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本章内容. 8.1 电子邮件安全协议（ PGP 、 S/MIME ） 8.2 远程登陆的安全协议（ SSH ） 8.3 Web 安全协议（ HTTPS ） 参考文献： 教科书第 5 章 5.4 、 5.5 ，第 7 章. 邮政系统. addressing routing. 发信者. 投入邮筒. 源邮局发送. 写信. 封装. message. envelope (address). collecting. 邮政传递系统. 用户. 中转. 收信者. 读信. 拆封. 投入信箱. 宿邮局接收. delivering. 电子邮件系统.

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Presentation Transcript

  1. 本章内容 • 8.1 电子邮件安全协议（PGP、S/MIME） • 8.2 远程登陆的安全协议（SSH） • 8.3 Web安全协议（HTTPS） • 参考文献： • 教科书第5章5.4、5.5，第7章

  2. 邮政系统 addressing routing 发信者 投入邮筒 源邮局发送 写信 封装 message envelope (address) collecting 邮政传递系统 用户 中转 收信者 读信 拆封 投入信箱 宿邮局接收 delivering

  3. 电子邮件系统 addressing routing UA MTA 发送方 邮件缓存 源主机发送 编辑 封装 message envelope (address) collecting 中转 用户 邮件传输系统 Mail program 接收方 UA MAA 阅读 拆封 投入邮箱 宿主机接收 delivering UA: User Agent MTA: Message Transfer Agent MAA: Message Access Agent

  4. 电子邮件安全协议（PEM、S/MIME、PGP） • 电子邮件的威胁 • 邮件炸弹 • 邮件欺骗 > • 垃圾邮件 • 邮件携带病毒、恶意代码 • 电子邮件安全协议 • PEM （Privacy Enhanced Email，RFC 1421-1424） • S/MIME • PGP（Pretty Good Privacy）

  5. 多个接收者时该怎么办？ 电子邮件的安全需求 • 机密性：只有接收者才能阅读 • 报文的加密：关键是密钥的分发 • 收发双方如何共享密钥？ • 认证：发送者的身份认证 • 基于公钥技术，用发送者的私钥对报文的摘要进行加密，即数字签名 • 基于共享密钥：事先发送者与接收者共享一个密钥，采用消息认证码（MAC）对报文进行认证 • 完整性：报文未被修改 • 报文的完整性与身份认证的方法类似，通常可在一起进行 • 抗否认性：发信者的不可抵赖性，可供第三方鉴别 • 基于公钥技术，采用发送者的私钥签名 发送者生成一个密钥，采用对称密码算法加密报文，即S{M} 再用接收方的公钥加密密钥S，并与加密的报文同时发送。 假设接收者有A、B、C三人，就分别生成三个加密密钥KA{S}，KB{S}，KC{S}。

  6. PGP（Pretty Good Privacy） • Email安全加密系统 • PGP提供的安全业务： • 加密：发信人产生一次性会话密钥，以IDEA、3-DES或CAST-128算法加密报文，采用RSA算法用收信人的公钥加密会话密钥，并和消息一起送出。 • 认证：用SHA-1对报文杂凑，并以发信人的私钥签字，签名算法采用RSA或DSS 。 • 压缩：ZIP，用于消息的传送或存储。在压缩前签名，压缩后加密。 • 兼容性：采用Radix-64可将加密的报文转换成ASCII字符 • 数据分段：PGP具有分段和组装功能，适应最大消息长度限制

  7. 机密性和认证 • 机密性： • 发送端产生随机数作为会话密钥 • 对称算法加密报文 • 接收端公钥加密会话密钥 • 认证 • 采用SHA-1、MD5等产生HASH值 • 用发送者的私钥对HASH值签名（RSA） • 当同时需要认证和加密服务时 • 采用先签名，后加密顺序（与IPSec ESP中的先加密，后HMAC相反） • 通常将明文与签名一起保存比较方便 • 验证时，不需要涉及会话密钥

  8. HASH 压缩 公钥解密 解压缩 签名 对称密码加密 签名 压缩 对称密码加密

  9. 压缩 • PGP 的压缩过程在报文的签名和加密之间，即先对报文签名，然后压缩，再是加密 • 签名后再压缩是为了方便保存未压缩的报文和签名，为了以后存储方便，如果签名是对压缩后报文进行的，势必要保存一份压缩的文档与之对应，或者增加部分计算。但相同的压缩算法可能产生略微不同的压缩结果。 • 压缩后加密可以节约传输文件的存储空间，加快加密速度，且因为压缩，减少了原文中的关联性，使密码分析也更困难 • 压缩算法采用ZIP

  10. E-mail 的兼容性 • 在多数的邮件系统中是以ASCII字符形式传输，加密后的任意8比特报文可能不符合ASCII字符特点。 • 采用基64转换方式 (see appendix 7A). • 基64转换方式 的采用将原报文扩展了33%. • 把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），先查对应的基-64表，再对应到ASCII表，首位置0

  11. 分段和重组 • 通常邮件的最大报文的长度限制在50,000字节 • 超过标准长度的报文必须分段. • PGP 自动对过长的报文分段. • 接收端再将其重组.

  12. Summary of PGP Services

  13. Transmission and Reception of PGP Messages

  14. 加密密钥和密钥环 • PGP使用四种类型的密钥：一次性会话对称密钥，公钥，私钥，基于对称密钥的口令 • 需求 • 需要生成不可预测的会话密钥（随机算法） • 需要某种手段来标识具体的密钥（一个用户可拥有多个公钥/私钥对，以便随时更换且让对方知道来自哪个密钥对） • 每个PGP实体需要维护一个保存其公钥/私钥对的文件和一个保存通信对方公钥的文件

  15. 密钥标识符（Key ID） • 一个用户有多个公钥/私钥对时，接收者如何知道发送者是用了哪个公钥来加密会话密钥，方法： • 将公钥与消息一起传送 • 将一个标识符与一个公钥关联，对一个用户来说做到一一对应 • 定义KeyID 包括64个有效位，(KUa mod 264)

  16. 密钥环（Key Rings） • KeyID在PGP中标识所使用的发送者和接收者的密钥号 • 两个keyID包含在任何PGP消息中提供保密与认证功能 • 需要一种系统化的方法存储和组织这些key以保证使用 • PGP在每一个节点上提供一对数据结构 • 存储该节点拥有的公钥/私钥对私钥环（口令保护密钥） • 存储本节点知道的其他用户的公钥环

  17. General structure of private and public key rings 加了密的私钥 密钥对产生时间 如用户邮件地址

  18. KeyID 判断是否使用了 正确的公钥解密 Format of PGP Message signature

  19. PGP message生成操作

  20. PGP message 接收操作

  21. 公钥管理 • PGP虽然采用公钥密码体系，但不是证书 • 需要保证公钥确实是所指定用户的合法公钥，保护公钥免受攻击是PGP的一个问题 • 可以采用的方法 • 直接索取，其他方式确认 • 从可信任证书机构获得B的公钥 • 采用信任关系保护（从可信第三方）公钥 • 完全信任、部分信任、不信任

  22. S/MIME • Secure/Multipurpose Internet Mail Extension （安全/多用途Internet邮件扩展，RFC3369，3370、RFC3850，3851） • S/MIME 旨在成为商业和机构使用的工业标准. • PGP 为个人e-mail 提供安全

  23. Simple Mail Transfer Protocol • SMTP ，RFC821 • RFC5322（Internet Message Format） • SMTP （简单邮件传输协议）存在的问题: • SMTP不能传输可执行文件和其他二进制码 (jpeg image)，二进制转换成文本格式，现在方案缺少标准 • SMTP只能传输7-位ASCII字符的文字，而中文字符等无法直接使用 • SMTP服务器拒绝接收超长邮件 • ASCII 到 EBCDIC 转换问题 • 截取换行超过76字符的行，等等（与现有标准不一致） • MIME是对SMTP（RFC822）框架的扩展，致力于解决SMTP存在的问题

  24. MIME的头标 • MIME的头标定义了5个新的字段 • 版本（MIME-Version）:1.0（按照 RFC 2045, RFC 2046定义的规格） • 内容类型（Content-Type）: 这个字段用于详细描述主体的数据 • 内容传输编码（Content-Transfer-Encoding）:内容采用的编码方案 (如radix-64) • 内容ID（Content-ID）: 该字段主要用于多个上下文时，对MIME实体的标识. • 内容描述（Content Description）:对内容的文本描述 (e.g.,mpeg)

  25. S/MIME 功能 • 在功能上，S/MIME与PGP相似，通过使用签名、加密或签名/加密的组合来保证MIME通信的安全，但强化了证书的规范 • S/MIME的安全功能： • 封装的数据: 加密的内容和加密的会话密钥 • 签名的数据: 报文摘要＋发送者的私钥签名，然后使用基64变换编码内容和签名 • 透明签名: 签名但不加密.只对签名进行基64变换，这样具有MIME支持而没有S/MIME权能的接收者也能读取，但无法验证签名 • 签名和封装的数据: 各种不同嵌套顺序将数据加密、签名，如签名加密的数据或加密签名的数据 • S/MIME使用X.509证书，它的密钥管理方案介于严格的X.509证书层次结构和PGP信任网

  26. 使用的安全算法 • 报文摘要: SHA-1 and MD5 • 数字签名: DSS，RSA • 对称密码算法: Triple-DES（推荐）, AES，RC2/40 (支持出口) • 公钥密码算法: RSA with key sizes of 512 and 1024 bits, and Diffie-Hellman (for session keys，推荐，实际为变体Elgamal).

  27. PGP vs PEM、S/MIME

  28. 远程登录安全协议 SSH: Secure SHell • SSH主要由芬兰赫尔辛基大学的Tatu Ylonen开发的，它提供一条安全的远程登录通道，可以代替telnet, rlogin等。由于受版权和加密算法的限制，很多人都使用它的免费替代产品OpenSSH。 • SSH协议有版本1（SSHv1）和版本2（SSHv2），这两版本互不兼容，由SSH Communications Security Corp的Tatu Ylonen和Cisco公司进行规范提交，目前已经形成RFC4250-4254

  29. SSH的体系 • SSH传输层(Transport Layer)协议 • 提供服务器主机认证，提供数据加密，提供数据完整性支持 • SSH认证(Authentication)协议 • 为服务器提供用户的身份认证 • SSH连接（Connection）协议 • 将加密的信息隧道复用成若干个逻辑通道，提供给高层的应用协议使用。

  30. SSH采用的认证、加密算法 • Supported authentication methods • X509 Certificates • Public keys • Passwords • Supported encryption algorithms • 3DES • Blowfish • Arcfour • Cast • Supported hash algorithms • SHA1 • MD5

  31. Web安全协议（HTTPS） • https (http over SSL) • 由http和SSL结合来实现浏览器和服务器之间的安全通信 • https的功能被嵌入到所有当前的主流浏览器当中，但依赖于服务器端是否支持https通信 • https的周知端口为443，http为80 • 定义在RFC2818：HTTP over TLS • 基于标准的SSL/TLS服务 • 当使用HTTPS时以下内容被加密 • 请求文件的URL、文件内容、浏览器表单内容、cookie、http头标内容

  32. HTTPS的使用 • 连接建立 • 客户端同时扮演http的客户端和TLS的客户端，首先是TLS握手过程，然后是http请求，执行标准的http过程 • 在一个客户端和服务器之间建立多个连接（一个会话过程包含一个或者多个连接） • 连接关闭 • 先关闭http：在http消息中包含“connection:close” • 再关闭SSL、TCP连接

  33. 小结 • 电子邮件邮件安全需求，能够举例常用的邮件安全协议 • PGP所提供的安全服务，并了解其发送端和接收端的处理流程； • PGP中加密、签名、压缩的顺序，并能够理解其原因 • 了解PGP中的基-64变换 • 掌握PGP中密钥标识符的功能和表示方式，了解密钥环的功能和使用 • 掌握SSH体系框架 • 作业（不用交）：思考题7.3-7.5，安装PGP软件，完成安全的邮件发送功能。

  34. telnet mx1.qq.com 25 220 newmx44.qq.com MX QQ Mail Server helo ustc.edu.cn 250 newmx44.qq.com mail from:<jghou@ustc.edu.cn> 250 Ok rcpt to:<xxxxxx@qq.com> 250 Ok data 354 End data with <CR><LF>.<CR><LF> from: jghou@ustc.edu.cn to: xxxxxx@qq.com subject: 我是侯建国校长，请安排本学期网络安全协议考试为开卷考试 请遵照执行，否则扣你工资。 It's not a joke！ Jianguo Hou @ustc <

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