安全协议
- 安全协议概述
- 安全协议分类
- IPSec
- IPSec安全协议
- IPSec架构
- IPSec封装模式
- AH协议
- ESP协议
- SET协议
- SET协议电子交易模型
- SET协议安全目标
- 认证中心CA
安全协议概述
- 安全协议是信息交换安全的核心,它在网络不同层次上、针对不同应用,通过对各种密码学技术的应用与结合,为网络传输协议增加安全算法协商和数据加/解密等安全机制,从而实现信息交换的安全性。
- 数据交换中的机密性、完整性、真实性和不可否认性主要通过密码技术实现。通信双方需要在数据交换之前采用加密算法、签名算法和密钥交换算法等问题进行协商,并达成一致;在数据交换过程中通信双方按所达成的协议进行加密和认证处理,以保证信息交换的安全性。
安全协议分类
- 按网络体系结构层次划分,安全协议可分为:
- 链路层安全协议:局域网安全协议IEEE 802.10、虚拟局域网VLAN协议IEEE 802.1Q、点对点隧道协议PPTP、L2TP等。
- 网络层安全协议:IP安全协议IPsec等。
- 传输层安全协议:安全套接层协议SSL等。
- 应用层安全协议:安全电子邮件协议PGP、PEM、S-MIME,安全超文本传输协议S-HTTP、安全电子交易协议SET、安全电子付费协议SEPP等。
IPSec
- IPSec是一种开放标准的网络层安全框架结构,通过使用加密为基础的安全服务以确保在IP网络上进行安全通信。比如,Windows系列用的就是IETF IPSec 工作组开发的标准。
- 安全:IPSec是IETF的IPSec小组建立的一组IP安全协议集。IPSec定义在网际层使用的安全服务,其功能包括数据加密、对网络单元的访问控制、数据源地址验证、数据完整性检查和防止重放攻击。
- 协商:IPSec的安全服务要求支持共享密钥。其必须支持手工输入密钥的方式,目的是保证IPSec协议的互操作性。同时,也引入密钥管理协议(Internet密钥交换协议——IKE),该协议可以动态认证IPSec对等体,协商安全服务,并自动生成共享密钥。
- IPSec有两个安全目标:
- 保护IP数据包的内容
- 通过数据包筛选和受信任通信来抵御网络攻击
- IPSec协议工作在网络层,使其在单独使用时可以同时保护基于TCP或UDP的协议数据。与传输层或更高层的安全协议相比,IPsec协议提供的安全保护更为基础;但它必须处理可靠性和分片的问题,同时也增加了复杂性和处理开销。
IPSec安全协议
IPSec架构
IPSec(Internet Protocol Security)是一种用于保护网络通信的安全协议套件。它通过提供加密、身份验证和完整性保护等功能,确保数据在传输过程中的机密性、完整性和可信性。
IPSec的架构包括以下几个主要组件:
-
安全关联IPSec安全联盟SA(Security Association):SA是IPSec通信的安全参数集合,包括加密算法、身份验证方法、密钥管理和安全参数的生命周期等。
- 每个SA都有唯一的标识符,用于识别通信中使用的安全参数。
- 安全联盟是IPSec的基础, 是通信双方建立的一种协定,决定了用来保护数据包的协议、转码方式、密钥以及密钥有效期等。AH和ESP都要用到安全联盟,IKE的一个主要功能就是建立和维护安全联盟。
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访问控制列表(Access Control List,ACL):ACL用于确定哪些数据包需要进行IPSec处理。它可以基于源IP地址、目标IP地址、协议类型等条件来匹配数据包,并指定相应的IPSec策略。
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安全策略数据库(Security Policy Database,SPD):SPD用于存储与IPSec相关的安全策略信息,包括SA的参数、ACL规则等。它决定了数据包的处理方式,即是否需要进行IPSec保护。
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安全关联数据库(Security Association Database,SAD):SAD用于存储已建立的SA的信息,包括标识符、加密算法、密钥等。在数据包传输过程中,根据SA的标识符可以找到相应的安全参数。
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密钥管理协议(Key Management Protocol):密钥管理协议用于生成、分发和更新IPSec通信所需的密钥。常见的密钥管理协议有Internet Key Exchange(IKE)和Internet Security Association and Key Management Protocol(ISAKMP)。
IPSec可以运用于IP层或者在IP层之上的传输层,提供对IP数据包的安全保护。它可以用于虚拟私有网络(VPN)、远程访问控制、数据中心互连等场景,保障网络通信的安全性和机密性。
IPSec封装模式
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隧道模式(Tunnel Mode):用户的整个IP数据包被用来计算AH或ESP头,AH或ESP头以及ESP加密的用户数据被封装在一个新的IP数据包中。通常,隧道模式应用在两个安全网关之间的通信。
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传输模式(Transport Mode):只是传输层数据被用来计算AH或ESP头,AH或ESP头以及ESP加密的用户数据被放置在原IP包头后面。通常,传输模式应用在两台主机之间的通信,或一台主机和一个安全网关之间的通信。
AH协议
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AH(Authentication Header) 协议:AH用来向IP数据包(IP 报头+数据负载)提供身份验证、完整性与抗重播攻击。但不提供机密性,即它不对数据进行加密。数据可读,但禁止修改。AH使用哈希算法签名数据包。
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例如,使用计算机 A 的 Alice 将数据发送给使用计算机 B 的 Bob。IP 报头、AH 报头和数据的完整性都得到保护。这意味着 Bob 可以确定确实是 Alice 发送的数据并且数据未被修改。
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AH被置于IP报头与IP负载之间。在IP 报头的协议字段使用 51 来标识AH。AH可以独立使用,也可以与ESP协议组合使用。
字段 | 描述 |
---|---|
Next Header | 使用IP协议字段的协议标识符来标识IP负载 |
AH Length | 表示AH报头的长度 |
Reserved | 保留字段 |
SPI | 安全参数索引,与目标地址及安全协议(AH或ESP)组合使用,以确保通信的正确安全关联 |
Sequence Number | 用于该数据包的抗重放攻击 |
Authentication Data | 身份与完整性认证数据 |
ESP协议
- ESP(Encapsulated Security Payload) 协议:ESP封装安全负载协议是IPsec体系结构中另一个主要协议,它提供IP层加密和验证数据源,以抵御网络监听,保证机密性。
- 因为AH虽然可以保护通信免受篡改,但并不对数据进行加密。
-
ESP通过加密需要保护的数据以及在ESP的数据部分放置这些加密的数据来提供机密性,且其加密采用对称密钥加密算法。
- 传输模式:ESP头放置在IP头之后、上层协议头之前(IP数据负载部分之前),加密一个传输层的段(如:TCP、UDP、ICMP、IGMP)
- 隧道模式:ESP头在被封装的IP头之前,加密一整个的IP 数据报
-
封装受保护数据可以为整个原始数据报提供机密性。
-
IANA分配给ESP的协议标识值为50,在ESP头前的协议头总是在“next head”字段(IPv6)或“协议”(IPv4)字段里包含该值 50。
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ESP提供机密性、数据起源验证、无连接的完整性、抗重放和有限业务流机密性。ESP可以独立使用,也可与 AH 组合使用。
字段 | 描述 |
---|---|
SPI | 安全参数索引(32位),用来标识处理此数据包的特定安全关联 |
Sequence Number | 序号(32位),用于抵抗重放攻击的唯一、递增序号 |
受保护数据 | 通过加密保护的传输层协议内容(传输模式)或IP包(隧道模式) |
填充 | 用于满足加密算法对明文长度要求、保证填充长度字段和下一个头字段排列、提供部分业务流机密性 |
填充长度 | 填充字节的数量(8位)。 |
下一个头 | 标识受保护数据的协议标识,如上层协议标识符(8位)。 |
验证数据 | 包含完整性校验值(ICV)的可变长度字段,用于验证数据完整性。 |
- 验证数据(可变):完整性检查值。验证数据是可变长字段,它包含一个完整性校验值(ICV),ESP分组中该值的计算不包含验证数据本身。字段长度由选择的验证函数指定。验证数据字段是可选的,只有安全联盟SA选择验证服务,才包含验证数据字段。验证算法规范必须指定ICV长度、验证的比较规则和处理步骤。
SET协议
- 电子交易安全性一直是影响电子商务发展的主要因素之一。在开放式网络环境下, 交易过程所涉及的商业信息、个人隐私和支付资金如果不能得到有效的保护, 以电子支付为基础的网上交易就不可能得到真正的发展。
- SET(Security Electronic Transaction)是由世界两大信用卡组织Visa和Master Card联合Netscape、Microsoft等公司,于1997年6月1日推出的,基于RSA不对称密钥算法的安全电子交易标准。
- SET是以信用卡支付为基础, 在Internet上实现安全电子交易的技术协议和系统规范。该协议得到了IBM、微软、AOL、GTE、SAIC等众多公司的支持和IETF标准的认可, 是构建安全电子支付系统和网上交易环境的重要标准之一。
SET协议电子交易模型
- 基于SET的电子交易与传统信用卡购物在交易流程上十分相似,但实施过程是在Internet上进行。数据传输和交易安全遵循SET规范。
- 在SET协议电子交易模型图中,连接各交易角色的实线代表Internet,虚线代表专用网。
- 交易前,买方应在发卡银行开设信用卡帐户,获取信用卡,并向认证中心注册签证,成为电子交易的合法用户。卖方应与信用卡收单银行签约,并取得认证中心的电子证书, 成为Internet上提供商品或服务的可信商家。
- 交易时,用户通过Internet在商家Web上浏览产品目录、选择购买商品,并将定单填好、确认后连同付款指令发送给商家。其中,用户要对付款指令中的信用卡帐户信息用自己的公开密钥进行加密(以保证商家无法看到),并对全部信息进行加密和数字签名(对摘要),以保证定单和付款指令的安全性和有效性。
- 商家收到订单和付款指令后,验证用户身份并解密取出定单信息,再将用户公钥加密的帐户信息加密和数字签名后,发送给认证中心。
- 认证中心验证商家身份并初次解密后,将信息与Internet隔绝,用用户的私有密钥再次解密,从而获得用户信用卡帐户的明文信息,然后通过专线发送给收单银行。
- 收单银行根据收到的付款信息,通过金融专用网络向发卡银行发出付款认证要求,发卡银行将认证结果传回收单银行。收单银行将认证结果加密和数字签名后传回商家。
- 商家验证收单银行身份并解密取出认证结果后,将交易是否成功的消息加密和数字签名后发送给用户。用户验证商家身份并解密,可得到交易是否成功的确认。
- 若交易成功,商家发送商品或提供服务,然后通知收单银行请求支付,收单银行将相应款项从发卡银行用户帐户中解付到商家帐户上,从而完成了一次电子交易过程。
SET协议安全目标
- SET协议规定电子交易时证书信息、购买信息、认可信息及划帐信息的格式和实体间消息的传输协议,为不同交易软件遵循相同的传输协议和消息格式,具有兼容性和互操作性提供保证。
- 基于SET协议的电子交易系统可实现以下安全目标:
- 信息传输的安全性:信息在Internet上安全传输, 不会被窃取或篡改。
- 用户资料的安全性:商家只能看到定单, 不能看到帐户信息。
- 多方认证:解决交易中用户支付能力、商家信誉度和通信双方身份确认等一系列认证问题。
认证中心CA
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为实现这些安全目标,SET协议引入认证中心,作为整个交易体系的核心。
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认证中心CA(Certificate Authority),是电子交易中受信任的第三方机构,负责生成、颁发、撤销和管理证书,提供对各个交易实体身份和密钥的认证。
-
根据国际电信联盟制定的X.509 标准为电子交易系统中的各个实体颁发证书。X.509证书包含版本号、证书序列号、证书有效期限、拥有者的唯一标识名、拥有者的公开密钥信息、CA的唯一标识名、CA的数字签名与签名算法等内容(见PKI证书格式)。
AttributeCertificate ::= SEQUENCE {acinfo AttributeCertificateInfo,signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,signatureValue BIT STRING}AttributeCertificateInfo ::= SEQUENCE {version AttCertVersion, --version is v2,holder Holder,issuer AttCertIssuer,signature AlgorithmIdentifier,serialNumber CertificateSerialNumber,attrCertValidityPeriod AttCertValidityPeriod,attributes SEQUENCE OF Attribute,issuerUniqueID UniqueIdentifier OPTIONAL,extensions Extensions OPTIONAL}
- 在SET协议下,不同的CA结点构成多个信任层次,呈树型结构。如果通信实体对签发证书的CA结点本身不信任,可通过回溯祖先结点的方法向上层CA验证该CA结点的身份,以确定证书的有效性,依此类推,可一直追溯到公认权威的Root CA处。
- 不同层次的CA结点之间,也可通过回溯共同祖先结点的方法进行相互认证。这样,SET协议下电子交易系统中的各种实体或角色包括CA自身都能够通过证书予以认证。