安全协议设计与分析 -第2章-下
安全协议分析与设计课程设计
安全协议分析与设计课程设计1. 课程概述本课程旨在介绍安全协议的基本概念、常用协议、安全协议的分析与设计方法及相应工具。
学生将熟悉安全协议的概念并掌握安全协议的分析与设计方法。
具体内容包括:1.安全协议的基本概念2.常用安全协议分析与设计方法3.安全协议分析工具4.安全协议设计实例2. 学习目标1.了解安全协议的基本概念、发展历程和应用情况。
2.熟练掌握安全协议的分析与设计方法、算法、工具、流程。
3.具备对常见安全协议进行分析和评估的能力。
4.能够分析和设计安全协议的典型实例，具备解决实际问题的能力。
3. 教学内容3.1 安全协议的基本概念1.安全通信的概念2.安全协议的作用和种类3.常用安全协议简介3.2 常用安全协议分析与设计方法1.安全协议分析方法论2.PET模型分析3.符号演算法4.形式化方法3.3 安全协议分析工具1.Scyther2.OFMC3.AVISPA4.Tamarin3.4 安全协议设计实例1.TLS安全协议分析与设计2.IPSec安全协议分析与设计3.Kerberos安全协议分析与设计4.SSH安全协议分析与设计4. 实验内容1.安全协议分析与设计算法实现2.安全协议实现与测试3.Scyther、OFMC、AVISPA、Tamarin工具实践4.开源安全协议分析工具使用案例研究5. 课程评估1.项目作业（40%）：完成安全协议的分析与设计实验与报告撰写。
2.课堂讨论（20%）：正式课程授课期间，积极参加课堂讨论。
3.考试（40%）：期末考试，测试学生对协议的理解、分析和设计能力。
6. 参考教材1.《信息安全协议分析与设计》2.《形式化方法在安全协议分析中的应用》3.《计算机网络安全技术及其应用》4.《信息安全原理与实践》7. 结束语通过本课程的学习，学生将会深入理解网络安全协议的作用和价值，掌握安全协议的分析与设计方法，了解主流的安全协议设计实践，培养解决实际问题的能力。
同时，通过教师授课，学生的信息安全认识将得到进一步提高，为以后的信息安全工作打下坚实的基础。
网络环境下数字图像版权保护安全协议的设计与分析
安全协议分析课程设计
安全协议分析课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解安全协议的基本概念，掌握常见的安全协议类型及其工作原理；2. 掌握安全协议中的加密、认证、完整性验证等关键技术；3. 了解安全协议在现实生活中的应用场景，认识到信息安全的重要性。
技能目标：1. 能够分析并描述安全协议的优缺点，对不同场景下的安全需求提出合理的安全协议设计方案；2. 学会运用加密、认证等技术对安全协议进行分析和改进，提高信息安全防护能力；3. 能够运用所学知识解决实际问题，具备一定的安全协议设计和应用能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息安全领域的兴趣，激发他们主动探究安全协议相关知识的热情；2. 增强学生的网络安全意识，使他们养成良好的信息安全行为习惯；3. 培养学生的团队协作精神，提高他们在实际项目中分析和解决问题的能力。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，以实用性为导向，注重理论与实践相结合。
通过本课程的学习，学生将能够掌握安全协议的基本知识，具备一定的安全协议设计和应用能力，同时培养良好的信息安全素养和团队协作精神。
为实现课程目标，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 安全协议概述：介绍安全协议的定义、作用、发展历程及分类；- 教材章节：第一章 安全协议基础2. 安全协议关键技术：讲解加密、认证、完整性验证、密钥管理等技术；- 教材章节：第二章 安全协议关键技术3. 常见安全协议分析：- 对称加密协议：如AES、DES等；- 非对称加密协议：如RSA、ECC等；- 认证协议：如SSL/TLS、SSH等；- 教材章节：第三章 常见安全协议分析4. 安全协议应用场景：介绍安全协议在网络安全、移动通信、电子商务等领域的应用；- 教材章节：第四章 安全协议应用5. 安全协议设计与改进：分析现有安全协议的优缺点，提出改进方案，提高信息安全防护能力；- 教材章节：第五章 安全协议设计与改进6. 实践案例分析：结合实际案例，分析安全协议在现实中的应用，培养学生的实际操作能力；- 教材章节：第六章 安全协议实践案例分析教学内容安排和进度：第1周：安全协议概述第2-3周：安全协议关键技术第4-5周：常见安全协议分析第6周：安全协议应用场景第7-8周：安全协议设计与改进第9周：实践案例分析三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：通过教师对安全协议基本概念、关键技术、应用场景等进行系统讲解，帮助学生建立完整的知识体系。
安全协议课程设计
安全协议课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解安全协议的基本概念，掌握网络安全的基础知识。
2. 学生能够列举常见的安全协议，并解释其工作原理。
3. 学生掌握安全协议在保护个人隐私和网络安全中的作用。
技能目标：1. 学生能够分析网络环境中的潜在风险，运用安全协议进行防范。
2. 学生能够独立配置和使用安全协议，提高网络安全防护能力。
3. 学生通过小组合作，解决网络安全问题，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生认识到网络安全的重要性，树立安全意识，自觉遵守网络道德规范。
2. 学生在学习和生活中，养成保护个人隐私、尊重他人隐私的良好习惯。
3. 学生通过学习安全协议，培养团队协作精神，增强对网络安全的责任感。
课程性质：本课程为信息技术课程，结合学生年级特点，注重理论与实践相结合，培养学生的网络安全意识和实际操作能力。
学生特点：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的年级，对网络安全有一定了解，但缺乏系统学习和实际操作经验。
教学要求：教师应采用案例教学、小组合作等方法，引导学生主动参与，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握安全协议的基本知识和技能，提高网络安全防护意识。
二、教学内容1. 安全协议概述- 安全协议的定义与作用- 常见安全协议的分类2. 安全协议的工作原理- 对称加密和非对称加密原理- 数字签名和证书- SSL/TLS协议的工作流程3. 常见安全协议介绍- HTTPS协议- SSH协议- VPN协议- Wi-Fi保护访问（WPA）协议4. 安全协议的实际应用- 在线支付中的安全协议- 跨境电子商务中的安全协议- 移动通信中的安全协议5. 安全协议的配置与使用- 如何配置SSL/TLS协议- 如何使用SSH协议进行远程登录- 如何设置Wi-Fi保护访问（WPA）协议6. 网络安全案例分析- 分析网络安全事故案例，了解安全协议的重要性- 学习如何运用安全协议防范网络攻击教学内容安排和进度：第1课时：安全协议概述、工作原理第2课时：常见安全协议介绍第3课时：安全协议的实际应用第4课时：安全协议的配置与使用第5课时：网络安全案例分析教学内容与教材关联性：本教学内容与教材中关于网络安全、安全协议的章节相关，结合教材内容，系统地组织教学，使学生在掌握理论知识的同时，提高实际操作能力。
网络安全协议的设计与实现
网络安全协议的设计与实现【Introduction】随着网络技术的不断发展，网络安全面临着新的挑战。
为了保护网络上的数据，网络安全协议的设计与实现变得至关重要。
本文将探讨网络安全协议的设计与实现，并提出一些解决方案。
【基本概念】网络安全协议是在计算机网络之间通信时使用的协议。
它确保了数据的机密性、完整性和可用性，以防止网络威胁和攻击。
其中最常见的网络安全协议有SSL/TLS、IPSec、SSH、WEP/WPA/WPA2等。
这些协议都使用了基本的加密和认证方法，包括对称加密、公钥加密、数字签名和哈希函数。
【加密算法】在网络安全协议中，加密算法是最基本的组成部分。
对称加密算法和公钥加密算法是常用的加密算法。
对称密钥算法使用相同的密钥来加密和解密数据，而公钥加密算法使用一对公私钥来加密和解密数据。
对称加密算法包括DES、3DES、AES等。
DES是最早的对称密钥算法，但它已经被认为是不安全的。
3DES是DES的改进版，提供更强的安全性。
AES是一种先进的对称密钥算法，具有非常高的安全性。
公钥加密算法包括RSA、DSA、ECC等。
RSA是最常用的公钥加密算法之一，它使用两个密钥来加密和解密数据。
DSA是数字签名算法，用于验证电子文档的可靠性。
ECC是一种先进的公钥加密算法，它使用椭圆曲线来加密和解密数据，具有更高的安全性和效率。
【认证机制】除了加密，认证也是网络安全协议中的重要组成部分。
认证机制用于验证用户的身份和数据的来源。
数字证书是一个常见的认证机制，它允许用户通过数字签名来验证身份和数据来源。
数字证书主要包括X.509证书和PGP证书。
X.509证书是最常见的数字证书之一，用于验证SSL/TLS、IPSec和其他安全协议。
PGP证书用于验证电子邮件和文件的身份和来源。
【安全攻击】在网络安全协议的设计和实现过程中，安全攻击是需要考虑的因素。
常见的安全攻击包括拒绝服务攻击、中间人攻击和密码分析攻击等。
物联网系统安全协议的分析与设计
物联网系统安全协议的分析与设计物联网是信息化的新形态，它是通过将各种物品、设备互联互通、数据共享和智能化管理，实现“万物互联”的信息化体系。
物联网的广泛应用、高度互联性和智能化程度使得物联网系统安全问题成为人们关注的重点。
因此，物联网系统安全协议的设计和分析需走在前沿，始终坚持安全第一的原则。
一、物联网系统安全威胁及风险评估随着技术的不断进步和物联网应用领域的扩大，诸如非法披露、篡改、劫持、窃取、拒绝服务等的安全威胁和攻击日益增多，导致物联网系统存在安全问题。
因此，必须对物联网系统进行风险评估和威胁分析，以规划和实施相应的安全协议。
风险评估是对物联网系统进行全面、系统地评估，识别、分类、评估和管理物联网系统中的安全风险，最终确定物联网系统中的风险等级和风险控制方案。
物联网系统存在的风险因素主要包括硬件设备、通信网络和应用软件等方面。
1、硬件设备安全风险物联网系统中的硬件设备涉及门禁、监控、能源、环境等一系列场景和传感器、装置等一系列设备，这些设备的软硬件系统有较高的风险。
当这些设备被侵入攻击者的控制下，可以随意地攻击和危害物联网系统。
例如，攻击者可以通过攻击门禁、监控、通讯设备，实现对敏感信息的窃取或篡改。
因此，硬件设备的安全风险是非常严重的，特别是在远程访问时，更需要加强硬件设备的安全措施。
2、通信网络安全风险物联网的内部网络通讯存在诸如窃听、攻击、篡改、劫持、拒绝服务等风险，其中，窃听和篡改威胁最为严重。
首先，攻击者可以通过分析物联网的数据包，实现对传播消息的窃取或篡改。
其次，攻击者可以通过自主构建仿制本地TPC/IP协议（甚至是物联网协议本身），实现传输通道上的篡改，从而实现对通讯渠道的完全控制。
再次，攻击者可以通过发起恶意OTA升级来控制物联网的终端设备，从而实现对设备的远程攻击。
因此，物联网通信网络的安全防护和加密是非常关键的。
3、应用软件安全风险应用软件安全风险主要包括应用程序的缺陷、漏洞和数据破坏等方面。
设计安全责任协议书
设计安全责任协议书甲方（设计方）：_____________________乙方（委托方）：_____________________鉴于甲方为乙方提供设计服务，乙方委托甲方进行特定项目的设计工作，为确保设计过程中的安全责任明确，特制定本协议。
一、甲方责任1. 甲方应确保其设计团队具备相应的专业资质和经验，以保证设计工作的专业性和安全性。
2. 甲方应遵守国家有关设计法规、标准和规范，确保设计成果符合安全要求。
3. 甲方应保证设计过程中使用的材料、设备等符合国家安全标准，不得使用不合格或不安全的产品。
4. 甲方在设计过程中应采取必要的安全措施，防止设计失误导致安全事故的发生。
5. 甲方应向乙方提供设计过程中的安全风险评估报告，并在必要时提供相应的安全建议。
二、乙方责任1. 乙方应向甲方提供真实、准确、完整的项目信息和设计要求。
2. 乙方应确保提供给甲方的设计条件和环境符合国家安全规定。
3. 乙方应按照甲方提供的设计方案和安全建议，进行后续的施工和生产活动。
4. 乙方应负责施工过程中的安全监督和管理，确保施工安全。
5. 乙方应承担因未按照甲方设计方案执行而产生的安全事故责任。
三、安全事故处理1. 如在设计过程中发生安全事故，甲方应立即采取措施控制事故影响，并及时通知乙方。
2. 双方应根据事故情况，共同分析原因，明确责任，并按照国家相关法律法规处理。
3. 因甲方设计失误导致的安全事故，甲方应承担相应的责任和赔偿。
4. 因乙方未按甲方设计方案执行或施工过程中的安全监管不力导致的安全事故，乙方应承担相应责任。
四、保密条款1. 双方应对本协议内容及在合作过程中知悉的对方商业秘密和技术秘密承担保密义务。
2. 未经对方书面同意，任何一方不得向第三方泄露、提供或允许第三方使用上述保密信息。
五、违约责任1. 任何一方违反本协议规定，应承担违约责任，并赔偿对方因此遭受的损失。
2. 违约方应支付违约金，违约金的具体数额由双方协商确定。
《通信网安全理论与技术》课程第7讲《安全协议形式化分析与设计》
P believe k P, P saw{X}k P 定义了主体在协议运行中对消息的获取 • 规则5
R5 : P | kQ, P{X}kQ1 PX
为各种协议形式化分析方法形成统一的形式语言表述以描述可利用的必要信息并使之能够应用于一些新的应用协议的分析中将形式化方法应用于协议说明和协议涉及阶段使之不仅仅用于分析具体的某个安全协议的安全性从而可以极小的代价尽可能早地发现错误类ban逻辑形式化分析ban逻辑形式化首先需要进行理想化即将协议的消息转换为ban逻辑中的公式再由逻辑的推理规则根据理想化协议和假设进行推理推断协议能否完成预期的目标类ban逻辑形式化分析ban逻辑形式化加密系统是完善的只有知道密钥的主体才能解读密文消息任何不知道密钥的主体都不能解读密文消息也没有办法根据密文推导密钥密文含有足够的冗余消息解密者可以根据解密的结果来判断他是否已经正确解密消息中有足够的冗余消息使得主体可以判断该消息是否来源于自身ban逻辑还假设协议的参与主体是诚实的类ban逻辑形式化分析ban逻辑形式化依照ban逻辑的惯例pqr等表示主体变量k表示密钥变量xy表示公式变量
内容提要
1. 安全协议存在安全缺陷 2. 安全协议形式化分析 3. 类BAN逻辑形式化分析 4. 例子：对NSSK认证协议的BAN逻辑分析
类BAN逻辑形式化分析——BAN逻辑形式化
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Woo和Lam的观点
Woo-Lam这种一致性目标的要求较强，使得某些认 证目标较弱的协议（如STS协议）无法被正确描述。
STS协议只有弱身份认证目标，A执行完协议后，可 以确认对方是否为B，但A并不关心B是否知道自己 是和A通信；B也有对应的弱身份认证目标。
Lowe对修改后STS协议的攻击,不满足断言(A, EndInit(B) )=> (B, BeginRespond(A))，也即A在结 束对B的协议运行时，B并没有开始对A的响应。但 这个运行并不被设计者认为是攻击。
前向安全可以通过使用临时密钥加密消息的方法实 现，如使用一对只在协议运行期使用的公钥对，会 话密钥一旦建立，临时公钥对应的私钥立即被销毁。 长期密钥被泄露后，由于临时私钥已经销毁，那么 在以往协议中使用此长期密钥建立的会话密一个提供前向安全的密钥传送协议，长 期密钥是Ka−1和Kb−1，KT是A选择的临时公钥，A将 其发送给B后，B使用这个KT来传送新建立的会话密 钥Kab。A和B的长期密钥都只用来进行签名，所以， 即使他们的长期密钥作废，KT及其对应的私钥已经 在Kab建立后销毁，Kab仍是安全的。
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非单射一致性（Non-injective Agreement）：协议 向发起者A提供非单射一致性目标是指，如果A（作 为发起者）认为自己和响应者B完成了一次协议运行， 并且协议中的数据变量集合为ds，则B一定在之前运 行了该协议，B认为自己是和A运行的，B认为自己 是响应者，B认为协议中的数据变量集合为ds。
符号“=>”表示“之前有”; (i, EndInit(r))表示发起者i完成了对响应者r的协议运行; ( r, BeginRespond( i ) )表示响应者r开始了对发起者i的协议运行； ( r, EndRespond( i ) )表示响应者r完成了对发起者i的协议运行； (i, BeginInit( r ) )表示发起者i开始了对响应者r的协议运行。
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Lowe的分类法
单射一致性（Injective Agreement）：协议向发起 者A提供单射一致性目标是指，如果A（作为发起者） 认为自己和响应者B完成了一次协议运行，并且协议 中的数据变量集合为ds，则B一定在之前运行了该协 议，B认为自己是和A运行的，B认为自己是响应者， B认为协议中的数据变量集合为ds，并且对于A的每 一次运行，都对应着一次且仅为一次B的运行。
弱身份认证：弱身份认证是这样的一个过程，通过该过程， 一个主体可以确信（通过一些可证实的证据）协议中另一个 主体的身份，并且那个主体确实参加了协议运行（即在证据 获得时或获得前的瞬间是活动（active）的）。
强身份认证（或称身份认证）：协议向A提供对B的强身份认 证是指，A能够建立这样一个新鲜（fresh）的确认：B知道A 是B的协议对端（参与协议运行的另一端）。
Lowe这种分类相比以往的方法更为清晰和精确，并 较好地应用到了CSP模型检测中。但这种分类法也 有局限性，比如该方法不能表达STS协议的目标。
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Menezes等人的观点
Menezes等人在“Hanbook of Applied Cryptography”中给出 的认证目标的定义，在协议分析中使用得较多。
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Gollman的观点
Gollman认为身份认证是指“A收到了一个消息，该 消息是A发出的挑战的响应，在这条消息中，一个与 B相关联的密钥被使用”[Goll96]。
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Woo和Lam的观点
Woo和Lam[WL93]认为身份认证的目标是满足一致性 （correspondence），即要求协议主体双方按照一定的锁定 步骤（locked-step）运行协议，协议的身份认证目标被表述 为下列断言的成立： ( i, EndInit( r ) ) => ( r, BeginRespond( i ) ) ( r, EndRespond( i ) ) => ( i, BeginInit( r ) )
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其他目标
无时间戳：在协议中，发送者通常在发送的消息中 加入时间戳，作为对消息新鲜性的保证。但在实际 使用时，时间戳会涉及时钟同步问题，而时钟同步 本身也容易遭到攻击，因此，大多数协议设计都倾 向于使用随机数来代替时间戳。
通用性：这个目标指的是协议应该尽量被设计为少 受其他情况限制的，如协议既可以用于网络的低层 协议，也可以作为一个应用层协议使用；既可用于 工作站，又可用于低处理能力的计算单元（如smart card）。通用性还表现在协议并不局限于使用某一 密码算法，而是可以使用常见的各种密码算法。
① 该密钥是新鲜的； ② 该密钥只为A和B以及可信第三方（如果存在可信第三方）
所知。
密钥确认（Key Confirmation）：A对B提供密钥确 认是指B能够确认A拥有该密钥。
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前向安全
前向安全（Forward Secrecy）：即使协议主体的 长期密钥被损坏作废，使用这些长期密钥在以前的 协议交互中建立的会话密钥仍然是安全的。如果对 于协议中的任何主体，都能保证他们长期密钥的前 向安全，那么这个协议提供了前向安全（Forward Secrecy）。
安全协议分析与设计 第二章 安全协议及攻击（下）
卫剑钒
安全协议的目标
认证目标 密钥建立目标 其他目标
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认证目标
ISO安全体系[ISO89]定义身份认证为“证实一个主 体是它所声称的那个主体”，这个定义相当粗略， 语义也很不明确。
SVO逻辑[SVO96]认为，身份认证是确认对方响应 了一个挑战（challenge，可理解为时间戳或 Nonce）。
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其他目标
协议效率：协议效率主要考虑计算效率和通信效率 这两个因素。
计算效率，指的是协议的密码算法所需要的计算量， 包括加密运算、解密运算和数字签名的生成、验证 等。通常，公开密钥算法的运算量要远远高于对称 密码算法的运算量。
通信效率与协议中需要发送和接收的消息数量以及 消息长度相关。在设计安全协议时，最好能最大程 度地减少协议主体需要发送和接收的消息数量和长 度，使得协议中的主体之间来回的交互数更少，达 到更高的通信效率。
双向身份认证：在同一个协议中，如果两个主体都能认证对 方，则称协议提供相互身份认证；如果只有一方能够认证另 一方，则称协议提供单向身份认证。
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密钥建立目标
良好密钥 密钥确认 前向安全
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良好密钥（Good Key）：通过运行密钥建立协议， 如果能够使A有如下的确认，则称A和B之间使用的 某个会话密钥对A是良好密钥：
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Lowe的分类法
Lowe在文献[Lowe97b]中将认证协议的目标分类， 给出了存活性、弱一致性、非单射一致性、单射一 致性等目标。
存活性（Aliveness）：协议向发起者A提供存活性 认证目标是指，如果A（作为发起者）认为自己和响 应者B完成了一次协议运行，那么B一定在之前 （previously）运行了该协议。
在这个目标定义中，B可能不认为它刚和A运行了协 议，甚至B都不是刚刚（recently）运行了该协议 （之前运行并不代表是刚刚运行了）。
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Lowe的分类法
弱一致性（Weak Agreement）：协议向发起者A提 供弱一致性目标是指，如果A（作为发起者）认为自 己和响应者B完成了一次协议运行，则B一定在之前 运行了该协议，并且B认为自己是和A运行的。