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安全性和保密性设计(四)安全协议

一、IPSec 协议简述

在TCP/P协议中,对IP数据包没有提供任何安全保护,攻击者可以通过网络嗅探、IP 欺骗、连接截获等方法来攻击正常的TCP/IP通信。因此,通信过程中会存在以下危险:数据并非来自合法的发送者、数据在传输过程中被非法篡改、信息内容已被人窃取等。

为了确保在 P 网络上进行安全保密的通信,IETF 制定了一套开放标准的网络安全协议 Ipsec (IP Security)。该协议把密码技术应用在网络层,以向信息的发送方和接收方提供源地址验证、数据传输的完整性、存取控制、保密性等安全服务,保护通信免遭窃听、抵御网络攻击,而且更高层的应用层协议也可以直接或间接地使用这些安全服务,为其上层协议如 TCP、UDP 等提供透明的安全保护服务,在 Internet 这样不安全的网络中为通信提供安全保证。

在 IPv6 中,Ipsec 协议是一个必备的组成部分,被强制实施;在 IPv4 中,它是一个可选的扩展协议。

由于 Internet 等网络具有公共特性,因此在通信过程中难以确认传输媒介是安全的,所以要进行安全的通信,则通信数据必须经过加密。Ipsec 协议对数据的加密以数据包而不是整个数据流为单位,这不仅非常灵活,也有助于进一步提高 P 数据包的安全性。

Ipsec 协议的基本工作原理是:发送方在发送数据前对数据实施加密,然后把密文数据发送到网络中去,开始传输。在整个传输过程中,数据都是以密文方式传输的,直到数据到达目的节点,才由接收方对密文进行解密,提取明文信息。

PSec 协议对网络层的通信使用了加密技术,它不是加密数据包的头部和尾部信息(如源地址、目的地址、端口号、CRC 校验值等),而是对数据包中的数据进行加密。由于加密过程发生在 IP 层,因此可在不改变 HTP 等上层应用协议的情况下进行网络协议的安全加密,为通信提供透明的安全传输服务。

Ipsec 协议中使用端到端的工作模式,掌握加密、解密方法的只有数据的发送方和接收方,两者各自负责相应的数据加密、解密处理,而网络中其他节点只负责转发数据,无须支持 Ipsec,从而可以实现加密通信与传输媒介无关,保证机密数据在公共网络环境下的适应性和安全性。因此,Ipsec 可以应用到非常广泛的环境中,能为局域网、拨号用户、远程站点、Internet 之上的通信提供强有力的保护,而且还能用来筛选特定数据流,还可以用于不同局域网之间通过互联网的安全互联

Ipsec 协议不是一个单独的协议,它包括应用于 P 层上网络数据安全的一整套协议,主要包括 AH (Authentication Header, IP 认证头部协议)、ESP (Encapsulating Security Payload,封装安全负载协议)、IKE (Internet Key Exchange, Internet 密钥交换协议)和用于网络认证及加密的一些算法等。

AH 提供数据的完整性和认证,但不包括保密性;而 ESP 原则上只提供保密性,但也可在 ESP Header 中选择适当的算法及模式来实现数据的完整性和认证。AH 和 ESP 可分开使用也可一起使用。IKE 则提供加密算法、密钥等的协商。

二、SSL 协议

SSL 是用于安全传输数据的一种通信协议。它米用公钥加密技术、对称密钥加密技术等保护两个应用之间的信息传输的机密性和完整性。但是,SSL 也有一个不足,就是它本身不能保证传输信息的不可否认性。

SL 协议包括服务器认证、客户认证、SSL 链路上的数据完整性、SSL 链路上的数据保密性等几个方面,通过在浏览器和 Web 服务器之间建立一条安全的通道来保证 Internet 数据传递的安全性。目前,利用公钥加密的 SL 技术,已经成为 Internet 上进行保密通信的工业标准。SSL 协议常常用于增强 Web 服务的安全性。

在 TCP/IP协议中,SSL协议建立在传输层即TCP之上、应用层之下。SSL 协议有一个突出的优点,就是它与应用层协议相独立,高层的应用层协议如 HTTP 等可以透明地建立在 SSL 协议之上进行工作。

通过 SSL 协议建立的传输通道具有如下的基本安全性

(1) 通道是保密的,经过握手确定密钥之后,所有的消息被加密。SSL 协议在应用层协议工作之前就已经完成了加密算法、密钥的协商、服务器认证等工作,而此后的所有应用层所传送的数据都是经过加密的,因此 SSL 协议具有很好的保密性。

(2) 通道是被认证的,通信中的服务器端总是被认证,客户端可选认证。在基于 SSL 协议的通信过程中,服务器端认证是必须进行的,所以,即使在一次会话过程中不进行客户端认证,该会话的确认性也能够有很好的保证。

(3) 通道是可靠的,用 MAC 对传送的消息进行完整性检查,保证通道上数据的完整性。基于 SSL 协议的通信过程,因为传递的消息中包括消息完整性检査数据(即 MAC 数据),因此,可以保证该通信是可靠的。

SSL 协议由 SL 记录协议、SSL 握手协议、SSL 密码变更说明协议、SSL 警告协议等组成。

三、PGP 协议

PGP (Pretty Good Privacy)是美国人 Philzimmermann 于 1995 年提出的一套电子邮件加密方案。它可以用来对邮件加密以防止非授权者阅读,还能对邮件加上数字签名而使收信人可以确认邮件确实是由发送方发出的

PGP 并不是新的加密算法或协议,它综合采用了多种加密算法,例如,对邮件内容加密采用 IDEA 算法、对于加密信息采用 RSA 公钥加密算法,还采用了用于数字签名的消息摘要算法,加密前进行压缩处理等技术手段进行邮件加密的一套软件。通过组合使用这些加密方法,把 RSA 公钥加密体系的良好加密效果和对称密钥加密体系的高速度结合起来,并且通过在数字签名和密钥认证管理机制中的巧妙设计,使得 PGP 成为一个优秀的强有力的数据加密程序。

由于 PGP 功能强大、处理迅速、使用简便,而且它的源代码是免费的,因此,PGP 在 T 等多个行业得到了广泛的应用,迅速普及。如今,PGP 除了用于通常的电子邮件加密,还可以用来加密重要文件,用 PGP 代替 Uuencode 生成 RADIX64 格式(就是 MIME 的 BASE64 格式)的编码文件,以保证它们在网络上的安全传输,或为文件做数字签名,以防止篡改和伪造。