通信安全-加解密体系思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

安全性概述

三个目标

保密性

完整性

可用性

攻击方式

威胁保密性的攻击方式：窃听、通信量分析

威胁完整性的攻击方式：更改、伪装、重放

威胁可用性的攻击方式：拒绝服务

解决方案

加解密：解决保密性和完整性

服务：认证机制、访问控制机制，解决可用性问题

加密算法

对称加密

特性： 1、加密、解密使用同一个密钥 2、将原始数据分割成为固定大小的块，逐个进行加密

缺陷： 1、密钥过多；   2、密钥分发困难

算法： DES： Data Encryption Standard，该加密方式已经寿终正寝了 3DES：Triple DES ； AES： Advanced Encryption Standard；（128bits，192bits，256bits，384bits） Blowfish Twofish IDEA RC6 CASTS

非对称加密

基本概念：密钥分为公钥与私钥， 公钥：从私钥中提取产生，可公开给所有人，pubkey 私钥：通过工具创建，使用者自己留存，必须保证其私密性，secret key

特点：用公钥加密的数据，只能使用与之配对的私钥解密，反之亦然；

用途

数字签名（身份认证）：主要用户让接收方确认发送方的身份

密钥交换：发送方用对方公钥加密一个对称密钥，并发送给对方

数据加密：不常用，因为此种方式加密效率太低，比对称加密要慢3个数量级

算法：RSA、DSA、ELGamal

基于非对称密钥的通信过程：模拟A给B发送数据 1、A首先对原始数据进行单向加密，比如常见的MD5算法，定长输出一个数据特征码 2、A利用自己的私钥对特征码进行加密，并附加在数据后面 3、A生成一个临时的对称密钥，对以上的整个数据进行加密 4、A利用B的公钥加密第3步的对称密钥，附加在数据后面并将以上所有数据发送给B

其实以上有一个最大的漏洞，就是A怎么确认拿到B的公钥就一定是B的，会不会有人冒充B呢，此时就引入了CA

单向加密

即提出数据指纹，只能加密，不能解密

特性：定长输出、雪崩效应

功能：校验数据的完整性

算法： md5：Message Digest 5,128bits sha1：Secure Hash Algorithm 1, 160bits，除此之外sha还有sha224,sha256,sha384, sha512

密钥交换IKE（Internet Key Exchange）

1、公钥加密，通过公钥来加密对称密钥，并发送给对方

2、DH（Deffie-Hellman）

下面对DH算法做个简单的说明：A、B分别为两个用户；p，g为他们协商生成的随机数 A：p，g B：p，g A：x          -->p^x%g ==>B          A: (p^y%g)^x B：y          -->p^y%g ==>A          B: (p^x%g)^y

其它IKE算法：RSA，DH（迪菲-赫尔曼），ECDH（椭圆曲线DH），ECDHE（临时椭圆曲线DH）

PKI公钥基础设施

签证机构CA

注册机构RA

证书吊销列表CRL

证书存取库

X509

概述：定义了证书的结构和认证的协议标准

字段属性结构

版本号

序列号

签名算法ID

发行者名称

有效期限

主体名称

主体公钥

发行者的唯一标识

主体的唯一标识

扩展

发行者的签名

TLS/SSL

TLS

TLS：Transport Layer Security，由IETF组织在1999年发布，先后发布有v1.0,v1.1,v1.2,v1.3,几乎已经成为现在实际使用的事实标准

分层设计

1、最底层：基础算法语言实现，aes，rsa，md5

2、向上一层：各种算法的实现

3、再向上一层：组合算法实现半成品

4、用各种组件拼装而成的各种成品密码学协议软件

SSL

SSL：Secure socker Layer，由Netscape网景公司在1994发布，先后发布v1.0,v2.0,v3.0, 因漏洞情况，在加上是商业的原因，几乎被废弃使用

SSL会话主要的三个步骤

客户端向服务器端索要并验证证书；

双方协商生成“会话密钥”

双方采用“会话密钥”进行加密通信

SSL Handshake Protocol的四个阶段

第一阶段：ClientHello： 支持的协议版本，比如TLS 1.2； 客户端生成的一个随机数，稍后用户生成“会话密钥” 支持的加密算法，比如AES，RSA 支持的压缩算法

第二阶段：ServerHello 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.2; 服务器端生成一个随机数，稍后用于生成“会话密钥” 确认使用的加密方法 服务器证书；

第三阶段： 验证服务器证书，确认无误后取出其公钥; (证机构, 证书完整性, 证书持有者,证书有效期, 吊销列表） 发送以下信息给服务器端： 一个随机数 编码变更通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送 客户端握手结束通知

第四阶段： 收到客户端发来的第三个随机数pre-master-key后，计算生成本次会话所用到的“会话密钥” 服务端握手结束通知

OpenSSL

组件

libcrypto/libssl：主要由开发者使用

openssl：多用途命令行工具

命令分类

标准命令，enc，ca，req，genrsa,...

消息摘要命令（dgst子命令）

加密命令（enc子命令）

通过openssl命令对几种加密算法的实现

对称加密

工具：openssl enc,gpg

支持的算法：3des，aes，blowfish,towfish

enc命令： 加密：]# openssl enc -e -des3 -a -salt -in ./fstab -out ./fstab.ciphertext 解密：]# openssl enc -d -des3 -a -salt -out ./fstab -in ./fstab.ciphertext

单向加密

工具：openssl dgst,md5sum,sha1sum,sha224sum,...

dgst命令：  ~]# openssl dgst -md5 /PATH/TO/SOMEFILE

生成用户密码

工具：passwd,openssl passwd

]# openssl passwd -1 -salt SALT

生成随机数

工具：openssl rand

]# openssl rand -hex NUM  16进制编码方式 ]# openssl rand -base64 NUM  base64编码方式

公钥加密

加密解密

算法：RSA，ELGamal 工具：openssl rsautl,gpg

数字签名

算法：RSA，DSA，ELGamal 工具：openssl rsautl,gpg

密钥交换

算法：DH

生成密钥对

生成私钥：]# (umask 077; openssl genrsa -out /tmp/myprivate.key 2048) 提出公钥：]# openssl rsa -in /tmp/myprivate.key -pubout

Linux随机数生成器

/dev/random：仅从熵池返回随机数，随机数用尽，阻塞

/dev/urandom：从熵池返回随机数，随机数用尽，会利用软件生成伪随机数，非阻塞

伪随机数不安全

熵池中随机数的来源

硬盘IO中断时间间隔

键盘IO中断时间间隔

CA

分类

公共CA

私有CA

构建工具

openssl

构建私有CA

说明：在确认配置为CA服务器上生成一个自签名证书，并为CA提供所需的目录及文件即可

1）生成私钥： ]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/pki/CA/private/cakey.pem 4096)

2）生成自签名证书： ]# openssl req -new -x509 -key /etc/pki/CA/private/cakey.pem -out /etc/pki/CA/cacert.pem -days 3650 <ul><li>-new：生成新证书签署请求</li><li>-x509：生成自签格式证书，专用于创建私有CA时；</li><li>-key：生成请求时用到的私有文件路径（从私钥文件中提取公钥）</li><li>-out：生成的请求文件路径，如果自签操作将直接生成签署过的证书</li><li>-days：证书的有效时常，单位时day；</li></ul>

3）为CA提供所需的目录及文件 ]# mkdir -pv /etc/pki/CA/{certs,crl,newcerts} ]# touch /etc/pki/CA/{serial,index.txt} ]# echo 01 >/etc/pki/CA/serial

签署证书

说明：要用到证书进行安全通信的服务器，需要向CA请求签署证书：（以http为例）

1）用到证书的主机生成私钥 ]# mkdir /etc/httpd/ssl && cd /etc/httpd/ssl ]# (umask 077; openssl genrsa -out /etc/httpd/ssl/httpd.key 2048)

2）生成证书签署请求 ]# openssl req -new -key /etc/httpd/ssl/httpd.key -out /etc/httpd/ssl/httpd.csr -days 3650

3）将签署请求通过可靠方式发送给CA主机

4）在CA主机上签署证书 ]# openssl ca -in /tmp/httpd.csr -out /etc/pki/CA/certs/httpd.crt -days 3650

查看证书中的信息 ]# openssl x509 -in /etc/pki/CA/certshttpd.crt -noout -serial -subject

吊销证书

1）客户端获取要吊销的证书的serial（在使用证书的主机执行）

2）CA主机吊销证书 先根据客户提交的serial和subject信息，对比其与本机数据库index.txt中存储的是否一致 吊销： ]# openssl ca -revoke /etc/pki/CA/netcerts/SERIAL.pem 其中的SERIAL要换成证书真正的序列号

3）生成吊销证书的吊销编号（第一次吊销证书时才执行） ]# echo 01 >/etc/pki/CA/crlnumber