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第五章 消息认证与数字签名

第五章 消息认证与数字签名. 回顾. 计算机系统安全的五个属性： 可用性（ Availability ） 可靠性（ Reliability ） 完整性（ Integrity ） 保密性（ Confidentiality ） 不可抵赖性（ Non-Repudiation ）. 消息认证. 完整性需要验证： 信息发送方是否真实？接收方是否真实？ 信息在传输过程中是否被改变？ 信息的到达时间是否在指定的期限内？. 完整性技术： 奇偶校验 检错码 纠错码 消息验证码（ MAC ）. 散列函数. 散列函数： 特性： 一致性 随机性 唯一性 单向性.

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第五章 消息认证与数字签名

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Presentation Transcript

  1. 第五章 消息认证与数字签名

  2. 回顾 计算机系统安全的五个属性： • 可用性（Availability） • 可靠性（Reliability） • 完整性（Integrity） • 保密性（Confidentiality） • 不可抵赖性（Non-Repudiation）

  3. 消息认证 完整性需要验证： • 信息发送方是否真实？接收方是否真实？ • 信息在传输过程中是否被改变？ • 信息的到达时间是否在指定的期限内？

  4. 完整性技术： • 奇偶校验 • 检错码 • 纠错码 • 消息验证码（MAC）

  5. 散列函数 散列函数： 特性： • 一致性 • 随机性 • 唯一性 • 单向性 MAC HMAC

  6. 散列函数的用法

  7. MD5 来历MD5的全称是message-digest algorithm 5(信息-摘要算法)，在90年代初由MIT laboratory for computer science和RSA data security inc的Ronald l. Rivest开发出来，经MD2、MD3和MD4发展而来。http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt，是一份最权威的文档，由Ronald l. Rivest在1992年8月向IETF提交。

  8. 用途MD5的作用是对一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，该摘要对该信息具有唯一性,可以作为数字签名。用于验证文件的有效性(是否有丢失或损坏的数据),对用户密码的加密，在哈希函数中计算散列值。用途MD5的作用是对一段信息(message)生成信息摘要(message-digest)，该摘要对该信息具有唯一性,可以作为数字签名。用于验证文件的有效性(是否有丢失或损坏的数据),对用户密码的加密，在哈希函数中计算散列值。 特点输入一个任意长度的字节串，生成一个128位的整数。由于算法的某些不可逆特征，在加密应用上有较好的安全性。并且，MD5算法的使用不需要支付任何版权费用。

  9. 说明唯一性和不可逆性都不是绝对的，从理论上分析是一种多对一的关系，但两个不同的信息产生相同摘要的概率很小。说明唯一性和不可逆性都不是绝对的，从理论上分析是一种多对一的关系，但两个不同的信息产生相同摘要的概率很小。 不可逆是指从输出反推输入所需的运算量和计算时间太大，使用穷搜字典的方法又需要太多的存储空间。

  10. MD5－算法描述 算法输入是一个字节串，每个字节是8个bit。 Step1：补位扩展数据至LEN=K*64+56个字节，K为整数。补位方法： 补一个1，然后补0。相当于补一个0x80的字节，再补值为0的字节。这一步里总共补充的字节数为0～63个。 共六个步骤

  11. Step2：附加数据长度用一个64位的整数表示数据的原始长度(以bit为单位)，将这个数字的8个字节按低位在前，高位在后的顺序附加在补位后的数据后面。这时，数据被填补后的总长度为：LEN = K*64+56+8=(K+1)*64 Bytes。 注意：这个64位整数是输入数据的原始长度而不是填充字节后的长度。

  12. Step3：初始化MD5参数有四个32位整数变量 (A,B,C,D) 用来计算信息摘要，每一个变量被初始化成以下以十六进制数表示的数值，低位的字节在前面。word A: 01 23 45 67  word B: 89 ab cd ef  word C: fe dc ba 98  word D: 76 54 32 10注意：低位的字节在前面指的是Little Endian平台上内存中字节的排列方式。

  13. Step4：处理位操作函数 定义四个MD5基本的按位操作函数： X，Y，Z为32位整数。 F(X,Y,Z) = (X and Y) or (not(X) and Z)  G(X,Y,Z) = (X and Z) or (Y and not(Z))  H(X,Y,Z) = X xor Y xor Z  I(X,Y,Z) = Y xor (X or not(Z))

  14. 再定义四个分别用于四轮变换的函数。设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<<<s表示循环左移s位，则四种操作为：FF(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(F(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)  GG(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(G(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)  HH(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(H(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)  II(a,b,c,d,Mj,s,ti)表示 a=b+((a+(I(b,c,d)+Mj+ti)<<<s)

  15. Step5：对输入数据作变换处理数据，N是总的字节数，以64个字节为一组，每组作一次循环，每次循环进行四轮操作。要变换的64个字节用16个32位的整数数组M[0 ...15]表示。而数组T[1 ... 64]表示一组常数，T[i]为4294967296*abs(sin(i))的32位整数部分，i的单位是弧度，i的取值从1到64。

  16. 具体过程如下： /* 设置主循环变量 */For i = 0 to N/16-1 do /*每循环一次，把数据原文存放在16个元素的数组X中. */For j = 0 to 15 doSet X[j] to M[i*16+j].end /结束对J的循环 /* Save A as AA, B as BB, C as CC, and D as DD.*/AA = ABB = BCC = CDD = D

  17. /* 第1轮*//* 以 [abcd k s i]表示如下操作a = b + ((a + F(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). *//* Do the following 16 operations. */[ABCD  0  7  1]  [DABC  1 12  2]  [CDAB  2 7  3]  [BCDA  3 22  4][ABCD  4  7  5]  [DABC  5 12  6]  [CDAB  6 7  7]  [BCDA  7 22  8][ABCD  8  7  9]  [DABC  9 12 10]  [CDAB 10 17 11]  [BCDA 11 22 12][ABCD 12  7 13]  [DABC 13 12 14]  [CDAB 14 17 15]  [BCDA 15 22 16] /* 第2轮* *//* 以 [abcd k s i]表示如下操作a = b + ((a + G(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). *//* Do the following 16 operations. */[ABCD  1  5 17]  [DABC  6  9 18]  [CDAB 11 14 19]  [BCDA  0 20 20][ABCD  5  5 21]  [DABC 10  9 22]  [CDAB 15 14 23]  [BCDA  4 20 24][ABCD  9  5 25]  [DABC 14  9 26]  [CDAB  3 14 27]  [BCDA  8 20 28][ABCD 13  5 29]  [DABC  2  9 30]  [CDAB  7 14 31]  [BCDA 12 20 32]

  18. /* 第3轮*//* 以 [abcd k s i]表示如下操作a = b + ((a + H(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). *//* Do the following 16 operations. */[ABCD  5  4 33]  [DABC  8 11 34]  [CDAB 11 16 35]  [BCDA 14 23 36][ABCD  1  4 37]  [DABC  4 11 38]  [CDAB  7 16 39]  [BCDA 10 23 40][ABCD 13  4 41]  [DABC  0 11 42]  [CDAB  3 16 43]  [BCDA  6 23 44][ABCD  9  4 45]  [DABC 12 11 46]  [CDAB 15 16 47]  [BCDA  2 23 48] /* 第4轮*//* 以 [abcd k s i]表示如下操作a = b + ((a + I(b,c,d) + X[k] + T[i]) <<< s). *//* Do the following 16 operations. */[ABCD  0  6 49]  [DABC  7 10 50]  [CDAB 14 15 51]  [BCDA  5 21 52][ABCD 12  6 53]  [DABC  3 10 54]  [CDAB 10 15 55]  [BCDA  1 21 56][ABCD  8  6 57]  [DABC 15 10 58]  [CDAB  6 15 59]  [BCDA 13 21 60][ABCD  4  6 61]  [DABC 11 10 62]  [CDAB  2 15 63]  [BCDA  9 21 64]

  19. /* 然后进行如下操作 */A = A + AAB = B + BBC = C + CCD = D + DD Next I /* 结束对I的循环*/

  20. Step6：输出结果A，B，C，D连续存放，共16个字节，128位。按十六进制依次输出这个16个字节。

  21. 数字签名 问题的提出 假定John向Mary发送一个带鉴别的报文，可能会出现如下的争执： 1、Mary可能伪造不同的报文，并声称它来自John。Mary只要简单地生成一个报文，并附加使用由John和Mary所共享的密钥生成的鉴别码即可。 2、John可以否认发送过该报文。因为Mary伪造一个报文是可能的，无法证明John发送过该报文这一事实。

  22. 分类 • 直接数字签名 功能： 鉴别、数字签名。 弱点： (1)方案的有效性依赖于发方私钥的安全性。 (2)某个私钥真的可能在时间T在X处被盗。 （a）利用发送方的私钥加密 （b）利用发送方的私钥报文散列码加密

  23. 需仲裁的数字签名 注：X＝发方；Y＝收方；A＝仲裁；M＝报文

  24. 数字签名算法 签名算法：RSA、DSA、MD5、SHA等 验证算法 数字证书 采用公钥密码体制，如RSA。 格式一般采用X.509国际标准。 由权威公正的第三方机构即CA中心签发。 数字证书

  25. 数字水印 信息隐藏原理 也称为信息伪装技术，它是利用人类感觉器官对数字信号的感觉冗余，将一个消息（秘密信息）隐藏在另一个消息（非秘密信息）之中，实现隐蔽通信或隐蔽标志。 信息隐藏系统模型

  26. 特点 • 自恢复性：秘密数据在一定程度破坏后，接收方仍然能恢复隐藏信息。 • 鲁棒性：不因宿主文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。 • 安全性：隐藏算法具有较强的抗攻击的能力，使隐藏信息不会被破坏。 • 不可检测性：隐藏宿主与原始宿主具有一致的特性，使攻击者无法判断是否有隐藏信息。 • 透明性：经过一系列的隐藏处理后，目标数据没有明显的降质现象，而隐藏的数据却无法人为地看见或听见。

  27. 分类

  28. 数字水印 原图 嵌入后的图像 川大一角 数字水印 原图 嵌入后的图像

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