北科通信网主要知识考查点.docx

北科通信网主要知识考查点.docx

《北科通信网主要知识考查点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北科通信网主要知识考查点.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

北科通信网主要知识考查点

《通信网安全理论与技术》主要知识考查点

第二讲通信网技术基础与安全体系

1.通信网络常采取总线型、星型、环型、网状型、复合型等拓扑图结构

2.通信网在硬件设备方面的构成要素是终端设备、传输链路和交换设备，其中交换设备是构成通信网的核心要素

3.一个完整的通信网，在功能上可分为相互依存的三类网络，即业务网、传送网和支撑网，其中支撑网包括信令网、数字同步网和电信管理网

4.我国同步网由基准时钟源、通信枢纽楼的综合定时供给系统（即同步供给单元SSU）和同步信号分配链路组成，为我国境内的主要通信设备提供统一的时钟

5.在信令网中，按信令的信道传送方式，信令分为：

随路信令、共路信令。

我国七号信令网中传输的信令属于共路信令

6.信令网的三要素：

信令点、信令转接点、信令链路

7.管理网作为电信支撑网的一个重要的组成部分，建立在传送网和业务网之上，并对通信设备、通信网络进行管理，它的基本原理之一就是使管理功能与电信功能分离。

网络管理者可以依赖几个管理节点管理电信网络中分布的电信设备

8.在通信网中，参与通信的两个对等实体之间必须遵守共同的约定，才能实现相关信息数据交换，该约定即称之为通信协议。

它应包含三个要素：

语法：

包括数据格式、编码和信号等级；语义：

包括用于协调的控制信息和差错控制；定时：

包括速率匹配和排序

9.OSI参考模型从逻辑上通信网分为7层，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

其中第三层是网络层、第五层是会话层。

10.实际通信网需要有一套完整的网络安全防护体系，从机密性、完整性、可用性三个基本属性上，保障通信网络（信息载体）及信息自身安全

11.不同类型的漏洞、攻击、威胁存在于网络的不同层次，例如：

ARP欺骗是链路层协议面临的安全隐患，而DNS缓存可能被污染则是应用层协议面临的安全隐患。

12.以实现完备的网络安全功能为目标，ISO发布了OSI安全体系结构（即ISO7498-2标准），其中定义了5类安全服务、8种特定的安全机制、5种普遍性安全机制。

第三讲通信网安全基础理论与技术

1.密码学包含两个分支，即密码编码学（cryptography）和密码分析学（cryptanalysis），两者合起来即为密码学（cryptology）

2.主要术语：

1）明文：

人们能够读懂的信息

2）密文：

人们难以理解的信息

3）加密：

将明文变换成密文的过程

4）解密：

密文还原成原来的明文的过程

5）算法：

用于加密和解密的数学函数

6）密钥：

一串适当长度的字符串或数字串，以控制加密和解密过程

7）密钥空间：

密钥的取值范围

3.设计加密系统时，总是假定密码算法是可以公开的，需要保密的是密钥。

一个密码系统的安全性不在算法的保密，而在于密钥，即Kerckhoff原则

4.扩散（Diffusion）和混乱（Confusion）是由Shannon提出的设计密码系统的两个基本方法，目的是抵抗攻击者对密码的统计分析

5.密码系统安全性评价：

无条件安全/理论上安全【如果不论截取者获得了多少密文，但在密文中都没有足够的信息来惟一地确定出对应的明文，则这一密码体制称为无条件安全的，或称为理论上是不可破的】、计算上安全【如果密码体制中的密码不能被可使用的计算资源破译，则这一密码体制称为在计算上是安全的】

6.对称密码技术典型代表有：

古典密码技术、序列密码技术、分组密码技术：

DES（数据加密标准）。

其中古典密码技术根据其基本原理大体上可以分为两类：

换位密码技术、代替密码技术。

7.通常一个密码体制按执行的操作方式不同，可分为：

替换密码体制（SubstitutionCryptosystem）和换位密码体制（PermutationCryptosystem）；如果从收发双方使用的密钥是否相同，可分为对称密钥密码（或单钥密码）体制（该体制下，加密和解密的双方拥有相同的密钥、非对称密钥密码（或双钥密码或公钥密码）体制，加密和解密的双方拥有不同的密钥

8.古典加密技术的算法思路：

单表代替、多表代替、多字母代换密码（Hill密码）

9.使用Vigenere方案，给出密文：

ZICVTWQNGRZGVTWAVZHCQYGLMGJ，找出对应下列明文的密钥：

Wearediscoveredsaveyourself。

其中消息序列中字母-数字对应关系为：

a:

0、b:

1、c:

2、…、z:

25。

秘钥：

deceptive

10.对称密码技术对明文的加密有两种方式：

一是明文信息按字符（如二元数字）逐位地加密，称之为流密码技术；另一种是将明文信息分组（含多个字符），逐组进行加密，称之为分组密码

11.数据加密标准DES属于常规密钥密码体制，是一种分组密码，其密钥为64bit（实际密钥长度为56bit，有8bit用于奇偶校验）

12.RSA是现最著名的公开密钥密码体制是RSA体制，它基于数论中大数分解问题

13.假定a=0，b=1，……，z=25，使用RSA加密算法进行加密，若p＝5，q＝11，加密密钥e＝3，试求解密密钥d，并将密文“i”解密，给出解密过程和解密结果。

解：

两个素数，p=5,q=11

计算出n=pq=5⨯11=55

计算出φ（n）=（p-1）（q-1）=40

选e=3。

然后根据式：

ed≡1modφ（n）

3d≡1mod40

解出d=27

于是，加密密钥：

PK=（e,n）={3,40}

解密密钥：

SK=（d,n）={27,40}

Y=i=8,X=Ydmod40=827mod40=2

d=27,i解密为c

14.通信网中加密技术的三种典型应用形式：

链路加密、节点加密、端-端加密。

15.信息隐藏技术与传统的加密技术的区别与联系

信息隐藏vs传统的加密：

1）信息隐藏目的不在于限制正常的资料存取，而在于保证隐藏数据不被侵犯和重视

2）加密仅仅隐藏了信息的内容，但是信息的传递过程是暴露的；而信息隐藏不但隐藏了信息的内容而且隐藏了信息的存在

3）信息隐藏技术提供了一种有别于加密的安全模式

联系：

将加密技术与隐藏技术相结合，就可以更好地保证信息本身的安全和信息传递过程的安全

16.对称密码技术——古典密码技术:

代替密码

明文中每一个字符被替换成密文中的另外一个字符，代替后的各字母保持原来位置。

对密文进行逆替换就可恢复出明文，代替密码类型（4种）：

单表代替密码：

明文的一个字符用相应的一个密文字符代替。

加密过程中是从明文字母表到密文字母表的一一映射。

例：

恺撒（Caesar）密码

同音代替密码：

它与简单代替密码系统相似，唯一的不同是单个字符明文可以映射成密文的几个字符之一。

同音代替的密文并不唯一

多字母组代替密码：

字符块被成组加密，例如“ABA”可能对应“RTQ”，ABB可能对应“SLL”等。

例：

Playfair密码.

多表代替密码：

由多个单字母密码构成，每个密钥加密对应位置的明文。

例：

维吉尼亚密码

单表代换密码：

是简单，易于实现，但一个明文字母与一个密文字母的对应关系是固定的，易受统计分析攻击。

因为英文文章中各字母的出现频率遵循一定的统计规律：

同音代替加密产生的密文并不唯一，具有较强的安全性。

多表替换密码的多特点:

该编码能够掩盖字母的统计规律，可抵御基于统计的密码分析方法的攻击，具有比移位替换和单表代换密码更好的安全性

多字母代替密码能够将字母的频率进行隐藏，从而具有抗击统计分析的能力。

第四讲认证协议与密钥建立协议设计

1.认证协议应包含三个方面的含义，即身份认证、数据源认证、密钥建立认证。

2.数据源认证（消息认证）与数据完整性的区别，数据源认证的目的？

数据源认证vs.数据完整性

a）数据源认证必然需要通信，数据完整性则不一定包含通信过程，例如存储数据的完整性

b）数据源认证必然需要识别消息源，而数据完整性则不一定涉及该过程，例如无源识别的数据完整性技术

c）最重要的，数据源认证必然需要确认消息的新鲜性，而数据完整性却无此必要：

一组老的数据可能有完善的数据完整性

数据源认证包含从某个声称的源（发送者）到接收者（验证者）的消息传输过程，该接收者在接收时会验证消息，其验证的目的有三：

1）确认消息发送者的身份属性

2）确认在原消息离开消息发送者之后的数据完整性

3）确认消息传输的“新鲜性”

3.身份认证有哪几种主要实现方式，各有何优缺点

要对某主体进行身份认证，其方式有很多，主要有：

a）利用主体所知道的内容：

用户名-口令、密钥。

优点：

最常见、最简单，缺点：

口令易泄漏、口令传输不安全，口令可能会被遗忘

b）利用主体所拥有的事物：

智能卡、令牌卡。

优点：

较安全可靠，缺点：

智能卡可能会被偷盗

c）利用主体本身所具有的特征：

指纹、虹膜、声音、签字等。

优点：

主体的生物特征（如指纹、人脸、声音、虹膜等）几乎永远不会被遗忘、丢失或偷盗，该方式得到了公安、司法部门的认可。

缺点：

生物特征认证的实现代价高、识别率相对较低

d）双因素认证：

综合利用以上多种手段。

优点：

更高的安全性

e）身份认证协议：

双方通过一系列的“问-答”形式来确定对方的身份，类似：

接头暗语

4.基于挑战-应答机制的身份认证的基本实现思路及步骤，可否基于非对称密钥体制实现？

如何实现双向认证？

基本型：

1.Alice→Bob：

随机数Na

2.Bob→Alice：

E{M,N’a}Kab

3.Alice:

{{M,N’a}Kab}Kab,N’a==Na?

非对称密钥体制：

1.Alice→Bob：

Na

2.Bob→Alice：

Nb,M1={M,Nb,N’a}SKb

3.Alice:

{{M,Nb,N’a}SKb}PKb，N’a==Na?

4.Alice→Bob:

M2={M’,N’b}SKa

5.Bob:

{{M’,N’b}SKa}PKa,N’b==Nb?

双向认证：

1.Alice→Bob：

Na

2.Bob→Alice：

Nb，M1＝hk{Alice,Nb,N’a}

3.Alice:

M’1=hk{Alice,N’b,Na}==M1?

4.Alice→Bob：

M2=hk{Bob,N’b}

5.Bob:

M’2=hk{Bob,Nb}==M2?

5.密钥建立协议的两个基本实现形式（分别基于对称密钥算法和基于非对称密钥算法）

1）对称密钥算法

2）非对称密钥算法

6.

密钥建立协议——大嘴青蛙协议的实现，它有何缺点？

试用消息交互形式演示该缺点

1）Alice→KDC：

Alice，{TA,Bob,K}KA

2）KDC→Bob：

{TB,Alice,K}KB

缺点：

易遭受到重放攻击

交互消息及步骤如下：

1.

Alice→KDC：

Alice，{TA,Bob,K}KA

2.KDC→Bob：

{TB,Alice,K}KB

3.Eve（Bob）→KDC：

Bob，{TB,Alice,K}KB

/*攻击者Eve冒充Bob向KDC重放协议第二步的消息*/

4.KDC→Eve（Alice）：

{T'B,Bob,K}KA

/*KDC收到Bob的消息后（其实真正的发送者是Eve），产生一个更新的时戳消息发送给Alice，但真正的接收者是Eve*/

5.Eve（Alice）→KDC:

Alice，{T'B,Bob,K}KA

/*Eve记录他所收到的消息，冒充Alice继续向KDC重放他的记录*/

6.KDC→Eve（Bob）：

{T''B,Alice,K}KB

/*KDC以为第5步是Alice发送来的消息，于是又产生一个更新的时戳发送给Bob，同样，真正的接收者也是Eve*/

/*现在，攻击者可以成功地重放第5步和第6步的消息，从而造成Alice和Bob之间的重认证*/

7.Alice→Eve（KDC）：

Alice，{T'B,Bob,K}KA

/*Alice向KDC发送一个初始消息，其实是发送给了Eve*/

8.Eve（KDC）→Bob：

{T''B,Alice,K}KB

/*Eve冒充KDC收到Alice发来的消息，重放它的记录，而Bob以为是KDC发来的，达到攻击目的*/

7密钥建立协议——NSSK协议的实现，它有何缺点？

试用消息交互形式演示该缺点

交互消息及步骤如下：

1.Alice→KDC：

Alice，Bob，RA

/*Alice将由她的名字Alice，Bob的名字Bob和随机数RA组成的报文传给KDC*/

2.KDC→Alice：

{RA,Bob,K,{K,Alice}KB}KA

/*KDC产生一随机会话密钥K。

他用与Bob共享的秘密密钥对随机会话密钥K和Alice名字组成的报文加密。

然后用他和Alice共享的秘密密钥对Alice的随机值RA、Bob的名字、会话密钥K和已加密的报文进行加密，最后，将加密的报文传送给Alice*/

3.Alice→Bob：

{K,Alice}KB

/*Alice将报文解密并提取K。

她确认RA与她在第

（1）步中发送给KDC的一样。

然后她将KDC用Bob的密钥加密的报文发送给Bob*/

4.Bob→Alice：

{RB}K

/*Bob对报文解密并提取K，然后产生另一随机数RB。

他用K加密它并将它发送给Alice*/

5.Alice→Bob:

{R-1B}K

/*Alice用K将报文解密，产生R-1B并用K对它加密，然后将报文发回给Bob*/

6.Bob用K对信息解密，并验证它是R-1B

缺点：

若Alice和Bob不能妥善销毁旧密钥，则可能导致攻击者冒充成功（假冒攻击）

1.Alice→KDC：

Alice，Bob，RA

2.KDC→Alice：

{RA,Bob,K,{K,Alice}KB}KA

3.Alice→Bob：

{K,Alice}KB

如何假冒Alice？

a）Eve（Alice）→Bob：

{K,Alice}KB

/*Eve拦截第3步Alice向Bob发送的信息，并在以后的某一个时刻发送出去，而Bob和Alice还不警觉*/

b）Bob→Eve（Alice）：

{RB}K

/*Bob以为上一步的信息是Alice发给他的，于是他解密收到的信息并提取K，再产生一个随机数RB，并发送给Alice（其实这个信息根本就没有被Alice收到，而是发送给了攻击者Eve）*/

c）Eve（Alice）→Bob：

{R-1B}K

/*Eve利用上一步截取的报文，假冒Alice用K对该报文解密得到RB，并把R-1B发送给Bob*/

d）Bob验证R-1B，他仍然以为该报文是由Alice发送出来的，由此攻击者达到了冒充攻击的目的

8在NSSK密钥建立协议中，为了防范攻击，须妥善保存或销毁协议中的各种密钥。

以下面情形为例，即KDC与Alice间共享的密钥KA泄露，攻击者Mallory能够用该密钥KA获得同Bob交谈的会话密钥K，请设计其具体的攻击过程

9秘密共享协议的基本实现思路，掌握其典型实现方案——Shamir（t,n）门限方案

•定义：

将主密钥s按下列方式分成n个共享（Share）s1,s2,..,sn：

1.已知任意k个si值易于算出s

2.已知任意k-1个或更少个si，则由于信息短缺而不能决定出s

基本实现原理：

1.系统初始化

有限域GF（q），q为大素数，q≥n+1。

秘密s是GF（q）\{0}上选取的一个随机数，表示为s∈RGF（q）\{0}

k个系数a0,a1,a2,…ak-1选取ai∈RGF（q）\{0}，其中a0=s。

在GF（q）上构造一个k-1次多项式：

f（x）=s+a1x+…+ak-1xk-1

2.秘密分发

n个参与者P1,…,Pn，Pi的Shadow为（i,f（i））

3.秘密重构

重构方法1）：

任意k个参与者得到秘密，可使用{（il,f（il））|l=1,…,k}构造如下方程组，从而算出f（x）：

重构方法2）：

由Lagrange插值多项式

10在Shamir（3,5）门限方案中，设素数P＝17，xi=i，1≤i≤5，且h

（1）=8,h（3）=10,h（5）=11，假设要从用户P1,P3,P5的共享中恢复密钥k。

请给出具体重构密钥的过程

k=13

第五讲数字签名与阈下信道设计

1.数字签名与消息认证的区别与联系

数字签名vs消息认证

a）消息认证：

实现消息的真实性和完整性，其作用：

保护通信双方以防第三方的攻击，但不能保护通信双方中的一方防止另一方的欺骗或伪造

b）数字签名：

实现消息的不可否认性

在通信双方未建立起完全的信任关系且存在利害冲突的情况下，单纯的消息认证就显得不够

2.与普通手写签名一样，数字签名应满足哪些技术条件或要求？

a）签名可信：

收方可以确认是由发方签名的

b）签名不可伪造

c）签名不可重用：

签名是消息的一部分，不能把签名移到其它消息上

d）签名不可抵赖

e）签名后的消息不能篡改

3.数字签名的基本实现原理，签名过程及验证过程的基本实现

4.RSA数字签名的主要实现过程，为何不能直接对原始消息进行签名处理，而需要对其变换后的消息摘要进行签名处理？

1.参数选择：

①选择两个满足需要的大素数p和q，计算n=p×q,φ（n）=（p-1）×（q-1），其中φ（n）是n的欧拉函数值

②选一个整数e,满足1

③以{e,n}为公开密钥，{d,n}为秘密密钥

2.签名过程

假设签名者为Bob，则只有Bob知道秘密密钥{d,n}

设需要签名的消息为m，则签名者Bob通过如下计算对m签名：

s≡mdmodn

（m,s）为对消息m的签名：

Bob在公共媒体上宣称他发布了消息m，同时把对m的签名s置于消息后用于公众验证签名

3.验证过程。

公众在看到消息m和对其签名s后，利用Bob的公开验证密钥{e,n}对消息进行验证

公众计算：

m≡semodn是否成立？

若成立，则Bob的签名有效，即公众认为消息m的确是Bob所发布，且消息内容没有被篡改

公众可以容易鉴别发布人发布的消息的完整性

原始RSA签名算法是有缺陷的，它是对整个消息的签名

假设攻击者Eve能得到Bob对多个消息的签名，伪造过程：

若已知：

（1）Bob对消息M1的签名为S1，即S1≡M1dmodn；

（2）Bob对消息M2的签名为S2，即S2≡M2dmodn；

则攻击者Eve可以构造消息M3=M1*M2的签名S3，即：

•S3=M3d=（M1*M2）dmodn≡S2*S1

5.为提供保密性，签名方案中我们可以结合加密手段，但签名与加密的先后顺序对消息的安全有不同的影响。

请分析“先加密后签名”可能出现的问题

1她将计算c=（m）PKb和s≡SigAlice（c），并将把（c,s）发送给Bob

2Bob用VerAlice来验证对c的签名，然后解密c，获得m

这种方法存在一个潜在的问题，即不能确定发送方身份：

1若Eve获得了（c,s），他就用他自己的签名s‘≡SigEve（c）来替换Alice的签名，并将（c,s‘）发送给Bob

2Bob将用VerEve来验证Eve的签名s‘而非s，Bob可能由此推断明文m来自Eve

6.RSA签名和RSA加密的异同点

相同点：

都使用一对密钥：

公钥和私钥

不同点:

RSA加密：

用公钥加密，用私钥解密（多对一）

RSA签名：

用私钥签名，用公钥验证（一对多）

7.RSA签名属于确定性数字签名，即明文与密文一一对应，它对一特定消息的签名不变化（使用签名者的密钥签名）

8.ELGamal签名是一种非确定性的公钥密码体制，即对同一明文消息，因选择不同的随机参数而有不同的签名

9.与Schnorr数字签名算法一样，都是基于离散对数难题的

10.ElGamal数字签名的主要实现过程，为何要对签名过程中引入了随机数k妥善保管而不能泄密？

1.初始化：

首先选择一个大素数p，使在Zp中求解离散对数困难。

然后选择一个生成元g∈Zp*，计算y=gxmodp，则公开密钥y,g,p，私钥x

2.签名过程：

给定要签名的消息为M

1首先选择一个小于q并互素的随机数k

2计算r=gkmodp

3计算s=（H（M）-xr）k-1mod（p-1）

4把消息和签名结果（M，r,s）发给接收者

3.验证过程：

•接收方收到消息和签名结果（M，r,s）后，可以按下面的步骤验证签名的有效性:

1取得发送方的公钥y;

2预查合法性：

如果p-1≥r≥1,那么继续后续步骤；否则，签名是不合法。

3计算u1：

u1=yrrsmodp;

4计算u2：

u2=gH（M）modp;

5比较u1和u2:

u1=u2?

签名时所使用的随机值k不能泄露，否则攻击者可以计算出签名的私钥：

通过变换s≡（H（M）-xr）k-1mod（p-1），可知x≡（H（M）-ks）r-1mod（p-1）

11.ElGamal数字签名举例：

在参数给定的情况下，能根据签名和验证方程，计算消息签名和验证签名

12.掌握离散对数计算和大数因子分解问题的表现形式，它们是数字签名方案的安全理论基础

13.掌握特殊数字签名中盲签名的基本要求及实现过程（尤其是RSA盲签名方案），掌握代理签名的基本概念

代理签名允许密钥持有者授权给第三方，获得授权的第三方能够代表签名持有者进行数字签名

1.参数选择

1选择两个满足需要的大素数p和q，计算n=p×q,（n）=（p-1）×（q-1）,其中φ（n）是n的欧拉函数值

2选一个整数e,满足1

通过d×e≡1modφ（n），计算出d

3以{e,n}为公开密钥，{d,n}为秘密密钥。

选择安全的单向hash函数h（·）

•这里Bob作为签名者，则Bob知道秘密密钥{d,n}；所有人都知道公开密钥{e,n}和算法中选择的hash函数h（·）

2.盲化过程

1设需要签名的消息为m，请求签名者Alice随机选择一个整数r作为盲化因子

2计算：

α≡reh（m）modn

3发送α给签名者Bob

3.签名过程

Bob在收到α后，计算t≡αdmodn，然后把t发送给Alice

4.脱盲过程

Alice接收到t后，计算s≡t·r-1modn.就得到了消息m的签名（m,s）

5.验证过程

通过如下计算，任何人都可以验证签名的有效性：

se≡h（m）modn?

若成立，则发送方的签名有效

14.基于某数字签名方案构造阈下信道的基本要求？

15.在ElGamal签名方案中，设p=11，g=2是Z11的本原元，选取x=8，y=gxmod11=3。

p,g,y公开，x保密。

假设