物联网讲义-第7章 物联网安全

28 31 3 4
17 10 9 25
DES的S-盒
在前面函数f的图示中，8个S-盒 ｛S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8}的定义见书中的表。每个S-盒
Si(i=1,2,…,8)均以6bit作为输入,而输出4bit，用下例
来说明其计算过程。 求：S1(010011)的值：
0 1 2 3 0 14 0 4 15 1 4 15 1 12 2 13 7 14 8 3 1 4 8 2 4 2 14 13 4 5 15 2 6 9 6 11 13 2 1 7 8 1 11 7 8 3 10 15 5 9 10 6 12 11 10 6 12 9 3 11 12 11 7 14 12 5 9 3 10 13 9 5 10 0 14 0 3 5 6 15 7 8 0 13
DES的密钥变换
密钥扩展. 各轮迭代一共使用16个加密子密钥K1,K2, …,K16，它们依 据所给56bit主密钥K按下述扩展算法产生：
K(56bit)
P1
(选择置换)
其中，循环左移的位数
C0(28bit) D0(28bit)
LS1 LS1
1, i 1,2,9,16 LSi 2, 其它
E (重排：有重复)
E(X) (48bit)
+
Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8
P
f(X ,Ki)
－扩展置换E和置换P
扩展置换E的定义为：
32 4 8 12 16 20 24 28
1 5 9 13 17 21 25 29
第三方C（窃听或截取）发方AxFra biblioteky 加密器
公共信道（电话线，网络等）
解密器
x
收方B
k 密钥源
安全信道
问题I：安全信道如何建立？(密钥分配问题)
传统密码中遇到的问题（续）
在商业和金融业的大多数场合，信息来源的可靠性
及其本身的完整性可能比它的机密性更为重要。那么， 如何保证信息来源的可靠性与信息本身的完整性呢？ 传统的商业习惯做法是：使用不易伪造的信物—如信笺 头(信上端所印文字)，(手写)签名，(加盖)印章，商用 名片，或熟人熟事等—作为必要场合下的鉴别依据。
传统密码中遇到的问题（续）
随着计算机网络的大面积实施，人类日益向电子
贸易迈进，一般的保密通信模型显然不再合乎时宜。
问题II：电子手段如何代替上述传统的“信物-鉴
别”机制呢？(即数字签名问题)
公钥密码体制（PKC）产生的过程
1976年，W.Diffie与M.E.Hellman发表了题为“New
Direction in Cryptography” 的著名文章，提出了下面 的构想：
平台安全： 物理安全、网络安全、系统安全、 安 全 管 理 ： 安 全 标 准 安 全 策 略 安 全 测 评
数据安全、边界安全、用户安全
安全理论： 身份认证 访问控制 审计追踪 安全协议 密码理论： 数据加密、数字签名、消息摘要、密钥管理等 安全技术： 防 火 墙 漏洞扫描 入侵检测 防 病 毒
OSI安全体系结构
9 10 2 8 7 2 1 3 4 5
11 5 12 14 11
12 11 1 5 12
13 12 10 2 7
14 15 4 15 14 9 8 4 2 14
S5：
0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 2 12 4 1 7 10 11 6 14 11 2 12 4 7 13 1 4 2 1 11 10 13 7 8 11 8 12 7 1 14 2 13
10 6 12 9 3
11 12 11 7 14
11 13 10 6 12
12 5 9 3 10
12 12 6 9 0 12 11 12 5 11
13 9 5 10 0
14 0 3 5 6
15 7 8 0 13
S2：
0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3
0 1 15 1 3 13 0 14 13 8 0 1 10 0 13 7 13 6 1 10
S3：
8 9 10 11 1 13 12 7 2 8 5 14 11 1 2 12 4 15 14 3
S4：
0 1 7 13 13 8 10 6 3 15
2 14 11 9 0
3 4 3 0 5 6 0 12 6 10
5 6 15 11 1
6 7 9 10 0 3 7 13 13 8
8 1 4 15 9
在传统的密码体制中，加解密算法使用同一个密钥、
而且必须完全保密； 是否可以构造出一个这样的密码体 制，其加解密算法分别使用不同的密钥，而可以将加密密 钥公开(亦称为公钥)、解密密钥保密(亦称为私钥)？这当 然要求：
公钥密码体制（PKC）产生的过程（续）
公钥PU
计算上不可行
私钥PR
上述便是所谓公开密钥密码体制(简称PKC体制)的思想。 根据密钥的特点，人们也形象地分别称传统密码体制与公开密 钥密码体制为对称密钥密码体制与非对称密钥密码体制。
3 4 8 1 7
4 5 6 7 8 9 10 6 15 11 1 10 9 3 10 3 7 4 12 5 6 9 12 14 2 0 6 10 4 10 8 13 15 12 9
11 12 13 14 5 0 11 0 14 13 15 3 0 3 5
14 12 9 5 6
15 7 2 8 11
基础理论研究
安全理论（身份认证、访问控制、审计追 踪、安全协议） 安全实现技术（防火墙、入侵检测、漏洞 扫描、防病毒等技术）
应用技术研究
安全平台技术（物理安全、网络安全、系 统安全、数据安全、边界安全、用户安全）
安全管理研究
安全标准、安全策略、安全测评等
信息安全研究内容的相互关系
安全目标:保密性、完整性、可用性、可控性、 不可否认性
0 1 2 3 4 5 6 7 12 1 10 15 9 2 6 8 10 15 4 2 7 12 9 5 9 14 15 5 2 8 12 3 4 3 2 12 9 5 15 10 0 1 2 3 4 11 2 14 13 0 11 7 1 4 11 13 6 11 13 8 4 15 4 12 1 5 6 0 8 9 1 3 7 4 10 7 13 10 14 7
结构层次 用户层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
加 密 机 制
数 字 签 名
访 问 控 制
数 据 完 整
认 证 交 换
业 务 流 量
路 由 控 制
公 证 机 制
安 全 标 记
事 件 检 测
审 计 跟 踪
安 全 恢 复
......
安全服务
身份认证 访问控制 数据完整性 数据机密性 不可否认性 可记帐性
第7章 物联网安全
1
信息安全基础理论 物联网安全威胁与安全架构 无线传感器网络安全 RFID安全 物联网安全关键技术
2
3
4
5
7.1 信息安全基础理论
1.对称密码体制
2.公钥密码体制
3.PKI公钥基础设施 4.身份认证与访问控制
5.防火墙
6.网络物理隔离 7.网络安全协议
信息安全的研究内容
密码理论（数据加密、数字签名、消息摘 要、密钥管理）
2 6 10 14 18 22 26 30
3 7 11 15 19 23 27 31
4 8 12 16 20 24 28 32
5 9 13 17 21 25 29 1
置换P的定义为：
16 1 2 19
7 15 8 13
20 23 24 30
21 26 14 6
29 5 32 22
12 18 27 11
C1

LS16
D1

LS16
P2
K1(48bit)
(选择置换：有舍弃)
C16
D16
P2
K16(48bit)
密钥变换--续
在前面密钥扩展的图示中， 选择置换P1与选择置换P2分别为：
50 9 56 13
43 2 49 6
14 23 41 44
36 52 42 54
17 19 52 49
29 45 35 47
11 12 31 39
22 38 28 40
24 4 37 56
15 31 21 33
1 26 47 34
8 24 14 26
5 8 55 53
1 17 7 19
3 16 30 46
51 10 55 12
28 7 40 42
44 3 48 5
15 27 51 50
37 53 41 25
6 20 45 36
30 46 34 18
21 13 33 29
23 39 27 11
10 2 48 32
16 32 20 4
密钥变换--续
注.对i=1,2, …,Ci、Di分别是由C0、D0左移若干比特而得到，至i=16，
刚好左移了28比特位而回复当初，即:C16=C0，D16=D0。 人们往往把主密钥K顺序地每7bit分为一组，共计8组，每一组都按 应含奇数个1而在后面补上一个校验bit：0或1。如此，K被扩展为一
密钥扩展及密钥变换
f
K1 i(48bit)

（k1,k2,...,k16）
(32bit) L1 L i (32bit) L i+1 2(32bit)
L17(32bit) L16(32bit)
IP-1 (初始逆置换)