现代密码学在网络游戏安全中的应用

现代密码学在网络游戏安全中的应用

西南交通大学信息与科学技术学院　王新颖

[摘　要]目前,网络游戏已经成为一种世界范围内的休闲娱乐方式,越来越多的国家将其作为本国重点扶持的经济项目。然而,随之而来的安全性问题也越来越突出。本文针对网络游戏开发中的网络数据安全部分展开论述,并进一步将现代密码学应用到网络游戏的网络传输安全方面。

[关键词]网络游戏　对称加密　非对称加密　数字签名

0.引言

目前,网络游戏没有一个可以依照的规范,尤其是国内的网络游戏作品,还处于一个作坊式的开发阶段。网络游戏的参与者面临着各式各样的不安全威胁:被盗取账号密码、被盗取虚拟财产、没有可信度而引起的被骗、服务器被黑客攻击、团体对抗的可信度问题、非法竞争问题、虚拟财产的归属问题和因网络技术的不成熟而引起的其他安全问题等。

根据资料收集,网络游戏的数据加密比较简单。最早的《金庸群侠传》甚至只将预加密的字节偏移了一个整数值。后来的网络游戏由于处理速度的原因也紧紧采用一些简单的加密算法,例如置换算法等。网络游戏中服务器与客户端之间的通信很容易被攻击者猜出加密算法和加密密钥,从而嗅探到所需要的网络数据,进行数据伪造或数据分析窃取玩家账户和密码,盗取玩家身上的虚拟财产。甚至攻击者可以模拟网络游戏客户端与服务器进行交互,达到非法目的。

网络游戏技术是未来虚拟现实技术的先锋,网络游戏中安全策略的思考不容忽视。我们将尝试把密码学领域的解决方案引入网络游戏中,将现代密码学中的非对称加密、数字签名应用到网络游戏中。

1.现代密码学基础知识

现代密码学的基础是公钥密码体制[1]。公钥密码又称为双钥密码和非对称密码,是1976年由D iffie和H ell m an在其“密码学新方向”一文中提出的。这些体制是基于陷门单向函数的概念。单向函数是一些易于计算但难于求逆的函数,而陷门单向函数就是在已知一些额外信息的情况下易于求逆的单向函数,这些额外信息就是所谓的陷门。

R SA是M IT的R ivist,Sham ir和A dlem ar开发的第一个公钥密码体制。

A.密钥的生成

选择p,q为互异素数,计算n=p3q,Υ(n)=(p-1)(q-1),选择整数e与Υ(n)互素,即gcd(Υ(n),e)=1,1

B.加密(用e,n)

明文是以分组方式加密的,每一个分组的比特数应小于n 的二进制表示,即每一个分组的长度应小于log2n

明文M

C.解密(用d,n)

密文C,明文M=Cd(mod n)

选取的素数p,q要足够大,使得给定了它们的乘积n,在不知道p,q情况下分解n在计算上是不可行的。

公钥密码学的一个重要应用就是数字签名,数字签名就是利用私钥生成签名,而用公钥验证签名。一个数字签名方案时是由签名算法和验证算法组成签名算法利用私钥生成签名,称消息m的签名为sig(m),然后将(m,sig(m))发给接收方验证算法利用签名者的公钥对sig(m)进行解密,如果解密输出与m一致,则为合法数据。由于无法识别数字签名与其拷贝之间的差异,所以,在数字签名前应加上时间戳。

2.网络游戏中的数据传输模型

一般的网络游戏都采用客户 服务器模式的体系结构[2],包括客户端程序、

服务器程序、数据库服务器,如图1所示。

网络游戏在运行过程中需要大量的网络数据传输,因此一般采用统一格式的数据包编码。在数据包中包括数据包标识、数据包大小、加密算法标识、校验位等等。其中数据头为系统规定的数据包标识,防止对数据服务器的垃圾数据攻击。数据长度标识了本数据包的大小,算法标识指出本数据包用何种算法加密(对称加密),数据块内容是本包数据的核心,一般为加密过的数

据,校验位对本包数据的完整性提供了保证,例如简单的采用奇偶校验。如图2所示

服务器认证过程如下图所示,客户端向服务器发送登录请求,游戏服务器收到登录请求后向数据库服务器查询用户信息,如果帐号和密码正确则向客户端返回登录成功结果,客户端可以开始使用。否则返回登录失败,客户端无法使用。如图3所示

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3.采用现代密码学解决网络游戏中曝露的网络安全问题

下面讨论一种简单运用非对称加密算法对网络数据传送进行处理的过程。数据传输过程如下描述:

密钥协商过程:

首先,客户端读取自身的标识(嵌入程序中的一个公钥PuK2,该密钥事先已经生成好了,服务器端拥有相对应的私钥P rK2)

服务器根据时间随机产生一对非对称密钥,并将非对称密钥的公钥PuK1用服务器预先设定的私钥P rK2加密后发送到客户端。服务器即时生成的私钥称为P rK1。

客户端收到服务器发送来的加密后的即时公钥数据,运用自身标识,即公钥PuK2对该公钥数据进行解密,获得服务器即时生成的公钥(PuK1)。

服务器根据当时时间和客户端信息(IP地址等),随机产生一个对称密钥(SK)。将该对称密钥用私钥P rK1进行加密,产生SK1,服务器发送SK1到客户端。

客户端收到服务器发送来的加密后的对称密钥SK1后,应用公钥PuK1进行解密,获得对称密钥SK。客户端和服务器之间后续的数据传输加密完全取决与对称密钥SK,加密的算法由客户端同服务器协商获取,通常有一定的随机性,防止非法猜测破解,大大降低了风险。

客户端签名过程:

运营商在每次客户端发行的时候生成非对称密钥对PuK2和P rK2,将公钥PuK2嵌入客户端程序中。客户端在登录的时候,首先计算自身程序的H ash值,并用公钥PuK2进行加密,加密结果发送到服务器端。服务器端收到后用P rK2进行解密,解出的值和预先算好的客户端程序的H ash值相比较,如果相同,则客户端通过认证。客户端合法,继续下面的数据交换。否则,服务器认定客户端不合法,与该连接断开。

4.结论

采用非对称加密算法对现有的网络游戏数据传输模型进行改进大大的提高了网络游戏中数据传输过程的安全性。采用密码学应用的网络游戏将在同类产品中更具竞争性。采用现代密码学策略的网络游戏将极大的解决网络游戏数据保护和完整性验证问题。同时,现在密码学在网络游戏安全中的应用将进一步促进现代密码学的发展。

参考文献

[1]W illiam Stallings,C ryp tography and N etw o rk Security P rinci p les and P ractices,T h ird Editi on,Beijing,Publish ing House of E lectronics Industry,2004,188-295.

[2]苏羽,王媛媛.V isual C++网络游戏建模与实现,北京,北京科海电子出版社.1-309.

(上接第161页)

(1)处理数据的多样性数据是以多种形式存在的,包括结构化数据、半结构化和无结构的数据,但目前的绝大部分工作还只停留在对结构化数据的研究上。应加强对各种非结构化数据的开采,如对文本数据、图形数据、视频图像数据、声音数据乃至综合多媒体数据的开采。

(2)数据挖掘软件的跨平台性数据挖掘软件目前还不能支持多平台,导致支持的局限性及不易与其它系统集成。

(3)系统执行效率和响应速度在算法的执行过程中,只考虑算法本身的复杂度,缺乏对所利用的硬件资源的考虑,从而导致算法的实际执行时间过长。

(4)数据挖掘过程中的可视化以使知识发现的过程能够被用户理解,也便于在知识发现的过程中进行人机交互。

(5)动态数据仓库要具备真正的竞争力,使用者必须预测将要发生的事,而且更要有正确的信息,来驱动想要让它发生的事。动态数据仓库包含了操作系统的整合分析,以制定最佳的战术和策略性决策。如根据客户对公司的价值,在与客户接触时能弹性地制定价格。

参考文献

[1]葛新红.数据挖掘软件应用分析.微计算机应用,2005年第3期:374

[2]林宇等.数据仓库原理与实践.人民邮电出版社,2003年1月

[3]彭木根.数据仓库技术与实现.电子工业出版社,2002年6月

[4]张伟,刘勇国,彭军等.数据挖掘发展研究.计算机科学, 2001年,V o l.28N o.7:79-81

[5]刁力力,胡可云,陆玉昌等.数据挖掘与组合学习.计算机科学,2001V o l.28N o.7:73-78

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