人证明Alice发送过该消息，他只能在某种程度上证明Alice发送过密钥S消息，但不一定发送过消息m,因为一旦Bob得到了[{S}Bob]Alice，他就能构造任何他想构造的消息并使用密钥S构造消息的完整性校验验码。网络与信息安全13基于秘密密钥技术的抗抵赖假设Alice要向Bob发送消息，并且Bob能够向第三方证明Alice的确发送过消息。这时需要一个Bob和第三方都信任的公证人（notary)N.有两种方法可以使得Bob确信该消息的确是经过N证明的，而且Bob能够在需要的时候向第三方证明N证明了该消息。Bob和N可建立一个共享密钥，N使用这个密钥对Alice的名称、消息本身和封印的串接结果产生MAC.因为Bob也知道这个共享密钥，因此他可以通过校验MAC的方式校验封印的有效性。Bob可以在接收到该消息之后向N发送一个请求消息询问N的封印的真实性，这个请求当然必须包含Alice的名称、消息本身和封印。封印：N使用只有自己才知道的SN对Alice的消息和Alice的名称进行某种运算，计算的结果称为N对该消息的封印（如N的封印可以是Alice的名称、消息本身和SN串接以后的消息摘要）网络与信息安全14邮件提交证据为了实现邮件提交证据（ProofofSubmission)服务，邮件系统可将邮件信息与其它有用的信息串接起来，然后计算消息摘要并对其进行签名。用户可以使用该证据来证明该消息已被发送。网络与信息安全15安全邮件系统PEM（PrivacyEnhancedMail)是internet社团在20世纪80年代末和90年代初期开发的邮件系统。增加加密、源认证和完整性保护功能。PEM文档包括四个部分：RFC1421描述了消息格式RFC1422描述了CA的层次结构RFC1423描述了PEM中使用的基本密码算法RFC1424描述了请求证书以及请求和发布CRL的邮件消息格式网络与信息安全16名称与地址MIME（MultipurposeInternetMailExtension,RFC2405)规定了一种在电子邮件中嵌入图片、丰富文本、视频片断、二进制文件等任意数据的标准方法。该规范还规定了指明邮件中的数据为何种类型的方法，以便接收者能对数据进行相应的处理。S/MIME（RFC2633）采用了PEM的基本设计思想，并支持MIME规范，把签名数据和加密数据作为新的数据类型嵌入到邮件中。网络与信息安全17名称与地址为了解决X.509证书中的名称不是邮件接收者的电子邮件地址这个问题，S/MIME标准规定电子邮件地址应当作为备用名出现在证书中。证书的签发者需要像仔细审查证书的主体名称（X.500名称)与密钥的关联关系那样，仔细检查备用名（电子邮件地址）与密钥的关系。根据该标准的规定，电子邮件系统在使用这样的证书时，可以忽略证书中的主体名称（X.500名称）。X.509V3中在证书格式中支持备用名比S/MIME协议的大规模应用要晚。因此S/MIME没有使用备用名这个域，而是在X.500名称中新增加了一个部件，使能包含电子邮件地址。例如，/C=US/O=CIA/OU=drugs/PN=‘ManuelNoriega’/E=[e-mail].网络与信息安全18校验消息的真正发送时间•防止时间推后–借助于一公证人。如果发方否认，则收方就可以向法官出示经过公证的Alice的订单消息以及Alice的证书和CRL，这样法官就能从法律上确定Alice的确在这个时间发送过该消息。–如收方担心Alice可能会控制为其签发证书的CA，从而能够伪造证书或CRL的时间，则可以要求公证人对Alice的证书和CRL也进行时间签名操作。•防止时间提前–要证明某个消息是在某一特定时间之后生成的，可以在消息中嵌入一个在这个时间之前还不知道的东西。网络与信息安全19二、安全电子邮件工作模式一般情况下，安全电子邮件的发送必须经过邮件签名和邮件加密两个过程，而对于接收到的安全电子邮件，则要经过邮件解密和邮件验证两个过程，其工作模式为：网络与信息安全20发送方邮件签名邮件加密发送安全电子邮件接收安全电子邮件邮件解密邮件验证接收方客户服务器邮件签名对于一封已格式化好的电子邮件，用相应摘要算法（MD5、SHA-1）计算MD，然后用发送者的私钥对M