6045_KnowledgeTree

some data packets pass through the router and filter out other data packets

Typical filtering decision are based on: - Source IP address - Destination IP address - Source port - Destination port - Other data fields that commonly used by hackers, e.g. TCP SYN or ACK bits

e.g. 可以看homework 4的sample

缺点： - IP分片中，数据报的首部信息只出现在第一个片段中，可能导致除了第一个数据包之外，很难对其进行过滤。 - 需要在数据包过滤器中引入状态信息以处理这种情况。 商业防火墙提供了更高级别的安全功能，包括： - 支持根据连接和服务进行数据包过滤，允许针对不同连接和服务的安全策略。 - 支持除“允许”和“拒绝”之外的其他操作，例如用户认证和加密。例如，“如果用户认证成功，则执行FTP连接，允许任何IP地址与123.14.6.23之间的连接”。

Limitations: - Only control access based on source and destination information, do not monitor state of communication and application information. - Managing filtering rules is cumbersome, leading to simple mistakes, such as giving access right to threatening packets.

1. The physical layer provides the point-to-point connection managed by the data link layer 2. The data link layer establishes the “point-to-point” connection 3. The network layer provides the “end-to-end” connection between two systems 4. The transport layer is to provide a reliable data exchange mechanism between processes running on different end systems 5. The session layer is necessary for applications that need a mechanism for establishing, managing, and terminating a session (i.e., a dialogue) between them 6. The presentation layer translates between the local data representation & the representation used for infomation exchange 7. The application layer provides an access point to the OSI environment as well as certain distributed infomation services8

分支主题

Security Mechanisms at Different Layers

优点： 在通信的两个端点之间建立了安全的连接

缺点： - 每个链路的两端都必须配备加密设备以读取其控制信息，然后再次进行加密，以便更高层级的协议可以读取信息。 -每个设备都需要管理自己的密钥，在异构网络中，由于存在多种不同的加密设备和协议，密钥管理变得非常复杂。 - 由于消息在每个中间节点进行解密，因此每个中间节点都有机会进行攻击。

适用场景： - 对于无线通信，可以使用物理层安全措施来保护无线信号的机密性和完整性

优点： - 对用户和应用程序透明：它可以保护设备之间的所有通信（通过一条单一的安全管道），无论通信类型（如TCP、UDP、SNMP）或应用程序类型（如电子邮件、客户端-服务器、数据库）。 - 安全软件由经验丰富的系统管理员安装和维护。

缺点： 1、对底层操作系统的更改要求，需要修改网络协议栈或引入新的安全协议。 2、需要所有通信主机使用兼容版本的网络安全软件。

优点： - 在内部主机上运行的应用程序无需具备安全考虑。 - 可以在公司网络的边缘部署专用的 SSL VPN 网关，它们充当内部应用程序（如电子邮件和文件服务器）的代理。

缺点： - 安全必须针对每个应用程序单独实施。 - 用于保护应用程序的传输安全库必须由系统管理员安装和维护，以确保主机上的所有应用程序都能够使用它。

优点： - 无需更改操作系统，因为只需要安装安全应用程序。 - 提供更好的端到端安全性，因为设置和加密计算发生在操作系统之外。 - 安全功能可以根据应用程序的确切需求进行开发。

缺点： - 可能需要更复杂的进程之间协商和设置。 - 安全应用程序通常由经验不丰富的用户安装，这增加了恶意代码的风险。

e.g. e-banking login

传输层的VPN通常用于保护特定应用级别的流量（例如，Web、电子邮件），而IP层的VPN用于保护整个网络之间的通信（站点对站点）或用于远程访问公司网络。

分支主题

适合场景

Passive Attack

Active Attack

Encipherment Digital signature Access control Data integrity Authentication exchange Traffic padding Routing control Notarization

Authentication Access control Data confidentiality Data integrity Nonrepudiation

only one key

eg. AES, 3DES, RC4

two keys

eg. RSA

字母偏移固定位置

单字母表，相比凯撒密码更复杂

将高分布和低分布结合起来，避免黑客利用正态分布破解单密码。密钥表的使用方法例如单数字母和双数字母利用不同的加密方法

使用一个关键字（key）来搭配轮询的字母生成密钥表，并使用这些密钥表对明文中的字母进行替换

Vernam Cipher

transposition cipher

密钥的生成通常通过密钥派生函数算法来生成，可以被重复使用

Cipher that makes the relationship between the plaintext/key pair and the ciphertext as complex as possible

Cipher that spreads the information from the plaintext over the entire ciphertext. Changes in the plaintext should affect many parts of the ciphertext.

Rotor Machine

Enigma Machine

symmetric key

asymmetric key

Hash Function

stating who you are

restriction on the ability of a subject to use a system or an object in that system

Username and hashed password are used for authentication

AS(Authentication Server)

TGS(Ticket Granting Server)

– U’s authenticated identity – An identification of F – Access rights of F with respect to U – The session key Ka,F for communication – An expiration date for the ticket

1、密码在网络上不以明文形式传输 2、使用对称密钥加密来保护通信并防止伪造攻击 3、每个票据都有有效期限，以防止暴力搜索攻击 4、时间戳用于防止重放攻击

1、需要一个可信的TGS持续可用 2、需要TGS和每个服务器之间建立可信的关系 3、需要及时的事务处理

Access rights are defined in the form of an access control matrix (table)

execute, read, append (blind write), write

contains access control permissions

身份验证流程： 1、用户输入用户名和密码 2、登录过程收集并将用户名和密码传递给本地安全性局（Local Security Authority，LSA）模块。 3、LSA调用身份验证包，将用户名和密码与存储在安全账户管理器（Security Account Manager，SAM）中的值进行比较。 4、当找到匹配时，SAM返回用户的安全标识（Security ID，SID）以及用户所属的任何组的安全标识。 5、身份验证包创建一个登录会话，并将此会话和所有的SID传递回LSA。 6、LSA创建一个系统访问令牌（System Access Token，SAT），其中包含用户的SID和用户权限（特权）。

- 每个用户、组和机器账户都有一个唯一的安全标识符（SID），用于自主访问控制。（Discretionary Access Control，DAC）。 - 在创建账户时构建SID，并在账户的整个生命周期内保持不变。 - 构建SID时使用伪随机输入，即删除一个账户并重新创建它将不会产生相同的SID，访问权限也会有所不同。 - 当工作站或服务器加入域时，它会接收一个包含域SID的SID。 - 将一个机器的根目录和配置文件复制到另一个机器上将使这两台机器具有相同的SID，这违反了Windows安全策略。

分支主题

If no ACL exists, no checks are performed and access is granted

If an ACL exists, then for each ACE(Access Control Entries)

If no matching entry is found, access is denied

public key

private key

- 无法伪造，确保身份验证的准确性 - 可用作有效的签名，以验证身份和确保消息完整性

For encryption: Encrypt using receiver’s public key Decrypt using receiver’s private key 为了确保只有接收者能够解密，因为接收者的公钥是公开的。

For digital signature: Sign using sender’s private key Verify using sender’s public key 可以确保只有发送者的公钥能够验证该数字签名。

公钥密码系统依赖于找到适当的陷门单向函数 fk （trap-door one-way function）

Example trap-door one-way function: – Easy: b = a^e mod p – Hard: n = p * q

Used both in encryption and digital signature. Based on the trap-door one-way function.

Public key is (e,n) and private key is (d,n) To encrypt a message m (<n) – compute c = m^e mod n To decrypt a ciphertext c (<n) – compute m = c^d mod n Example: Public key is (7,143), private key is (103,143) Message m is 5 To encrypt 5, we compute c = m^e mod n = 5^7 mod 143 = 47 To decrypt 47, we compute m = c^d mod n = 47^103 mod 143 = 5

Way to use: – Public key is (e,n) and private key is (d,n) – Use private key (d,n) to sign a message and public key(e,n) to verify the signature

How to break RSA(If we can factor n): Public key is (7,143), e=7 and n=143 If we can factor 143 (n), which is 11*13 We can compute φ(n) = (p−1)*(q−1) = 10*12 = 120 Compute inverse of e: d = e −1 mod ((p−1)*(q−1)) – d = 7 −1 mod ((11−1)*(12−1)) = 7 −1 mod (120) – i.e. 7d = 1 mod (120) – d = 103 Private key is (103,143) Therefore, given the public key (e,n), if we can factor n, we can derive the private key.

Public key algorithms are too slow to be used for bulk data encryption

We can use public key algorithm for key exchange between A & B: 1. A generates secret key (sk) randomly 2. A uses B’s public key to encrypt sk and sends the encrypted key to B 3. B decrypts the encrypted sk using his private key 4. Both A and B has the secret key and data can then be encrypted using any block ciphers with sk

分支主题

If B wants to participate in key generation.

分支主题

Key Generation

Certificate generation steps

- 存储在防篡改的硬件令牌中，例如智能卡、PCMCIA卡等 - 存储在加密的数据文件中

对于数字签名私钥，不需要进行备份或归档。最好的做法是确保数字签名私钥在其生命周期结束后被安全地销毁。这样可以减少私钥泄露和不当使用的风险。相反，公钥证书以及用于数字签名验证的公钥应该进行适当的归档，以确保其长期可用性和验证的可信性。

- Internet Lightweight Directory Access Protocol (LDAP) Certificates can be distributed through insecure channels such as email (S/MIME and MOSS) or WWW.

Reasons for revocation: – detected or suspected key compromise – change of data (e.g. subject name) – change of relationship between subject and CA

Who can revoke: – The subject – The CA – An authorized third party

Certificate Revocation List(CRLs)

verification with CRL