基于PDS的IKE安全协议形式化分析
IKE协议与实现
IKE协议与实现一、IKE的作用当应用环境的规模较小时，可以用手工配置SA；当应用环境规模较大、参与的节点位置不固定时，IKE可自动地为参与通信的实体协商SA，并对安全关联库（SAD）维护，保障通信安全。
二、IKE的机制IKE属于一种混合型协议，由Internet安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。
IKE创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式。
IKE使用了两个阶段的ISAKMP：第一阶段，协商创建一个通信信道（IKE SA），并对该信道进行验证，为双方进一步的IKE通信提供机密性、消息完整性以及消息源验证服务；第二阶段，使用已建立的IKE SA建立IPsec SA（如图1所示）。
IKE共定义了5种交换。
阶段1有两种模式的交换：对身份进行保护的“主模式”交换以及根据基本ISAKMP文档制订的“野蛮模式”交换。
阶段2 交换使用“快速模式”交换。
IKE 自己定义了两种交换：1为通信各方间协商一个新的Diffie Hellman组类型的“新组模式”交换；2在IKE通信双方间传送错误及状态消息的ISAKMP信息交换。
1．主模式交换主模式交换提供了身份保护机制，经过三个步骤，共交换了六条消息。
三个步骤分别是策略协商交换、Diffie Hellman共享值、nonce交换以及身份验证交换（如图2所示）。
2．野蛮模式交换野蛮模式交换也分为三个步骤，但只交换三条消息：头两条消息协商策略，交换Diffie Hellman公开值必需的辅助数据以及身份信息；第二条消息认证响应方；第三条消息认证发起方，并为发起方提供在场的证据（如图3所示）。
3．快速模式交换快速模式交换通过三条消息建立IPsec SA：头两条消息协商IPsec SA的各项参数值，并生成IPsec 使用的密钥；第二条消息还为响应方提供在场的证据；第三条消息为发起方提供在场的证据（如图4所示）。
网络安全协议的形式化分析与验证教学课件作者李建华第三章基于模型检测技术的安全协议分析方法课件
3.2.1 CSP的基本概念
1．事件
协议是通过实体间执行一系列的事件（Event）来执行的， 所有可能事件的集合记为∑。
一个典型的CSP事件表示为c.i.j.m，包括一个信道c、一个 消息源i、一个消息目的地j和一个消息m。
3.2.1 CSP的基本概念
3.2.1 CSP的基本概念
3．迹
一个进程的迹（Traces）模型描述了该进程所有可 能的事件序列。例如：
Traces(STOP)={< >}，其中< >是一个空序列，即不管 观察STOP进程多长时间，它都是什么也不做。
Traces(P.a→P□b→SKIP)={<a>n, <a>n<b>,<a>n<b,√>|nN}，其中ab表示a和b的串联，sn 是s的n个副本的串联；√是发送终止信号的事件，当该 信号在迹中出现时就是迹中的最后一个元素。
每一个进程都受到一个特定事件集合的控制。在CSP中，称这类事件 集 是X合和为Y进，程即字P一母定表同。意PX所|| Y有QX表中示的P与通Q信并，联而，Q并一且定P同和意Q所的有字Y母中表的分通别信。
3.2.1 CSP的基本概念
（11）成功终止 SKIP
成功终止通常是由一个进程主动产生的。
协议执行过程中，主体收发消息的动作会引起局部状态的改变，进而 也引起全局状态的改变；
在安全协议全局状态上定义安全属性或不变关系，则安全协议是否满 足安全目标等价于在系统可达的每个全局状态上安全属性或不变关系 是否都能得到满足。
引言
安全协议的模型检测分析方法取得了很大的成功，其优点 是自动化程度高，可以借助自动分析工具来完成分析过程 而不需要用户的参与，并且安全协议存在缺陷时能够自动 生成相应的攻击实例。
形式化分析方法
安全协议的形式化分析方法安全协议是采用密码技术来保障通信各方之间安全交换信息的一个规则序列。
其目的是在通信各方之间提供认证或为新的会话分配会话密钥。
尽管现有的安全协议是安全专家精心设计和详细审核过的但仍然可能存在一些不易发现的安全缺陷有些甚至数年后才被发现。
长期以来，形式化方法被公认为分析安全协议的有力武器。
目前分析安全协议的形式化方法主要有：（1）推理构造法，该方法基于知识和信念推理的模态逻辑，如K3P逻辑等，但K3P逻辑只能分析协议的认证性质而不能分析协议的保密性质；（2）攻击构造法，该方法从协议的初始状态开始，对合法主体和一个攻击者所有可能的执行路径进行穷尽搜索，以期找到协议可能存在的错误。
这种方法主要有基于模型检测技术的模型检测器QRS( 验证语言、代数简化理论模型以及特定专家系统（如特殊目的NRL分析器和Interrogator），但这种方法无法解决状态空间爆炸问题；（3）证明构造法，该方法集成了以上两类方法的思想及多种技术，主要有Bolignano证明方法和Paulson方法等。
以上形式化分析方法的主要缺点是无法解决状态空间爆炸问题在很大程度上被限制在规模很小的协议分析中这显然不适应网络通信规模日益增大等发展的需要。
安全协议是建造网络安全环境的重要基石，是保证网络安全的核心技术。
设计和证明安全协议自身的正确性和安全性，成为网络安全的基础。
形式化分析方法已被证明是用于分析、设计和验证安全协议的重要方法，对安全协议的形式化分析、设计和验证已经成为当今形式化分析研究领域的一个热点问题。
虽然人们使用形式化分析方法已成功发现了许多现存安全协议存在的缺陷和针对她们的攻击，但是这些分析方法还存在许多缺陷。
有些形式化分析方法自身不太完善，存在一定的局限性，不能分析和验证某些类型安全协议的安全性；有些只能分析安全协议的不安全性，不能给出协议安全性的精确证明。
在总结安全协议现存各种缺陷的基础上，根据缺陷产生各种原因将缺陷分为：过小保护缺陷、消息可重放缺陷、消息不可达性缺陷、并行会话缺陷和其他类型缺陷等五类。
IKE协议的安全性问题
IKE协议的安全性问题
陈忠良
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2002(036)003
【摘要】分析了因特网密钥交换协议(IKE)易于遭受的两种攻击:针对IKE主模式协议的变换载荷攻击和针对IKE主模式中预共享秘密认证协议的反射攻击.Zhou首先分析了IKE主模式协议易于遭受变换载荷攻击,并给出了简单的修改,但这种修改引入了反向的变换载荷攻击.通过对Zhou的修改引入的反向变换载荷攻击和反射攻击的分析,给出了彻底的修正方法,使IKE协议可以防范这两种攻击.
【总页数】5页(P306-309，319)
【作者】陈忠良
【作者单位】浙江大学,信息与电子工程系,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TN918.91;TP393.08
【相关文献】
1.图书馆网络化建设中新一代协议存在的安全性问题 [J], 纪双龙
2.ML-IKEv2:一种多层IPSec协议中的密钥交换协议 [J], 邓柳;汤凯;乐康
3.论DHCP网络协议的安全性问题与解决 [J], 区咏莹
4.Linux下IKEv1和IKEv2协议的仿真分析 [J], 高翔;马红途
5.SNMP协议在网络性能监测中的应用及其安全性问题的研究 [J], 孙萍萍;吴伟
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基于CPK的IKE协议的改进
基于CPK的IKE协议的改进
郭亚梅;杨尚森;李益发
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2007(023)027
【摘要】本文在简要介绍和分析评述IPsec协议的基础上,基于CPK系统提出了对IPsec协议的改进,并对改进的协议利用逻辑化方法作了详细地安全性分析,指出了改进的协议在安全性和效率等方面所具有的优势,同时对应用环境作了说明.
【总页数】3页(P104-106)
【作者】郭亚梅;杨尚森;李益发
【作者单位】455002,安阳,安阳师范学院;471023,洛阳,洛阳大学现代教育技术中心;450002,郑州,信息工程大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.基于 CPK 数字签名的 TLS 改进协议* [J], 何青松;王珒;范月霞
2.基于CPK的IPSec协议的改进研究 [J], 何青松;何青林
3.基于CPK和改进ECDH算法的可证安全的认证协议 [J], 侯惠芳;王云侠
4.基于Kerberos对MIKEY协议密钥协商方式的改进 [J], 马利民; 张伟; 姜晓燕
5.基于改进IKE协议的移动IPv6的IPSec架构研究 [J], 张学文
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网络安全认证协议形式化分析共26页
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
Messages meant for a principal cannot be read/accessed by others (secrecy); Guarantee genuineness of the sender of the message (authenticity); Integrity; Non-Repudiation (NRO, NRR); Fairness, etc.
Formal methods, a combination of a mathematical or logical model of a system and its requirements, together with an effective procedure for determining whether a proof that a system satisfies its requirements is correct.
21.08.2021
第二十次全国计算机安全学术交流会
8
Notation
(4) Properties
Lemma 1. B ⊦ m ∧ B ⊆ B’ ⇒ B’ ⊦ m Lemma 2. B ⊦ m’∧ B ∪ {m’ } ⊦ m ⇒ B ⊦ m Lemma 3. B ⊦ m ∧ X ⊑ m ∧ B ⊬ X ⇒ （Y: Y ∈ sub-msgs(m) :
IKE协议中存在的安全漏洞
IKE协议中存在的安全漏洞
肖磊;胡众义
【期刊名称】《温州大学学报（社会科学版）》
【年(卷),期】2004(017)003
【摘要】IKE(Internet key exchange)协议是IPSec协议中缺省的密钥管理协议,但是它的实现却相当复杂,所以可能出现安全漏洞.本文主要分析了IKE可能出现的一种安全漏洞.
【总页数】3页(P36-38)
【作者】肖磊;胡众义
【作者单位】温州大学现代教育技术中心;温州大学信息工程学院,浙江,温
州,325035
【正文语种】中文
【中图分类】U491.13
【相关文献】
1.SRTPMIKEY协议在TD-MBMS中业务和内容保护方案中的研究 [J], 曾俊威;彭大芹
2.一种存在于IKE协议中的DoS攻击安全漏洞 [J], 丁勇;彭志威;王育民
3.ML-IKEv2:一种多层IPSec协议中的密钥交换协议 [J], 邓柳;汤凯;乐康
4.Linux下IKEv1和IKEv2协议的仿真分析 [J], 高翔;马红途
5.802.11协议中RTS/CTS机制的安全漏洞分析 [J], 陈伟;俞雷;张迎周
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网络安全协议的形式化分析与验证课件绪论
信息在开放网络环境中传输遭受到的攻击：
偷听攻击 截取攻击 伪造攻击 篡改攻击 …
网络安全直接关系到信息系统安全，是整个信息 基础结构的安全基础。
维护网络环境安全的技术：
密码技术：主要功能是提供安全的服务，通过使用密码 算法对消息明文进行加密以保证消息本身的安全从而保 证通信过程的安全可靠。 安全协议：是一个分布式算法，它规定了两个或多个通 信主体的安全性。安全协议利用密码技术实现开放网络 环境下的安全通信，达到信息安全的目的，广泛地应用 于身份认证、接入控制和密钥分配等领域。
3.完整性 含义：通常是指数据不能被篡改，或者至少针对数据的任 何篡改都能被检测出来。 目的：保护消息不被未授权地篡改、删除或替代。可以理 解为在储存的数据上再加上一层防止篡改的保护层。 常用方法：封装和签名。
4.不可否认性 含义：不可否认性主要是考虑如何保护通信的一方不被对方 欺骗，在协议执行过程中能够为用户提供证据，来证明协议 中某些步骤确实发生过，而且这些证据是不可伪造的。 不可否认性是电子商务协议的一个重要性质，是保证交易正 常进行的必要条件。 保证不可否认性最常用的技术是数字签名。
第一章
安全协议概述 形式化技术基础
绪 论
形式化方法在安全协议验证中的应用
小结
1.1
安全协议概述
安全协议的基本概念 安全协议的缺陷分析 安全协议的攻击手段 形式化分析方法的重要性
1.1
安全协议概述
信息安全最基本的目标:
实现信息的机密性 保证数据的完整性 实现身份或信息的鉴别性和不可抵赖性 对信息的授权和访问控制 保证信息资源的可用性 …
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Ｖ Ｚ ３５ Ｎ ｏ ３ ． ．
Ａｕ ２ ｇ． ００７
文章 编 号 ：Ｏ Ｏ ２ ６ （ ０ ７ ０ —０ ３ —０ １０一 ３７２０）３ ０３ ３
基于 Ｐ ＤＳ的 Ｉ ＫＥ安 全 协议 形 式 化 分 析
王 惠斌 ， 青 美 ， 跃 飞 常 祝
（ ． 放 军信 息 工 程 大 学 信 息 工 程 学 院 ， 州 ４ ０ ０ ；． １解 郑 ５ ０ ２ ２ 河南 司 法 警 官 职 业 学 院 信 息 技 术 系 ， 州 ４ ０ ０ ） 郑 ５０ ２
维普资讯
第 ３ ５卷 第 ３期 ２０ ０ ７年 ８月
河南师范大学学报（ 自然科 学版 ）
Ｊｏ ｒ ａ ｆ Ｈｅ ａ ｒ ｌＵｎｖ ｒｉ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ ｕ ｎ ｌ ｎ ｎ Ｎｏｍａ ｉｅｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｃｅｃ ） ｏ ｙ
其核心语句 为：
Ｉ— Ｒ ： 。 ＋ ｇ
Ｒ— Ｉ ： ｇ ＳＩ ＋ ， ＧＲ（Ｈ Ｍ Ａ ＣＫ（ ， ，ＤＲ）） ｇ ｇ Ｉ Ｉ一－ ： ＳＩ ｌ （ Ｍ Ａ ＣＫ（ 。 ｇ Ｉ ） ，Ｒ Ｇ （Ｈ ｇ ， ， Ｄ１ ）
３ ＰＤＳ 禾 口ＰＣＩ
Ｐ Ｓ是一 个 协 议衍 生 推 导 系 统 ， 从 基 本 的 成 分 出 发 ， 用 一 系 列 的 组 合 （ ｏ ｏｉｏ ） 精 练 （ ｅｉｅ ｎ ） 和 转 换 Ｄ 它 使 Ｃ ｍｐ ｓ ｉ 、 ｔｎ Ｒ ｆ ｍｅ ｔ 、 ｎ
２ Ｉ 协议 ＫＥ
因特 网密 钥 交 换 协 议 （ＫＥ 是 用 于 Ｉ Ｓ ｃ 全 协 议 认 证 密 钥 交 换 协 议 的 ＩＴＦ Ｉｔｒｅ Ｅ ｇｎ ｅｉｇＴ ｓ ｏｃ 联 网 工 Ｉ ） Ｐｅ安 Ｅ （ｎｅｎ ｔ ｎ ｉｅｒ ａｋＦ ｒｅ互 ｎ 程任务组） 当前 标 准Ⅲ ， Ｉ Ｓｃ协 议 族 的 关 键 组 成 部 分 ， 因特 网 的 安 全 通 信 和 安 全 服 务 中发 挥 着 非 常 重 要 的 作 用 ， 安 全 是 Ｐｅ 在 其
文献标 识 码 ： Ａ
１ 安全 协议 的分 析与 设计
计 算 机 网络 是 信 息 社 会 的基 石． 当前 ， 息 安 全 已成 为 制 约 计 算 机 网 络 应 用 的 一 个 瓶 颈 ， 且 随 着 计 算 机 网 络 的 迅 猛 发 信 并
展 而 日益 变 得 突 出． 息 的 安 全 性 已经 不 是 仅 仅 依 赖 一 个 好 的加 密 算 法 就 可 以 得 以解 决 的 问 题 ， 需 要 一 些 综 合 的 安 全 理 信 它 论 、 全 措施 和 安 全 技 术 来 保 证 ［ ． 这 些 理 论 、 施 和 技 术 中 ， 全 协议 起 着 至 关 重 要 的作 用 ． 实 际 应 用 中 ， 们 需 要 可 信 安 １在 ］ 措 安 在 人
的机 制 来 为 通 信 实 体 进 行 身 份 认 证 和分 发 密 钥 ， 就迫 使 人 们 研 究 和 设 计 出 了 各 种 安 全 协 议 ． 而 已有 的 安 全 协 议 往 往 被 证 这 然
实 并 不 如 它 们 的设 计 者 所 期 望 的那 样 安 全 ， 量 的 实例 说 明 ， 大 即使 参 加 认 证 协议 的 主 体 只 有 ２个 或 ３个 ， 在整 个 协 议 中 交 换 的 消 息 只有 ３条 或 ５条 ， 计 一 个 正 确 且 没 有 安 全 缺 陷 的认 证 协 议 也 是 很 困难 的． 设 为 了保 证 安 全 协 议 的安 全 性 ， 种 有 效 的途 径 是采 用 形 式 化 方 法 对 协议 进 行 全 面 、 格 的分 析 和验 证 ． 一 严 安全协议形式化分析从 ８ Ｏ年 代 起 至 今 ， 展 极 为 迅 速 ， 弓 了 为 数 众 多 的学 者 和 研 究 人 员 致 力 于 该 项 工 作 ， 发 吸 Ｉ 目前 已成 为 安 全 协 议 研 究 领 域 的 一 个 极 为 重 要 的 、 具 理 论深 度 的 前 沿 问 题 ． 颇 综 合 各 种 理 论 和 方 法 ，ｔｎｏｄ大 学 的 Ａｎ ｐ ｍ Ｄ ｔ Ｓａ ｆｒ ｕ ａ ａｔ 士 等 人 最 近 发 展 了一 套 安 全 协 议 形 式 化 设 计 系统 Ｐ Ｓ ｒｔｃｌ ａ博 Ｄ （Ｐ ｏｏ ｏ Ｄ ｒ ａｉｎＳ ｓｅ 和 协 议 组 合 逻 辑 系统 （ ｒｔｃｌ ｏ ｏ ｉｏ ｏ ｉ） Ｃ ２］ 可 用 于 安 全 协 议 的形 式 化 设 计 和 分 析 ． ｅｉ ｔ ｙ ｔｍ） ｖ ｏ Ｐ ｏｏｏ ｍｐ ｓ ｉｎＬ ｇｃＰ Ｉ 。 ， Ｃ ｔ ｌ
摘 要 ： 绍了支持复杂协议形式化并 行推导的 Ｐ 介 ＤＳ协议衍 生推导 系统 和 Ｉ ＫＥ协议 ． 出了使 用 Ｐ Ｓ形 式 给 Ｄ
化 衍 生 Ｉ Ｅ协 议 的核 心 认 证 部 分 的 方 法 ． Ｋ
关 键词 ： 安全协议 ； 化分 析 ； Ｅ协议 ；Ｄ 形式 Ｉ Ｋ ＰＳ
中图分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３
性的重要性不容置疑．
Ｉｔｒｅ 密 钥 交 换 协 议 是 无 可 信 第 三方 参 与 的 公 钥 协 议 ． 协 议 主 要 是 为 通 信 用 户 双 方 提 供 身 份 认 证 方 法 、 用 的 密 钥 、 ｎｅｎ ｔ 该 采
数 据 加 密 方 式 等 问 题 ， 过 协 商 后 达 成 一 致 意 见 的 协议 ． 经
（ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ 等 工 作 ， 持 复 杂 协 议 的并 行 推 导 ． Ｔｒｎ ｆ ｍａｉ ） ｏ ｏ 支
Ｐ Ｓ包 含 一 个称 之 为 基 件 （ｏ ｏ ｅ ｔ的 基 本 构 件 集 合 和 一 个 从 旧 协议 构造 新 协 议 的 操 作 集 合 ． 些 操 作 可