第2章密钥管理_10周

2.6.2.1 密钥的分层控制
网络中如果用户数目非常多而且分布的地域非常广，一个KDC就 无法承担为用户分配密钥的重任。问题的解决方法是使用多个KDC 的分层结构。例如，在每个小范围（如一个LAN或一个建筑物）内， 都建立一个本地KDC。同一范围的用户在进行保密通信时，由本地 KDC为他们分配密钥。如果两个不同范围的用户想获得共享密钥， 则可通过各自的本地KDC，而两个本地KDC的沟通又需经过一个全 局KDC。这样就建立了两层KDC。类似地，根据网络中用户的数目 及分布的地域，可建立3层或多层KDC。
产生过程如图下图所示：
证书的产生过程图
证书的使用
用户可将自己的公开钥通过公钥证书发给另一用 户，接收方可用CA的公钥PKCA对证书加以验证， 即 DPKCA[CA]=DPKCA[ESKCA[T,IDA,PKA]]=(T,IDA,PKA)
因为只有用CA的公钥才能解读证书，接收方 从而验证了证书的确是由CA发放的，且也获 得了发送方的身份IDA和公开钥PKA。时戳T为 接收方保证了收到的证书的新鲜性，用以防止 发送方或敌方重放一旧证书。因此时戳可被当 作截止日期，证书如果过旧，则被吊销。
5-2 Diffie-Hellman密钥交换协议易受中间人 攻击，即攻击者截获通信双方通信的内容后可 分别冒充通信双方，以获得通信双方协商的密 钥。详细分析攻击者如何实施攻击。
思考
2.当用户从网络上下载某个shareware—— 共享软件后，一般都有使用时间上的限制， 当过了共享软件的试用期后，你必须到这个 软件的公司去注册后方能继续使用。软件公 司会根据用户的信息计算出一个序列码，在 用户得到这个序列码后，按照注册需要的步 骤在软件中输入注册信息和注册码，其注册 信息的合法性由软件验证通过后，软件就会 取消掉本身的各种限制。 如果你是该软件公司的管理员， 如果你是该软件公司的管理员，如何使用 我们所学的知识生成序列码？？？？ 我们所学的知识生成序列码？？？？
投票者Vi 投票者Vi {vi,yi｝
开票中心O 开票中心O
计票中心C 计票中心C {Aliasi, ti:=Ec(vi)}
{Aliasi, ti:=Ec(vi)}
RSA ； （M,S）----- 接收方
验证过程
M=Se mod n
RSA的盲签名方案
4. 公钥证书
公钥证书由证书管理机构CA(certificate authority)为用户建立，其中的数据项有与该用 户的秘密钥相匹配的公开钥及用户的身份和时 戳等，所有的数据项经CA用自己的秘密钥签字 后就形成证书。 即证书的形式为CA=ESKCA[T,IDA,PKA]， 其中IDA是用户A的身份，PKA是A的公钥，T是 当前时戳，SKCA是CA的秘密钥，CA即是为用户 A产生的证书。
2.6.4 密钥的存储
密钥的安全存储是密钥管理中的一个十分重要的环节，而且也 是比较困难的一个环节。密钥存储时必须保证密钥的机密性、 真实性和完整性，防止泄露和修改。下面介绍几种常用的存储 方法： (1) 每个用户都有一个用户加密文件备以后用。由于只与一个人 有关，个人负责，因而是最简易的存储办法。 (2) 加密形式存储。如可用主密钥对会话密钥进行加密，然后再 存储。这样就可以降低对存储器的要求，减少明文形态密钥的 数量，便于管理。
公钥管理机构分配公钥图
上述公钥管理机构分配公开钥时也有缺点，由 于每一用户要想和他人联系都需求助于管理机构， 所以管理机构有可能成为系统的瓶颈，而且由管 理机构维护的公钥目录表也易被敌手窜扰。
4. 公钥证书
分配公钥的另一方法是公钥证书，用户 通过公钥证书来互相交换自己的公钥而 无须与公钥管理机构联系。
Diffie-Hellman密钥分配方案
利用密钥分配中心
图1 是密钥分配的一个实例。假定两个用户A、 B分别与密钥分配中心KDC (key distribution center)有一个共享的主密钥KA和KB，A希望与 B建立一个共享的一次性会话密钥，可通过以 下几步来完成：
图1 密钥分配实例
思考
1. 在公钥体制中，每一用户U都有自己的公开钥PKU 和秘密钥SKU 。 如果任意两 个用户A、B按以下方式通信，A发给B消息(EPKB(m), A) ，B收到后，自动向A返回消 息(EPKA(m), B) 以通知A，B确实收到报文m， (1) 问用户C怎样通过攻击手段获取报文m？ (2) 若通信格式变为： A发给B消息: EPKB（ESKA（m）,m, A） B向A返回消息：EPKA(ESKB(m),m,B) 这时的安全性如何？分析A、B这时如何相互认证并传递消息m。
如果一个参与者或一组未经授权的参与者在 猜测秘密s时，并不比局外人猜秘密时有优势， 即③由少于k个参与者所持有的部分信息得不 到秘密s的任何信息。 则称这个方案是完善的，即(k,n)-秘密分割 门限方案是完善的。
习题与思考
非对称密码体制与对称密码体制的区别与联 系 RSA密码体制和ELGamal密码体制的安全依 据是什么？ 在一个RSA公钥密码体制在中，已知素数 p=3,q=11,公钥e=7,明文m=5,请计算出私 钥d,并对明文进行加密、解密计算。
RSA的盲签名方案
(3)接着,管理中心发回签名值 s′=(m′)d mod n=(re*m)d mod n=red*md mod n =r*md mod n （4）投票人对收到的s′计算 s′*r-1 mod n=md mod n 就得到了真正的来自管理中心的对m的签名 s=md mod n 可见,运用盲签名方案,投票人无法代替或冒充 管理中心的签名,而管理中心则不知道他自己所 签署的报文的真实内容。
课前回顾
数字签名的概念及特点 数字签名分类（直接，带仲裁） 直接RSA数字签名，RSA+散列函数数字签名 特殊数字签名（盲签名 盲签名、群签名、不可否认 盲签名 等概念及应用）
盲签名应用于电子选举
初始化阶段 注册阶段
认证中心A 认证中心A
vi Aliasi Aliasi
投票阶段 计票阶段
{Aliasi, vi}
③ 用户如果由于自己的公开钥用过的次数太 多或由于与公开钥相关的秘密钥已被泄露，则 可随时用新密钥替换现有的密钥。 ④ 管理员定期公布或定期更新目录表。例如， 像电话号码本一样公布目录表或在发行量很大 的报纸上公布目录表的更新。 ⑤ 用户可通过电子手段访问目录表，这时从 管理员到用户必须有安全的认证通信。
2.6 密钥管理
2.6.1 密钥管理系统 2.6.2 单钥加密体制的密钥分配 2.6.3 公钥加密体制的密钥管理 2.6.4 密钥存储 补充： 秘密分割
2.6.1 密钥管理系统
密钥管理的目的是维护系统中各实体之间的 密钥关系，以抗击各种可能的威胁， 密钥关系，以抗击各种可能的威胁，如密钥的 泄露，密钥或公钥的确定性的丧失、 泄露，密钥或公钥的确定性的丧失、密钥或公 钥未经授权使用等。 钥未经授权使用等。 密钥管理的好坏不仅影响系统的安全性， 密钥管理的好坏不仅影响系统的安全性，而 且也影响系统的可靠性、有效性和经济性。 且也影响系统的可靠性、有效性和经济性。
2.6.2.3 公钥密码体制的公钥分配
公钥密码体制的私钥只有通信一方知道，而 其余任何一方都不知道，与私钥匹配使用的公 钥是公开的，任何人都可以使用该公钥与私钥 的拥有者进行秘密通信。常用的公钥分配方法 有以下几种：
2.6.3 公钥的分配
1. 公开发布 公开发布指用户将自己的公钥发给每一其他 用户，或向某一团体广播。例如PGP（pretty good privacy）中采用了RSA算法，它的很多 用户都是将自己的公钥附加到消息上，然后发 送到公开（公共）区域，如因特网邮件列表。
本方案的安全性虽然高于公开发布的安全性， 但仍易受攻击。如果敌手成功地获取管理员的 秘密钥，就可伪造一个公钥目录表，以后既可 假冒任一用户又能监听发往任一用户的消息。 而且公用目录表还易受到敌手的窜扰。
3. 公钥管理机构 如果在公钥目录表中对公钥的分配施加更严 密的控制，安全性将会更强。与公用目录表类 似，这里假定有一个公钥管理机构来为各用户 建立、维护动态的公钥目录，但同时对系统提 出以下要求，即：每个用户都可靠地知道管理 机构的公开钥，而只有管理机构自己知道相应 的秘密钥。公开钥的分配步骤如下，如下图所 示：
2.6.1 密钥管理系统
单钥密码体制中通信的双方必须共享同一个 密钥。如何安全有效分配密钥，防止被第三 方获取，是密钥管理的重要问题。
2.6.2 单钥加密体制的密钥分配
两个用户A和B获得共享密钥的方法有以下几 种： ① 密钥由A选取并通过物理手段发送给B。 ② 利用公钥密码体制分配密钥 ③ 利用密钥分配中心
补充： 秘密分割
1 秘密分割门限方案
在导弹控制发射、重要场所通行检验等情况 下，通常必须由两人或多人同时参与才能生效， 这时都需要将秘密分给多人掌管，并且必须有 一定人数的掌管秘密的人同时到场才能恢复这 一秘密。 由此，引入门限方案（threshold schemes） 的一般概念。
定义1 设秘密s被分成n个部分信息，每一 部分信息称为一个子密钥或影子，由一个参与 者持有，使得： ① 由k个或多于k个参与者所持有的部分信息 可重构s。 ② 由少于k个参与者所持有的部分信息则无 法重构s。 则称这种方案为(k,n)秘密分割门限方案， k称为方案的门限值。
2.6.4 密钥的存储
(3) 利用确定性算法来生成密钥。每次需要时， 用易于记忆的口令，启动密钥生成器生成密钥， 并对数据进行加密。 (4) 存入ROM钥卡或磁卡中。用户可以将自己的 密钥键入系统，或将卡放入读卡机或计算机终 端。若将密钥分成两部分，一半存入终端，一 半存入ROM钥卡上，那么一旦丢失ROM钥卡或 终端，也不致泄露密钥
前三步完成后，会话密钥就安全地分配给了A、B。然而还 能继续以下两步工作： ④ B用会话密钥KS加密另一个一次性随机数N2，并将加密结 果发送给A。 ⑤ A以f(N2)作为对B的应答，其中f是对N2进行某种变换（例 如加1）的函数，并将应答用会话密钥加密后发送给B。 这两步可使B相信第③步收到的消息不是一个重放。 注意： 第③步就已完成密钥分配，第④、⑤两步结合第③ 步执行的是认证功能。