北科通信网主要知识考查点.docx
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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1③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