CAN201-网络安全1

迟然2025-01-062025-01-06

What is network security

网络安全的定义：
- 保密性（Confidentiality）：确保只有发送方和预期的接收方能够理解消息内容。发送方会对消息进行加密，接收方则进行解密。
- 身份验证（Authentication）：发送方和接收方都希望确认彼此的身份，以防止身份被伪造或冒用。
- 消息完整性（Message Integrity）：发送方和接收方希望确保消息在传输过程中或之后没有被篡改，并且能够检测到任何未经授权的修改。
- 访问和可用性（Access and Availability）：网络服务必须对用户是可访问和可用的，即要防止拒绝服务攻击等情况，确保服务能够正常提供。
相关角色：
- Alice和Bob：在网络安全的情境中，通常用Alice和Bob来代表希望进行安全通信的双方，例如进行电子交易的Web浏览器和服务器、网上银行的客户端和服务器、DNS服务器之间以及交换路由表更新的路由器等。
- Trudy：代表入侵者，可能会进行各种恶意行为，如窃听、插入消息、冒充、劫持连接以及拒绝服务攻击等。希望这个讲解能让你对网络安全的概念有更清晰的理解。如果你还有其他问题，请随时提问。

Principles of cryptography

密码学的基本概念：
- 加密和解密：加密是将明文消息转换为密文的过程，使用加密算法和加密密钥；解密则是将密文还原为明文的过程，使用相应的解密算法和解密密钥。
- 密钥：在对称密钥加密中，发送方和接收方共享相同的对称密钥；在公钥加密中，发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。
破解加密方案：
- 已知明文攻击：攻击者拥有与密文相对应的明文。
- 仅密文攻击：攻击者仅拥有密文并尝试进行分析。
- 选择明文攻击：攻击者可以选择明文消息并获取其对应的密文。常见的破解方法包括暴力破解（尝试所有可能的密钥）和统计分析。
对称密钥加密：
- 原理：发送方和接收方共享相同的对称密钥，例如在单字母替换密码中，密钥是字母的替换模式。
- 示例：凯撒密码是一种简单的对称密钥加密方法，它将明文中的每个字母按照固定的偏移量进行替换。
数据加密标准（DES）：
- 操作过程：包括初始置换、16 轮相同的函数应用（每轮使用不同的 48 位子密钥）和最终置换。
- 特点：是美国的加密标准，使用 56 位对称密钥对 64 位明文进行加密，采用块密码和密码块链接方式。然而，随着计算能力的提升，DES 的安全性受到挑战，如 DES 挑战中，56 位密钥加密的短语在不到一天的时间内被暴力破解。为了提高安全性，可以使用 3DES，即使用三个不同的密钥进行三次加密。
高级加密标准（AES）：
- 特点：是对称密钥的 NIST 标准，取代了 DES。它以 128 位数据块为单位进行处理，支持 128、192 或 256 位密钥。AES 的安全性较高，使用暴力破解的难度远大于 DES。
公钥加密：
- 原理：与对称密钥加密不同，公钥加密中发送方和接收方不共享秘密密钥。接收方有一个公钥，对所有人公开，用于加密消息；还有一个私钥，只有接收方自己知道，用于解密消息。
- 加密算法要求：需要满足特定的条件，即给定公钥 $K_{B}^{+}$ ，无法计算出私钥 $K_{B}^{-}$ ，并且使用公钥加密的消息可以通过私钥正确解密，反之亦然。
- RSA算法：是一种常用的公钥加密算法。其过程包括选择两个大素数 $p$ 和 $q$ ，计算 $n = pq$ 和 $z = (p - 1)(q - 1)$ ，选择与 $z$ 互质的 $e$ ，以及确定满足 $ed \bmod z = 1$ 的 $d$ 。公钥为 $(n, e)$ ，私钥为 $(n, d)$ 。加密时，计算 $c = m^{e} \bmod n$ ；解密时，计算 $m = c^{d} \bmod n$ 。RSA 算法的安全性基于大数分解的困难性。
RSA的实际应用：
- 会话密钥：由于 RSA 加密的指数运算计算量较大，在实际应用中，通常使用公钥加密来建立安全连接，然后双方交换一个对称会话密钥，用于后续的数据加密，因为对称加密在处理大量数据时速度更快。