协议安全技术(安全协议实例)专题培训课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,协议安全技术(安全协议实例),第,7,章 协议安全技术（安全协议实例）,Conclusions,How to use the SSL in your security architecture,How Does SSL work,？,The Architecture of SSL,What is SSL?,2025/12/12 周五,第,7,章 协议安全技术（安全协议实例）,Conclusions,How to use the SSL in your security architecture,How Does SSL work,？,The Architecture of SSL,What is SSL?,2025/12/12 周五,What is SSL,SSL:,S,ecure,S,ockets,L,ayer protocol,SSL is a secure protocol,between application layer and TCP layer,which provides confidential communication in un-secure network,2025/12/12 周五,ARP RARP,TCP,UDP,IP ICMP IGMP,SMTP,HTTP,TELNET,DNS,SNMP,应用层,传输层,网络层,网络接口层,回顾：,TCP/IP,协议栈,2025/12/12 周五,回顾：,TCP/IP,的安全性问题及其解决方法,ARP RARP,TCP,UDP,IP ICMP IGMP,SMTP,HTTP,TELNET,DNS,SNMP,应用层,传输层层,网络层,网络接口层,IP/IPSec,网络层安全,2025/12/12 周五,ARP RARP,TCP,UDP,IP ICMP IGMP,SMTP,HTTP,TELNET,DNS,SNMP,应用层,传输层层,网络层,网络接口层,SSl/TLS,SSL/TLS,传输层安全,回顾：,TCP/IP,的安全性问题及其解决方法,2025/12/12 周五,The Goals of SSL,Encryption,（加密）,SSL,被设计用来使用,TCP,提供一个可靠的端到端安全服务,为两个通信实体之间提供,保密性,完整性,验证,（身份鉴别,),密钥交换,Scalability,（可扩展性）,新的密钥算法可以容易的加入,Efficiency,（高效性）,减少对,CPU,的使用,透明性,对应用层透明,2025/12/12 周五,The Goals of SSL(Cont.),透明性,DH,RSA,DES,RC4,IDEA,SHA,.,应用程序,.,Telnet,HTTP,FTP,TCP,SPX,.,Internet,Ethernet,可靠传输协议,SSL,协议实现,应用协议,明文数据流,密文数据流,2025/12/12 周五,History of SSL,Netscape,公司于,1994,开发,SSL v2 released in 1995,SSL v3 also released in 1995 due to bugs in v2,1996,年,IETF,成立工作组,Transport Layer Security(,TLS,)committee,1999,年推出,TLS v1,TLS v1 was based upon SSLv3,2003,年推出,TLS,扩展,2006,年推出,TLS v1.1,2025/12/12 周五,Cryptographic Feature of SSL,连接是保密的，,对称加密算法,用于数据加密,实体,的身份通过,公钥加密算法,得到验证,连接是可靠的，加密的,消息摘要,用于保证消息的完整性,2025/12/12 周五,Data Encryption:,RC2-40,RC4-128,DES,DES 40,3DES,IDEA,Fortezza,Message Digest:,MD5,SHA.,Key Exchange.,RSA,Fixed,Diffie-Hellman,Ephemeral,Diffie-Hellman,Anonymous,Diffie-Hellman,Fortezza,Data Compression:,PKZip,WinZip,gzip,.,Cryptographic Feature of SSL,2025/12/12 周五,第,7,章 协议安全技术（安全协议实例）,Conclusions,How to use the SSL in your security architecture,How Does SSL work,？,The Architecture of SSL,What is SSL?,2025/12/12 周五,SSL,中的通信实体,通信实体,（,entity,）是指,SSL,的参与者,在,SSL v3,中定义了两个通信实体,客户,客户是协议的发起者,服务器,服务器是协议的响应者,SSL Server,（,SSL,服务器）,SSL Client,（,SSL,客户,）,2025/12/12 周五,SSL,的协议分层,IP,TCP,SSL Record Protocol,SSL Handshake Protocol,SSL Change Cipher Spec Protocol,SSL Alert Protocol,HTTP Protocol,握手协议：用来实现密钥交换和认证,记录层协议：用来安全传输数据,加密规约修改协议：启用新的密码参数,报警协议：报警和错误,2025/12/12 周五,一个问题,Question,：为什么在,SSL,中存在两层：记录层和握手层？,2025/12/12 周五,Key Terms of SSL,在,SSL,中，有几个关键概念；,SSL Session,（,SSL,会话）,SSL Connection,（,SSL,连接）,SSL Session State,（,SSL,会话状态）,SSL Connection State,（,SSL,连接状态）,2025/12/12 周五,SSL,会话,SSL session,（会话）,an association between client&server,（是客户和服务器之间的一个关联）,created by the Handshake Protocol,（通过握手协议来创建）,define a set of cryptographic parameters,（定义了一套加密参数）,may be shared by multiple,SSL connections,（可以被多个,SSL,连接共享）,2025/12/12 周五,SSL,连接,SSL connection,（连接）,a transient,peer-to-peer,communications link,（是一种通信实体具有对等关系的通信连接）,associated with,one,SSL session,（与一个,SSL Session,关联）,连接是瞬时的，用后即消失,2025/12/12 周五,连接,&,会话,会话是用来协商安全参数的（如加密算法等）,连接是用来安全传输应用程序数据的（如加密传送消息）,理论上，双方可以存在多个同时会话，但在实践中并未用到这个特性,在任意一对通信双方之间，也许会有多个安全连接,每个连接都只和一个会话相关,一个会话可能包含多个安全连接,会话定义了一组可以被多个连接共用的密码安全参数，对于每个连接，可以利用会话来避免对新的安全参数进行代价昂贵的协商,会话与连接的关系,2025/12/12 周五,连接,&,会话,会话与连接的关系,Connection,Session,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State,SSL session And Session States,（会话与会话状态）,Session States(,会话状态）：,标识一个具体的,SSL,会话的信息,客户和服务器必须存储已经建立的会话的及其响应会话状态的信息,会话状态信息供握手协议层使用,特别是恢复一个会话时,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State (Cont.),SSL Connection and Connection States,（连接与连接状态）,Connection States(,连接状态）,contains all the information in one specific connection,Only when the connection exists,the connection states will be remembered,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State (Cont.),Information of Session States,（内容）,Session Identifier(,会话标识符）,The X.509 certificates of Peer Certificate Server(Client),（客户或服务器的,X.509,证书，如果不需要验证，则该信息为空）,Compression Methods,（压缩算法）,Cipher Spec,（握手协议已经协商的一套加密参数）,对称加密算法,MAC,算法,加密属性（包括,Hash,长度等）,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State (Cont.),Connection States includes,（内容包括）：,Server and client randoms:,本次连接的随机数（包括客户和服务器的）,Server write MAC secrete(,服务器,MAC,计算密钥）,：服务器对要发送的数据进行,hash,运算的,秘密值,，它也是客户接收时进行,Hash,运行的秘密值,Client write MAC secrete,（客户端,MAC,计算密钥）,：客户对要发送的数据进行,Hash,运算的秘密值,它也是服务器接收数据时进行,hash,运算的秘密值,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State (Cont.),Server write key,（服务器发送数据的加密密钥）,：服务器用来加密数据、客户用来解密数据的对称加密密钥,Client write key,（客户端发送数据的加密密钥）,：客户用来加密、服务器用来解密的对称加密密钥,Initialization Vectors(IV),：采用密码反馈模式是的初始化向量,Sequence Vectors,：客户,/,服务器为其在一个连接中发送和接收消息分配的序列号,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State (Cont.),Write Key,（实际就是会话密钥）,Client,Server,Client,Server,Key1,（,M1,）,Key2,（,M2,）,One Connection,2025/12/12 周五,SSL,Session&Session State (Cont.),MAC Secrete,（实际就是,MAC,运算的秘密值）,Client,Server,Client,Server,HAC,（,S1,，,M1,）,HAC,（,S2,，,M2,）,One Connection,2025/12/12 周五,建立在可靠的传输协议（如,TCP,）基础上,提供连接安全性,保密性：使用,对称加密算法,完整性：使用,HMAC,算法,SSL Record protocol Layer,2025/12/12 周五,根据当前会话状态，给出压缩算法，,Cipher Spec,给出对称加密算法、,MAC,算法、密钥长度、,Hash,长度、,IV,长度，以及连接状态中给出的,Client,和,Server,的随机数、加密密钥、,MAC,秘密值、,IV,，消息序列号等，,对将要传送的数据实施以下操作,：,压缩,/,解压,加密,/,解密,MAC,计算,/MAC,校验,SSL Record protocol Layer(Cont.),2025/12/12 周五,用来封装高层的协议,Change Cipher Spec protocol,Alert protocol,Handshake protocol,Application protocol(HTTP,FTP,TELNET,et al),SSL Record protocol Layer(Cont.),2025/12/12 周五,Change Cipher Spec(Cont.),Question,：在,Change Cipher Spec,中，提到如果发送该消息后，将使用新的加密、压缩和,MAC,算法，请问：它和以前的这些信息是一个什么关系,(,换句话说，握手层协商的加密参数等何时对记录层生效）,?,Answer:SSL,使用另外两个状态来管理这种关系,预备状态,当前操作状态,2025/12/12 周五,Pending State,（预备状态）,用来保存握手协议协商的密码信息（如压缩、加密、计算,MAC,的算法以及密钥等）,Current State,（当前状态）,用来保存记录层正在使用的密码信息（如压缩、加密、计算,MAC,的算法以及密钥等）,Change Cipher Spec(Cont.),2025/12/12 周五,SSL Client,SSL Server,SSL Record Protocol,当前状态,当前状态,SSL Handshake Protocol,SSL Change Cipher Spec Protocol,预备状态,预备状态,SSL Record Protocol,当前状态,当前状态,Change Cipher Spec(Cont.),2025/12/12 周五,Alert Protocol,：,SSL,警报协议,用于将,SSL,握手或者数据加密等过程有关的告警传输给对方，向对方发出警告或者中止当前连接,根据错误程度，,Alert,消息分为两类：,警告消息,（,warning Msg,）和,致命消息,（,Fatal Msg,）,致命消息将导致连接被立即中止，并将与这个连接相关的会话（会话标识符）作废，以免这个会话被继续用来建立新的连接,Alert protocol,2025/12/12 周五,Alert protocol(Cont.),根据功能，,Alert,消息被分为两类：,Close_Notify,和,Error Alerts,Close_Notify:,通知对方关闭该连接,Alert Error,：通知对方关闭该连接,区别：,前者关闭的连接可以被恢复,后者不能,Alert,消息被加密传输,2025/12/12 周五,警告消息,（,Warning Msg,）,结束通知,无证书,证书出错,不支持的证书,证书撤销,证书过期,未知证书,Alert protocol(Cont.),2025/12/12 周五,Alert protocol(Cont.),致命消息,（,Fatal Msg,）,意外消息,MAC,记录出错,解压失败,握手失败,非法参数,2025/12/12 周五,警报协议格式,Level,Alert,字段取值,含义,Level,1,警告,2,SSL,即将关闭,Alert,xx,均为严重警告消息,yy,Alert protocol(Cont.),2025/12/12 周五,应用层协议,加密传输,不透明的内容（大于,1,字节）,Application protocol,2025/12/12 周五,第,7,章 协议安全技术（安全协议实例）,Conclusions,How to use the SSL in your security architecture,How Does SSL work,？,The Architecture of SSL,What is SSL?,2025/12/12 周五,发方,Step 1,分片：从上层接收任意大小的数据块（,Records,）,Step 2,压缩：用当前会话状态中给出的压缩算法明文结构,SSLPlaintext,压缩为压缩记录,SSLCompressed,Step 3 MAC,计算：用当前会话状态中指定的,MAC,算法对,SSLCompressed,计算消息摘要,Step 4,机密：用加密算法加密压缩数据和消息摘要，形成密文结构,SSLCiphertext,Step 5,封装发送：将数据封装为可靠传输层协议的数据包，并发送到可靠传输层协议,Working Process of Record layer,2025/12/12 周五,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,第一步：分片,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,无损压缩,不会增加,1024,字节,以上长度的内容,(,短消息）,没有默认压缩算法,第二步：压缩,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,消息摘要计算,第三步：,MAC,计算,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,消息摘要计算,第四步：加密,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,SSL,协议头,消息摘要计算,第五步：封装发送,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,练习,请给出记录层收方的工作流程,2025/12/12 周五,Working Process of Record layer(Cont.),2025/12/12 周五,问题,Question,：,Record protocol layer,中使用的密码及相关信息如何得到？,Answer,：由,handshake protocol,协商并进一步计算得到,。,2025/12/12 周五,握手协议,握手协议时,SSL,中最复杂的部分,此协议允许客户端和服务器相互认证、协商加密和,MAC,算法，保护数据使用的密钥通过,SSL,记录传递,握手协议在传递应用程序数据之前使用,Handshake protocol,2025/12/12 周五,握手协议层的功能,客户和服务器之间相互鉴别,协商密钥交换算法,协商加密算法和密钥,协商压缩算法,生成密钥,完成密钥交换,Handshake protocol,功能回顾,2025/12/12 周五,使用三个协议,SSL Handshake protocol,核心协议,SSL Change Cipher Spec,改变参数时使用,SSL Alert protocol,出现错误时使用,Handshake protocol,使用的协议,2025/12/12 周五,握手协议建立一个会话或者恢复一个会话,握手协议中每次握手都会生成新的密钥，,MAC,秘密值和初始化向量等。,Client,和,Server,之间要建立一个连接，必须进行握手过程，每次握手都会存在一个会话和一个连接，连接一定是新的，但会话可能是已经存在的。,Handshake protocol,的作用,2025/12/12 周五,握手协议本质上是一个,密钥交换协议,，但它也包含认证功能，因此可以视为认证和密钥交换协议,握手协议主要由四个过程组成,建立安全能力,服务器认证和密钥交换,客户端认证和密钥交换,完成,Question,：为什么需要服务器密钥交换和客户端密钥交换两个过程？,Answer,：因为,SSL,在同一个连接的两个方向采用不同的密钥,Handshake protocol,的本质,2025/12/12 周五,Client,Server,ClientHello-,ServerHello,-,Handshake protocol,的第一步,第一步完成：,（,1,）客户告诉服务器自己的要求或能力,（,2,）服务器按照自己的要求或能力选择并回应客户,2025/12/12 周五,Client,Server,Certificate*,ServerKeyExchange*,CertificateRequest*,Handshake protocol,的第二步,第二步完成（服务器）：,（,1,）向客户证明自己的身份,（,2,）完成密钥交换,（,3,）向客户提出自己的认证要求（可选）,（,4,）告诉客户自己本阶段结束,第二步完成（客户）：,（,1,）向服务器证明自己的身份（可选）,（,2,）完成密钥交换,（,3,）向服务器发送自己的,认证校验信息,（可选）,（,4,）告诉服务器自己本阶段结束,2025/12/12 周五,Client,Server,ChangeCipherSpec,Finished -ChangeCipherSpec,ServerHello,-,Handshake protocol,总结,Certificate*,ServerKeyExchange*,CertificateRequest*,ChangeCipherSpec,Finished -ChangeCipherSpec,服务器）,The Client Hello message,(a)SSL Version(highest)that is understood by the client.,（,SSL,版本号,）,(b)A Random number to compute the secret key,（,随机数,，防重放攻击，记为,ClientHello.random,）,(c)Session Identifier,（,会话标识,）,0,：新建一个会话和连接,非,0,：在已有会话上建立连接,(d)Data Encryption to identify the encryption methods available to the Client,（,密码组,），包括两个部分,密钥交换算法（,Key Exchange,）,密码规范（,cihper Spec,）,(e)Data Compression method for message exchange,（,压缩方法,）,2025/12/12 周五,Server Hello,(a)SSL Version(highest)that is understood by the client.,（,SSL,版本号,）,(b)A Random number to compute the secret key,（,随机数,，防重放攻击，记为,ServerHello.random,）,(c)Session Identifier,（,会话标识,）,(d)Data Encryption to identify the encryption methods,（,密码组,）,(e)Data Compression method for message compression,（,压缩方法,）,SSL Client,SSL Server,Port 443,第一阶段：建立安全能力（服务器,-,客户）,The Server Hello message,2025/12/12 周五,问题,两个遗留问题：,（,1,）消息如何产生,（,2,）哪些密码参数？,2025/12/12 周五,问题,客户端根据自己的实际情况构建,client Hello message,Question:How does the server compute the server hello message and send to client?,Answer:,a.SSL Version?,The highest the client available,b.A Random number to compute the secret key?,Server generate it and it is independent of clients number,c.Session Identifier,（会话标识）,?,If the clients identifier is not 0 then the same as clients,else,generate a new identifier,d.Data Encryption to identify the encryption methods?,The one chose from clients encryption methods list.,e.Data Compression method for message compression?,The one chose from clients compression methods list,.,问题,1,：消息如何产生,2025/12/12 周五,密钥交换算法,:,1 RSA,密钥交换协议 客户端用服务器的,RSA,公钥加密的密钥（此时，客户端必须拥有服务器的公钥证书）,2 DH,密钥交换协议,3 Fortezza,密钥交换协议,问题,2,：密码参数,压缩算法,密码规范,(CipherSpec),（,1,）固定,DH,：包含认证中心签发的,Diffie-Hellman,公钥参数的服务器证书（公钥证书包含客户端,Diffie-Hellman,公钥参数，该参数由客户端在证书数中提供，或者在密钥交换消息中提供）,（,3,）匿名,DH,：使用基本的,Diffie-Hellman,（,2,）瞬时,Diffie-Hellman:,此技术用来创建一次性密钥。在这种情况下，,Diffie-Hellman,公钥在交换时使用服务器的,RSA,或者,DSS,私钥签名，客户端使用服务器的相应公钥验证签名,密码算法,MAC,算法密码类型：流密码或者分组密码是否可出口（只在美国以外使用）,MAC,长度密钥材料,IV,大小,2025/12/12 周五,问题（续）,Question,：,Why does SSL use three kind of DH algorithms?,Answer:Provides different security abilities,瞬时,DH,安全最高,匿名,DH,安全性最差，容易受到中间人攻击,2025/12/12 周五,Client Hello,SSL Client,SSL Server,Server Hello,握手协议工作过程第一步,2025/12/12 周五,握手协议工作过程第二步,如果需要对客户端进行认证，服务器开始发送自己的证书消息等。该过程一般包含四条消息：,证书消息（,Certificate,）,服务器密钥交换消息（,Server_Key_Exchange),客户端证书请求消息（,Certificate_Request),服务器结束消息（,Server_Hello_Done,),2025/12/12 周五,第二阶段：服务器认证和密钥交换（服务器,-,客户）,Certificate,The server Identifier information,A Digital Certificate of the sever information encrypted with the,CAs,Private Key,（也可能是一组证书）,.,This contains the servers Public Key,（,包含服务器公钥,）,说明：,服务器证书消息是服务器向客户端传送自己的证书，使得客户端知道服务器的公钥以及其他信息。,SSL Client,SSL Server,Port 443,The Server Certificate message,2025/12/12 周五,Server_key_Exchange,The Certificate type to indicate the type of public key,The Certificate Authority is a list of distinguished names of Certificate Authorities acceptable to the Server,说明：,（,1,）服务器密钥交换消息用来向客户端发送服务器自己的密钥信息,（,2,）,The Server Key exchange message,不是必须的,如果使用了固定,Diffie-Hellman,或者,RSA,密钥交换，则不需要。,反之，如果使用匿名,Diffie-Hellman,、瞬时,Diffie-Hellman,、,Fortzza,或者服务器在使用,RSA,时仅用了,RSA,签名密钥。,RSA,：在第一阶段包含了服务器的公钥,固定,DH,：由于在固定,DH,中，服务器在第一阶段发送的证书消息中包含了服务器自己的公钥,SSL Client,SSL Server,Port 443,第二阶段：服务器认证和密钥交换（服务器,-,客户）,Server Key exchange message,2025/12/12 周五,Certificate_Request,The Certificate type to indicate the type of public key(,证书类型,),（,1,）,RSA,（,2,）,DSS,（,3,）,Diffie-Hellman,.,The Certificate Authority is a list of distinguished names of Certificate Authorities acceptable to the Server(,认证中心,CA,列表）,服务器可以接受的认证中心列表,说明：,如果服务器不使用匿名,Diffie-Hellman,，则客户端证书请求消息是必须的。它的目的是要求客户端向自己发送证书等消息，以便进行认证。,SSL Client,SSL Server,Port 443,第二阶段：服务器认证和密钥交换（服务器,-,客户）,The Client Certificate Request message,2025/12/12 周五,Server _Hello_Done,表明服务器的,hello,和相关信息结束,在此消息之后，服务器将等待客户端的应答,SSL Client,SSL Server,Port 443,第二阶段：服务器认证和密钥交换（服务器,-,客户）,Server Done,message,2025/12/12 周五,SSL Client,SSL Server,Server Certificate,Client Certificate Request,Server Done Message,Server_key_Exchange,第二阶段：服务器认证和密钥交换（服务器,-,客户）,总结,2025/12/12 周五,第三阶段：客户机验证和密钥交换,在接收到服务器完成消息之后,如果请求了证书，客户端需要验证服务器是否提供了合法的证书,检查,server_hello,参数是否可以接受,如果所有条件满足，则客户端向服务器发回一个或者多个消息：,1,）客户端证书消息（,Certificate),：如果服务器请求了证书，必须有该消息,2,）客户端密钥交换消息,(Client_Key_Exchange),：必须发送,3,）客户端证书校验消息（,Ceritificate_Verify),：可以发送,(,便于服务器验证自己的证书）,2025/12/12 周五,Certificate,The Client Identifier information,A Digital Certificate of the client information,说明：,如果服务器请求了证书，但是客户端没有合适的证书，则发送”无证书警报“消息,SSL Client,SSL Server,Port 443,第三阶段：客户机验证和密钥交换（客户,-,服务器）,Client Certificate,message,2025/12/12 周五,Client Key Exchange,The encrypted session key which will serve as a pre-master secret key encrypted with the servers public key.,说明：,如果是,RSA,，该消息包含客户端生成的,48,字节的,次密钥,（,pre-master secret key,），并使用服务器证书中的公钥或者服务器密钥交换消息中的,临时,RSA,密钥加密,，它用于生成,主密钥,（,master secret key,）,如果是,Diffie-Hellman,，该消息包含客户端的,Diffie-Hellman,公钥参数,如果是,Fortezza,，则包含客户端的,Fortezza,参数,SSL Client,SSL Server,Port 443,第三阶段：客户机验证和密钥交换（客户,-,服务器）,Client Key Exchange message,2025/12/12 周五,Certificate_Verify,说明：,Hash,签名很复杂，它对签名的所有消息即密钥信息等进行,Hash,运算，并用自己的私钥加密，从而即是有人盗用了客户端证书，也无法发送该证书验证消息,The Certificate Verify Message is composed of the,Hash value,of the clients certificate.,SSL Client,SSL Server,Port 443,第三阶段：客户机验证和密钥交换（客户,-,服务器）,Certificate Verify Message,2025/12/12 周五,SSL Client,SSL Server,Certificate,Client Key Exchange,Certificate_Verify,第三阶段：客户机验证和密钥交换（客户,-,服务器）,总结,2025/12/12 周五,第四阶段：完成,此阶段完成安全连接的设置，主要包含以下消息：,客户：,1,）客户端发送的修改密码规范消息（,Change_Cipher_Spec),2,）客户端发送的完成消息（,Finished),服务器,3,）服务器发送的修改密码规范消息（,Change_Cipher_Spec),4,）服务器发送的完成消息（,Finished),2025/12/12 周五,Change_Cipher_Spec,说明：,该消息不是握手协议的一部分，是使用修改密码规范协议来完成的,.,它通知服务器启用新的密钥和算法。,在此之后，客户端使用新的算法、密钥和密码发送新的完成消息,SSL Client,SSL Server,Port 443,The,Clients Change cipher spec,第四阶段：完成（客户,-,服务器）,2025/12/12 周五,The Client Finish message is composed of,The client authenticates the server with a message encrypted wi