密码学密钥分配和密钥管理共66页
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第六章密钥分配及密钥管理
– 离子辐射脉冲检测器 – 气体放电管 – 漏电容
• 数的随机性和精度不够 • 这些设备很难联入网络
伪随机数产生器-线性同余法
参数：
模数m (m>0) 乘数a (0≤a<m) 增量c (0≤c<m) 初值种子X0(0≤X0<0)
a,c,m的取值是 产生高质量随 机数的关键
X n1 (aX n c) mod m
密钥分配的基本方法
• 两个用户在使用单钥体制进行通信时，必 须预先共享秘密密钥，并且应当时常更新， 用户A和B共享密钥的方法主要有
–A选取密钥并通过物理手段发送给B –第三方选取密钥并通过物理手段发送给A和B –A,B事先已有一密钥，其中一方选取新密钥，
用已有密钥加密新密钥发送给另一方 –A和B分别与第三方C有一保密信道，C为A，B
简单分配
1.PKA||IDA
A
B
2. EPKA [KS ]
易受到主动攻击
1.PKA||IDA
2.PKE||IDA
A
攻击者E
B
4. EPKA [KS ]
3. EPKE [KS ]
用公钥加密分配单钥密码体制的 密钥
具有保密性和认证性的密钥分配
1. EPKB [N1 || IDA ]
2. EPKA [N1 || N2 ]
安全起见，每次交换都用新的密钥。经济的做法 在一固定周期内对一定数目的业务使用同一会话 密钥。
无中心的密钥控制
• 有KDC时，要求所有用户信任KDC，并且 要求KDC加以保护。
• 无KDC时没有这种限制，但是只适用于用 户小的场合
无中心的密钥控制
用户A和B建立会话密钥的过程
1. Request||N1
基于密码算法的随机数产生器
• 数的随机性和精度不够 • 这些设备很难联入网络
伪随机数产生器-线性同余法
参数：
模数m (m>0) 乘数a (0≤a<m) 增量c (0≤c<m) 初值种子X0(0≤X0<0)
a,c,m的取值是 产生高质量随 机数的关键
X n1 (aX n c) mod m
密钥分配的基本方法
• 两个用户在使用单钥体制进行通信时，必 须预先共享秘密密钥，并且应当时常更新， 用户A和B共享密钥的方法主要有
–A选取密钥并通过物理手段发送给B –第三方选取密钥并通过物理手段发送给A和B –A,B事先已有一密钥，其中一方选取新密钥，
用已有密钥加密新密钥发送给另一方 –A和B分别与第三方C有一保密信道，C为A，B
简单分配
1.PKA||IDA
A
B
2. EPKA [KS ]
易受到主动攻击
1.PKA||IDA
2.PKE||IDA
A
攻击者E
B
4. EPKA [KS ]
3. EPKE [KS ]
用公钥加密分配单钥密码体制的 密钥
具有保密性和认证性的密钥分配
1. EPKB [N1 || IDA ]
2. EPKA [N1 || N2 ]
安全起见，每次交换都用新的密钥。经济的做法 在一固定周期内对一定数目的业务使用同一会话 密钥。
无中心的密钥控制
• 有KDC时，要求所有用户信任KDC，并且 要求KDC加以保护。
• 无KDC时没有这种限制，但是只适用于用 户小的场合
无中心的密钥控制
用户A和B建立会话密钥的过程
1. Request||N1
基于密码算法的随机数产生器
密码学密钥分配和密钥管理
静态分配
一个有n个用户的系统，需实现两两之间通信
用户1 用户2 … 用户n
对称密钥配置
非对称密钥配置
K1-2,K1-3,…,K1-n n个用户公钥，用户1自己私钥
K2-1, K2-3,…,K2-n n个用户公钥，用户2自己私钥
Kn-1, Kn-2,…,Kn-n-1 n个用户公钥，用户n自己私钥
• n个用户，需要n(n-1)/2个共享密钥
Simple secret key distribution
•Merkle的建议:[Merkle 79]
A生成{PKa,SKa}, AB: (IDA,PKa) B生成随机密钥Ks, BA: EPKa(Ks) A解密EPKa(Ks)得到Ks: DSKa(EPKa(Ks)) A丢弃{PKa,SKa},B丢弃PKa •通讯前不需存在密钥,通讯后也不存在密钥 •能抵抗偷听,不能抵抗主动攻击(中间人攻击)
Merkle协议的中间人攻击
A生成{PKa,SKa}, AB: (IDA,PKa) E截获,生成{PKe,SKe}冒充AB: (IDA,PKe) B生成随机密钥Ks, BA: EPKe(Ks) E截获,解密后再用EPKa加密KsA: EPKa(Ks) A丢弃{PKa,SKa},B丢弃PKa •E获得了Ks,故以后只需进行窃听. •A,B并不知晓它们被攻击了
对于面向连接的协议，在连接还未建立或断开时，会 话密钥的有效期可以延长。而每次连接时，都应该使用新 的会话密钥。如果逻辑连接的时间长，则应定期更换会话 密钥。
对于无连接的协议（如面向业务的协议），无法决定 更换密钥的频率。为安全起见，用户每进行一次交换，都 要使用新的会话密钥。这又影响了协议本身的优势，因此 最好的办法是在一固定的周期内或对一定数目的业务使用 同一会话密钥。
密钥分配与管理PPT精选文档
需要几个特别大的密钥分配中心，每个密钥分配中心 都同几乎所有终端共享主密钥。然而各个单位往往希 望自己来选择或建立自己的密钥分配中心。
2020/10/7
13
解决办法
为解决这种情况，同时支持没有共同密钥分配中 心的终端之间的密钥信息的传输，我们可以建立 一系列的密钥分配中心，各个密钥分配中心之间 存在层次关系。各个密钥分配中心按一定的方式 进行协作，这样，一方面主密钥分配所涉及的工 作量减至最少，另一方面也可以使得某个KDC失效 时，只影响其管辖的区域，而不至于影响整个网 络。
要使公开加密有效地进行，信息接收的一方必须发布其 公开密钥，同时要防止其私有密钥被其他人获得。
2020/10/7
7
密钥分配的四种方法
(1)密钥可以由A选定，然后通过物理的方法安全地传递给B。
(2) 密钥可以由可信任的第三方C选定，然后通过物理的方 法安全地传递给A和B。 上述方法由于需要对密钥进行人工传递，对于大量连接的 现代通信而言，显然不适用。
目前这方面的主流技术是密钥分配中心KDC技术。我们 假定每个通信方与密钥分配中心KDC之间都共享一个惟一 的主密钥，并且这个惟一的主密钥是通过其他安全的途径 传递的。
2020/10/7
10
密钥分配中心KDC的密钥分配方案
(1) AKDC：IDa || IDb || N1 (2) KDCA：EKa[Ks || IDa|| IDb ||N1||EKb[Ks||IDa]]
2020/10/7
12
问题
单个密钥分配中心KDC无法支持大型的通信网络。 每两个可能要进行安全通信的终端都必须同某个 密钥分配中心共享主密钥。当通信的终端数量很 大时，将出现这样的情况：
每个终端都要同许多密钥分配中心共享主密钥，增加 了终端的成本和人工分发密钥分配中心和终端共享的 主密钥的成本。
2020/10/7
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解决办法
为解决这种情况，同时支持没有共同密钥分配中 心的终端之间的密钥信息的传输，我们可以建立 一系列的密钥分配中心，各个密钥分配中心之间 存在层次关系。各个密钥分配中心按一定的方式 进行协作，这样，一方面主密钥分配所涉及的工 作量减至最少，另一方面也可以使得某个KDC失效 时，只影响其管辖的区域，而不至于影响整个网 络。
要使公开加密有效地进行，信息接收的一方必须发布其 公开密钥，同时要防止其私有密钥被其他人获得。
2020/10/7
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密钥分配的四种方法
(1)密钥可以由A选定，然后通过物理的方法安全地传递给B。
(2) 密钥可以由可信任的第三方C选定，然后通过物理的方 法安全地传递给A和B。 上述方法由于需要对密钥进行人工传递，对于大量连接的 现代通信而言，显然不适用。
目前这方面的主流技术是密钥分配中心KDC技术。我们 假定每个通信方与密钥分配中心KDC之间都共享一个惟一 的主密钥，并且这个惟一的主密钥是通过其他安全的途径 传递的。
2020/10/7
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密钥分配中心KDC的密钥分配方案
(1) AKDC：IDa || IDb || N1 (2) KDCA：EKa[Ks || IDa|| IDb ||N1||EKb[Ks||IDa]]
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问题
单个密钥分配中心KDC无法支持大型的通信网络。 每两个可能要进行安全通信的终端都必须同某个 密钥分配中心共享主密钥。当通信的终端数量很 大时，将出现这样的情况：
每个终端都要同许多密钥分配中心共享主密钥，增加 了终端的成本和人工分发密钥分配中心和终端共享的 主密钥的成本。
5-密钥分配与管理
分散式密钥分配具体步骤
(2) BA：EMKm[Ks||IDa||IDb||f(N1)||N2] B使用—个用A和B之间共享的主密钥加密 的报文进行响应。响应的报文包括B产生 的会话密钥、A的标识符IDa、B的标识符 IDb、 f(N1)的值和另一个现时N2 。 (3) AB：EKs[f(N2)] A使用B产生的会话密钥Ks对f(N2)进行加 密，返回给B。
(2) BA：EKUa[N1||N2] B返回一个用A的公开密钥KUa加密的报 文给A，报文内容包括A的现时值N1和B新 产生的现时值N2。因为只有B才可以解密(1) 中的报文，报文(2)中的N1存在使得A确信 对方是B。
(3) AB：EKUb[N2] A返回一个用B的公开密钥KUb加密的报文给B，因为只 有A才可以解密(2)中的报文，报文(3)中的N2存在使得B 确信对方是A。 (4) AB：EKUb[ EKRa[Ks]]
四种方式
1. 2. 3. 4. 公开密钥的公开宣布 公开可用目录 公开密钥管理机构 公开密钥证书
四种方式
1. 公开密钥的公开宣布 公开密钥加密的关键就是公开密钥是公开的。任 何参与者都可以将他的公开密钥发送给另外任何 一个参与者，或者把这个密钥广播给相关人群， 比如PGP (pretty good privacy)。 致命的漏洞：任何人都可以伪造一个公开的告示， 冒充其他人，发送一个公开密钥给另一个参与者 或者广播这样—个公开密钥。
每个通信方都必须保存多达(n一1)个主密 钥，但是需要多少会话密钥就可以产生多 少。同时，使用主密钥传输的报文很短， 所以对主密钥的分析也很困难。
公开加密密钥的分配
公开加密密钥的分配要求和常规加密密钥 的分配要求有着本质的区别。公开密钥技 术使得密钥较易分配，但它也有自己的问 题。无论网络上有多少人，每个人只有一 个公开密钥。获取一个人的公开密钥有如 下四种途径：
精品课件-应用密码学-13-密钥管理
DKs [TA ] f (N2 )
检查f(N2)
密钥分配(单向认证协议) 共享密钥 Ka
A
KS：一次性会话密钥
N1：随机数
B
Ka,Kb：A与B和KDC的共享密钥
KDC
共享密钥 Kb
① A→KDC：IDa‖IDb‖N1 ② KDC→A：EKa[KS‖IDb‖N1‖EKb[KS‖IDA]] ③ A→B：EKb[KS‖IDa]‖EKs[M]
C通常被称为KDC（密钥分配中心）
密钥分配
（1）无中心的密钥分配 KAB为两个用户A和B的共享密钥加密密钥,A与B建立会话密钥Ks需
经过以下3步: ① A向B发出建立会话密钥的请求和一个一次性随机数N1. ② B用与A共享的密钥KAB对应答的消息加密，并发送给A;应答
的消息中有B选取的会话密钥、B的身份、f(N1)和另一个一次 性随机数N2. ③ A使用新建立的会话密钥KS对f(N2)加密后返回给B.
5
密钥管理简介
• 密钥生成 • 密钥的大小与产生机制直接影响密码系统的安全，所以，对
于一个密码体制，如何产生好的密钥是很关键的，密钥生成 是密钥生命周期的基础阶段。 • 1) 密钥的生成一般首先通过密钥生成器借助于某种噪声源 产生具有较好统计分析特性的序列，以保障生成密钥的随机 性和不可预测性，然后再对这些序列进行各种随机性检验以 确保其具有较好的密码特性。 • 2) 用户可以自己生成所需的密钥，也可以从可信中心或密 钥管理中心申请，密钥长度要适中。 • 3) 不同的密码体制，其密钥的具体生成方法一般是不相同 的，与相应的密码体制或标准相联系。
• 密钥销毁：对于不再需要使用的密钥，要将其所有复本销毁 ，而不能再出现。
一般的层次化的密钥结构
密钥管理
生成KS
EKE(KS) A B 求出KS
（2）明传密用
生成R R A
计算KS=EKE(R) 计算KS=EKE(R)
B
二、密钥分配基本技术
（3）密钥合成
生成R1 A 求出 R2 KS R1 R2 EKE(R2)
EKE(R1)
B
生成R2
求出R1
KS R1 R2
这里“”表示某种合成算法，一般采用的是杂凑函数。
c ,tg s
二、密钥分配基本技术
（2）会话密钥（Session Key） 在一次通话或交换数据时使用的密钥。通 常与基本密钥相结合对消息进行加密，且一报 一换。
一、密钥管理概述
（3）密钥加密密钥（Key Encrypting Key）
对会话密钥进行加密保护的密钥。又称辅助
（二级）密钥(Secondary Key)或密钥传送密钥
(key Transport key)。
目标：为用户建立用于相互间保密通信的密钥。 密钥分配要解决安全问题和效率问题。如果不 能确保安全，则使用密码的各方得到的密钥就不能 使用；如果不能将密钥及时送达，将不能对用户信 息系统使用密码进行及时的保障。
一、密钥管理概述
密钥分配手段包括人工分配和技术分配。 人工分配是通过可靠的人员来完成密钥的 分配。又称线外式分配 。 技术分配是利用密码技术来完成密钥的分 配。又称自动分配、在线分配或线内式分配。
c ,tg s
二、密钥分配基本技术
EKtg s ：用AS与TGS共享的密钥加密， 防止被篡改
Kc,tgs：TGS可理解的会话密钥副本，用于脱密身份 验证码Arc,tgs，从而验证票据 IDc ：指明该票据的合法拥有者 ADc ：防止在另一台工作站上使用该票据的人不是 票据的初始申请者 IDtgs ：使服务器确信脱密正确 TS2： 通知TGS此票据发出的时间 Lifetime2：防止过期的票据重放
EKE(KS) A B 求出KS
（2）明传密用
生成R R A
计算KS=EKE(R) 计算KS=EKE(R)
B
二、密钥分配基本技术
（3）密钥合成
生成R1 A 求出 R2 KS R1 R2 EKE(R2)
EKE(R1)
B
生成R2
求出R1
KS R1 R2
这里“”表示某种合成算法，一般采用的是杂凑函数。
c ,tg s
二、密钥分配基本技术
（2）会话密钥（Session Key） 在一次通话或交换数据时使用的密钥。通 常与基本密钥相结合对消息进行加密，且一报 一换。
一、密钥管理概述
（3）密钥加密密钥（Key Encrypting Key）
对会话密钥进行加密保护的密钥。又称辅助
（二级）密钥(Secondary Key)或密钥传送密钥
(key Transport key)。
目标：为用户建立用于相互间保密通信的密钥。 密钥分配要解决安全问题和效率问题。如果不 能确保安全，则使用密码的各方得到的密钥就不能 使用；如果不能将密钥及时送达，将不能对用户信 息系统使用密码进行及时的保障。
一、密钥管理概述
密钥分配手段包括人工分配和技术分配。 人工分配是通过可靠的人员来完成密钥的 分配。又称线外式分配 。 技术分配是利用密码技术来完成密钥的分 配。又称自动分配、在线分配或线内式分配。
c ,tg s
二、密钥分配基本技术
EKtg s ：用AS与TGS共享的密钥加密， 防止被篡改
Kc,tgs：TGS可理解的会话密钥副本，用于脱密身份 验证码Arc,tgs，从而验证票据 IDc ：指明该票据的合法拥有者 ADc ：防止在另一台工作站上使用该票据的人不是 票据的初始申请者 IDtgs ：使服务器确信脱密正确 TS2： 通知TGS此票据发出的时间 Lifetime2：防止过期的票据重放
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静态分配
一个有n个用户的系统，需实现两两之间通信
用户1 用户2 … 用户n
对称密钥配置
非对称密钥配置
K1-2,K1-3,…,K1-n n个用户公钥，用户1自己私钥
K2-1, K2-3,…,K2-n n个用户公钥，用户2自己私钥
Kn-1, Kn-2,…,Kn-n-1 n个用户公钥，用户n自己私钥
• n个用户，需要n(n-1)/2个共享密钥
通常把密钥分为两大类型，即数据加密密 钥和密钥加密密钥。
密钥加密密钥又可分为：
主密钥：对现有的密钥或存储在主机中的 密钥加密，加密对象初级密钥和二级密钥。
初级密钥：用来保护数据的密钥。它也叫 数据加密/解密密钥。当初级密钥用来进行 通讯保护时，叫做通讯密钥。用来保护文 件时叫做文件密钥。
二级密钥：它是用来加密保护初级密钥的密钥。
n=100 时， C(100,2)=4,995 n=5000时， C(500,2)=12,497,500
（2）数字签名的问题 传统加密算法无法实现抗抵赖的需求。
概述
从理论上说，密钥也是数据，不过它是用来 加密其它数据的数据，因此，在密码学的研 究中，不妨把密钥数据与一般数据区分开来。 在设计密码系统时，对于密钥必须考虑以下 问题：
动态分配
中心化的密钥管理方式，由一个可信赖的联机服务器作为 密钥分配中心（KDC）或密钥转递中心（KTC）
KDC
① ②
K
KTC
① ② ③
K
K
A
B
③
K
A
B
（a）
KTC
① ②
K K
A
B
K
③
KTC
K K
①
②
现代密码学第5章
1.PKA||IDA
2.PKE||IDA
A
攻击者E
B
4. EPKA [KS ]
3. EPKE [KS ]
3/26/2020
21
用公钥加密分配单钥密码体制 的密钥
具有保密性和认证性的密钥分配
1.
EPKB [N1 || IDA ]
2. EPKA [N1 || N2 ]
A
B
3. EPKB [N2 ]
4. EPKB [ESK A [KS ]]
－CA的私钥 时戳T保证证书的新鲜性，防止重放旧证书。
3/26/2020
19
证书的产生过程
产生密钥
公开钥
秘密钥 用户的计算机
姓名 证书
3/26/2020
CA的公开钥
CA的秘密钥 签字 CA的计算机
20
用公钥加密分配单钥密码体制 的密钥
简单分配
1.PKA||IDA
A
B
2. EPKA [KS ]
易受到主动攻击
用户B
3/26/2020
23
密钥托管
Key Escrow
3/26/2020
24
密钥托管
也称托管加密，其目的在于保证个人没 有绝对的银丝和绝对不可跟踪的匿名性。
实现手段是把已加密的数据和数据恢复 密钥联系起来。
由数据恢复密钥可以得到解密密钥，由 所信任的委托人持有。
提供了一个备用的解密途径，不仅对政 府有用，也对用户自己有用。
3/26/2020
39
噪声源技术 (了解)
噪声源输出的随机数序列按照产生的方法可以分为： 伪随机序列：用数学方法和少量的种子密钥产生的周 期很长的随机序列。
伪随机序列一般都有良好的能经受理论检验的随机统计特性，但 是当序列的长度超过了唯一解距离时，就成了一个可预测 的序列。
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第五章 密钥分配与密钥管理
单钥加密体制的密钥分配 公钥加密体制的密钥管理 密钥托管 随机数的产生 秘密分割
问题的提出
建立安全的密码系统要解决的一个赖手的问 题就是密钥的管理问题。即使密码体制的算 法是计算上的安全，如果缺泛对密钥的管理， 那么整个系统仍然是脆弱的。
（1）密钥管理量的困难 传统密钥管理：两两分别用一对密钥时，则n个用
KKMs保护KKs的传输，用KKs保护KDs的传输。
主密钥是通信双方长期建立密钥关系的基础， 是用户和密钥分配中心的共享密钥。
用主密钥对所有初级密钥加密，使它们在密 码装置之外也受到保护。
象这样用一个密钥保护许多其他密钥的方 法，在密码学中叫主密钥原理。
它从本质上把保护大量密钥的问题，简 化成了集中保护和使用一个密钥问题。
随着DES的广泛应用带来了一些研究话题，比如 如何管理DES密钥。从而导致了ANSI X9.17标准 的发展，该标准于1985年完成，是有关金融机构 密钥管理的一个标准。
金融机构密钥管理需要通过一个多级层次密钥 机构来实现。
ANSI X9.17三层密钥层次结构： 1）主密钥（KKMs），通过手工分配； 2）密钥加密密钥（KKs），通过在线分配； 3）数据密钥（KDs）。
通常把密钥分为两大类型，即数据加密密 钥和密钥加密密钥。
密钥加密密钥又可分为：
主密钥：对现有的密钥或存储在主机中的 密钥加密，加密对象初级密钥和二级密钥。
初级密钥：用来保护数据的密钥。它也叫 数据加密/解密密钥。当初级密钥用来进行 通讯保护时，叫做通讯密钥。用来保护文 件时叫做文件密钥。
二级密钥：它是用来加密保护初级密钥的密钥。
信鸽
K5
k1 k2 k3
k4 k5
k1 k2 k3
k4 k5
两种密钥分配技术
名
特点
称
优点
缺点
适用范围
静 是一种由中心以脱 安全性好，是长 必须解决密钥的 静态分发只
态 线方式预分配的技 期沿用的传统密 存储技术 能以集中式
分 术，是“面对面” 钥管理技术
机制存在
配
的分发，
动 是“请求—分发” 态 的在线分发技术 分 配
/或B N个用户集需要N(N-1)/2个共享密钥
密钥分发中心
密钥分发中心(Key Distribution Center) 每个用户与KDC有共享密钥(Master Key) N个用户,KDC只需分发N个Master Key 两个用户间通信用会话密钥(Session Key) 用户必须信任KDC KDC能解密用户间通信的内容
• n个用户，需要n(n-1)/2个共享密钥
动态分配
中心化的密钥管理方式，由一个可信赖的联机服务器作为 密钥分配中心（KDC）或密钥转递中心（KTC）
KDC
① ②
K
KTC
①
②
③
K
K
A
B
③
K
A
B
（a）
KTC
①
②
K K
A
B
K
③
KTC
K K
①
②
A
供安全的密钥分配服务
网络中的主机具有相同的地位，他们之 间的密钥分配取决于他们之间的协商
动态分发 时，中心 服务器必 须随时都 是在线的
但DiffieHellman密 钥交换协 议没有提 供鉴别机 制，不能 抵抗中间
人攻击
Kerboros协 议
比较著名的 有Diffie-
Hellman密钥 交换协议
需要有专门的协 有中心和无 议的支持 中心的机制 都可以采用
两种密钥分配体制
名称
特点
缺点
代表
集中 式
分布 式
集中式分配是引入一个中心服务器（通 常称作密钥分配中心或KDC），在这个 体系中，团体中的任何一个实体与中心 服务器共享一个密钥。在这样的系统中， 需要存储的密钥数量和团体的人数量差 不多，KDC接受用户的请求，为用户提
1.系统的那些地方要用到密钥，它们是如何 设置和安装在这些地方.
2.密钥预计使用期限是多长，每隔多久需要 更换一次密钥。
3.密钥在系统的什么地方。
4.如何对密钥进行严格的保护。
为了产生可靠的总体安全设计，对于不同 的密钥应用场合，应当规定不同类型的密 钥，所以根据密钥使用场合的不同，可以 把密钥分成不同的等级。
这实际上也是数据加密思想的进一步深 化。从原则上说，数据加密就是把保护大量 数据的问题简化为保护和使用少量数据的问 题。
主密钥的分配方式
利用安全信道实现
－（1）直接面议或通过可靠信使递送
－（2）将密钥分拆成几部分分别传送
发送方 分解密钥
信使 K1
挂号信 K2
接收方 组合密钥
特快专递
K3
电话
K4
密钥保护的基本原则： 密钥永远不可以以明文的形式出现在密码装置 之外。 密码装置是一种保密工具，即可以是硬件，也 可以是软件。
密钥分配 （Key Distribution）
• 保密通信双方需共享密钥 • 共享密钥要经常更换 • 分配方式： – A选择密钥并手工传递给B – 第三方C选择密钥分别手工传递给A,B – 用A,B原有共享密钥传送新密钥 – 与A,B分别有共享密钥的第三方C传送新密钥给A和
静态分配
一个有n个用户的系统，需实现两两之间通信
用户1 用户2 … 用户n
对称密钥配置
非对称密钥配置
K1-2,K1-3,…,K1-n n个用户公钥，用户1自己私钥
K2-1, K2-3,…,K2-n n个用户公钥，用户2自己私钥
Kn-1, Kn-2,…,Kn-n-1 n个用户公钥，用户n自己私钥
户需要C(n,2)=n(n-1)/2个密钥，当用户量增大时，密 钥空间急剧增大。如:
n=100 时， C(100,2)=4,995 n=5000时， C(500,2)=12,497,500
（2）数字签名的问题 传统加密算法无法实现抗抵赖的需求。
概述
从理论上说，密钥也是数据，不过它是用来 加密其它数据的数据，因此，在密码学的研 究中，不妨把密钥数据与一般数据区分开来。 在设计密码系统时，对于密钥必须考虑以下 问题：
密钥分配方案
基于对称密码体制的密钥分配 基对称密码体制的密钥分配
对称密码体制的主要商业应用起始于八十年代早 期，特别是在银行系统中，采纳了DES标准和银 行工业标准ANSI数据加密算法(DEA)。实际上， 这两个标准所采用的算法是一致的。
单钥加密体制的密钥分配 公钥加密体制的密钥管理 密钥托管 随机数的产生 秘密分割
问题的提出
建立安全的密码系统要解决的一个赖手的问 题就是密钥的管理问题。即使密码体制的算 法是计算上的安全，如果缺泛对密钥的管理， 那么整个系统仍然是脆弱的。
（1）密钥管理量的困难 传统密钥管理：两两分别用一对密钥时，则n个用
KKMs保护KKs的传输，用KKs保护KDs的传输。
主密钥是通信双方长期建立密钥关系的基础， 是用户和密钥分配中心的共享密钥。
用主密钥对所有初级密钥加密，使它们在密 码装置之外也受到保护。
象这样用一个密钥保护许多其他密钥的方 法，在密码学中叫主密钥原理。
它从本质上把保护大量密钥的问题，简 化成了集中保护和使用一个密钥问题。
随着DES的广泛应用带来了一些研究话题，比如 如何管理DES密钥。从而导致了ANSI X9.17标准 的发展，该标准于1985年完成，是有关金融机构 密钥管理的一个标准。
金融机构密钥管理需要通过一个多级层次密钥 机构来实现。
ANSI X9.17三层密钥层次结构： 1）主密钥（KKMs），通过手工分配； 2）密钥加密密钥（KKs），通过在线分配； 3）数据密钥（KDs）。
通常把密钥分为两大类型，即数据加密密 钥和密钥加密密钥。
密钥加密密钥又可分为：
主密钥：对现有的密钥或存储在主机中的 密钥加密，加密对象初级密钥和二级密钥。
初级密钥：用来保护数据的密钥。它也叫 数据加密/解密密钥。当初级密钥用来进行 通讯保护时，叫做通讯密钥。用来保护文 件时叫做文件密钥。
二级密钥：它是用来加密保护初级密钥的密钥。
信鸽
K5
k1 k2 k3
k4 k5
k1 k2 k3
k4 k5
两种密钥分配技术
名
特点
称
优点
缺点
适用范围
静 是一种由中心以脱 安全性好，是长 必须解决密钥的 静态分发只
态 线方式预分配的技 期沿用的传统密 存储技术 能以集中式
分 术，是“面对面” 钥管理技术
机制存在
配
的分发，
动 是“请求—分发” 态 的在线分发技术 分 配
/或B N个用户集需要N(N-1)/2个共享密钥
密钥分发中心
密钥分发中心(Key Distribution Center) 每个用户与KDC有共享密钥(Master Key) N个用户,KDC只需分发N个Master Key 两个用户间通信用会话密钥(Session Key) 用户必须信任KDC KDC能解密用户间通信的内容
• n个用户，需要n(n-1)/2个共享密钥
动态分配
中心化的密钥管理方式，由一个可信赖的联机服务器作为 密钥分配中心（KDC）或密钥转递中心（KTC）
KDC
① ②
K
KTC
①
②
③
K
K
A
B
③
K
A
B
（a）
KTC
①
②
K K
A
B
K
③
KTC
K K
①
②
A
供安全的密钥分配服务
网络中的主机具有相同的地位，他们之 间的密钥分配取决于他们之间的协商
动态分发 时，中心 服务器必 须随时都 是在线的
但DiffieHellman密 钥交换协 议没有提 供鉴别机 制，不能 抵抗中间
人攻击
Kerboros协 议
比较著名的 有Diffie-
Hellman密钥 交换协议
需要有专门的协 有中心和无 议的支持 中心的机制 都可以采用
两种密钥分配体制
名称
特点
缺点
代表
集中 式
分布 式
集中式分配是引入一个中心服务器（通 常称作密钥分配中心或KDC），在这个 体系中，团体中的任何一个实体与中心 服务器共享一个密钥。在这样的系统中， 需要存储的密钥数量和团体的人数量差 不多，KDC接受用户的请求，为用户提
1.系统的那些地方要用到密钥，它们是如何 设置和安装在这些地方.
2.密钥预计使用期限是多长，每隔多久需要 更换一次密钥。
3.密钥在系统的什么地方。
4.如何对密钥进行严格的保护。
为了产生可靠的总体安全设计，对于不同 的密钥应用场合，应当规定不同类型的密 钥，所以根据密钥使用场合的不同，可以 把密钥分成不同的等级。
这实际上也是数据加密思想的进一步深 化。从原则上说，数据加密就是把保护大量 数据的问题简化为保护和使用少量数据的问 题。
主密钥的分配方式
利用安全信道实现
－（1）直接面议或通过可靠信使递送
－（2）将密钥分拆成几部分分别传送
发送方 分解密钥
信使 K1
挂号信 K2
接收方 组合密钥
特快专递
K3
电话
K4
密钥保护的基本原则： 密钥永远不可以以明文的形式出现在密码装置 之外。 密码装置是一种保密工具，即可以是硬件，也 可以是软件。
密钥分配 （Key Distribution）
• 保密通信双方需共享密钥 • 共享密钥要经常更换 • 分配方式： – A选择密钥并手工传递给B – 第三方C选择密钥分别手工传递给A,B – 用A,B原有共享密钥传送新密钥 – 与A,B分别有共享密钥的第三方C传送新密钥给A和
静态分配
一个有n个用户的系统，需实现两两之间通信
用户1 用户2 … 用户n
对称密钥配置
非对称密钥配置
K1-2,K1-3,…,K1-n n个用户公钥，用户1自己私钥
K2-1, K2-3,…,K2-n n个用户公钥，用户2自己私钥
Kn-1, Kn-2,…,Kn-n-1 n个用户公钥，用户n自己私钥
户需要C(n,2)=n(n-1)/2个密钥，当用户量增大时，密 钥空间急剧增大。如:
n=100 时， C(100,2)=4,995 n=5000时， C(500,2)=12,497,500
（2）数字签名的问题 传统加密算法无法实现抗抵赖的需求。
概述
从理论上说，密钥也是数据，不过它是用来 加密其它数据的数据，因此，在密码学的研 究中，不妨把密钥数据与一般数据区分开来。 在设计密码系统时，对于密钥必须考虑以下 问题：
密钥分配方案
基于对称密码体制的密钥分配 基对称密码体制的密钥分配
对称密码体制的主要商业应用起始于八十年代早 期，特别是在银行系统中，采纳了DES标准和银 行工业标准ANSI数据加密算法(DEA)。实际上， 这两个标准所采用的算法是一致的。