交大网络与信息安全主观题作业

1 根据以下的要求去设计一个简单的网络架构安全系统， 这个系统是为了管理和保护员工
在跨国公司间的通讯。你的系统必须要满足以下安全策略（security policies)：
只有授权的员工才可以访问总公司的安全服务器。
只有使用特定 Foreign Hosts 的客户才可以和在总公司和分公司的员工通讯。
若客户在总公司和分公司间是藉由 Global Internet 通讯的话,必须要保护此通讯避免被
外界窃听.
员工在使用 Mobile Hosts 与总公司和分公司通讯之前必须要先被认证.
请指出你的安全系统所提供的安全服务，请说明部属这些服务的位置。（50 分）
提示：假设在总公司和分公司间的员工都是值得信赖的。
另外，假设总公司和分公司间的通 讯都是容易被窃听和窜改的。
答： 我的安全系统提供以下服务:
1。 机密服务
a） 在总公司和分公司的网络上部署"非联机取向的数据机密服务"， 以保证总公司和
分公司发出的信息都是加密信息.
b) 在 Mobile Hosts 上部署"非联机取向的数据机密服务”，以保证员工在使用 Mobile
Hosts 与总公司和分公司通讯的消息是加密消息
c) 在总公司和分公司的网络上部署”数据传输流的机密服务” ，以保证别人无法通
过 观察流量以获得信息.
2. 完整性服务
a) 在总公司的安全服务器、总公司和分公司员工的电脑、Foreign Hosts、Mobile Hosts
上部署"消息完整性服务” ，保证总公司和分公司藉由
Global Internet 通讯、使用 Foreign Hosts 的客户与总公司和分公司的员工通讯、
员工使用 Mobile Hosts 与总公司或分公司通讯都不会被窜改
3。 认证服务
a） 在总公司的安全服务器上部署"资料来源认证服务" ，保证只有授权的员工才能访
问总公司的安全服务器
b) 在总公司和分公司的员工计算机、Foreign Hosts 上部署"资料来源认证服务” ,确 保
只有使用特定 Foreign Hosts 的客户才可以和在总公司和分公司
的员工通讯
c） 在总公司和分公司的员工计算机、员工的 Mobile Hosts 上部署"资料来源认证服
务" ,确保员工在使用 Mobile Hosts 与总公司和分公司通讯之前
必须要先被认证
4。 访问控制
a) 在总公司的安全服务器上部署”访问控制服务” ，保证只有授权的员工才能访问
总 公司的安全服务器
5. 不可否认性
a） 在总公司和分公司的员工计算机、Foreign Hosts 上部署”不可否认性服务" ，确
保 客户与员工之间的通讯真实有效
6。 审核
a) 在总公司的安全服务器上部署"审核服务” ，确保可以分析安全服务器是否受到入
侵。
7。 Availability
a） 在总公司的安全服务器上部署"Availability 服务" ,确保安全服务器不受 DDos 攻
击。
2 协议设计者 Random J 被告知要设计一个可以预防讯息被入侵者窜改的机制， Random J
决定 要在每个讯息后面附上属于这个讯息的摘要（message digest），
为什么这样做无法解决此问题 呢？(我们已知有协议使用这样的技巧来增加其安全性)
(10 分)
答: 因为入侵者可以窜改讯息或编造一个讯息， 由于哈希方法是公开的, 所以入侵者可以
生成该讯息的摘要.将窜改后的讯息加上摘要再发送出去，
这样接收方接到讯息后完全无法发现讯息被改过了。
3 假设 Alice， Bob 和 Carol 想要使用 secret key 的方法来认证彼此。如果他们三个共享
一把 secret key K，那么 Bob 可以在 Alice 面前伪装成
Carol（事实上,他们三个之中的任一个都可 以对另一个人伪装成另外一个人)。 又如果
他们三个每个人都有自己的 secret key， Alice 使用 KA，Bob
使用 KB，Carol 使用 KC。这样他们就可以用自己的 secret key 算出来的 response 和
challenge 来验证自己的身分。 请问这样的新方法是否比共享
一把 secret key 的方法来的安 全呢？ （10 分) 提示:Alice 需要知道什么来验证 Carol
对 Alice 的 Challenge 的答案呢？
答： 这个新方法必须还要有与 kA、KB、kC 对应的公钥才能工作。将 kA、KB、kC 分别
作为 Alice， Bob 和 Carol 的私钥,只有他们自己知道。
另外有 KA、KB、KC 作为与私钥对应的公钥,三 人都知道。Carol 与 Alice 通讯时先发
送 Challenge 给 Alice，Alice 用 kA 算出 response 回送给
Carol,Carol 用 KA 算出的 Challenge 与之前送出的 Challenge 对比，如果一致就说明与
其通 讯的肯定是 Alice 了。用这种方法 Alice， Bob 和
Carol 互相通讯时都可以认证彼此，安全性 比共享一把 secret key 要高的多。
4 当 我 们 要 在 电 子 文 件 上 签 上 digital signature 的 时 候， 通 常 会 把 整
份 档 案 传 到 一 个 cryptographically strong hash function
产生 message digest 做为 digital signature. 请解释为何很 难找到有两份文件有一样的
digest 是很重要的一件事.(10 分）
答:因为 digital signature 是用 private key 对 message digest 加密后得到的结果。如果两份
文件有 一样的 digest，则产生的 digital signature
也就完全一样，这样就无法确定哪份文件是真正签 上 digital signature 的. 这就代表两份
文件有一样的 digest 的几率与伪造的签署 digital signature
文件的成功率成正比。这个几率当然是越小越好,所以很难找到有两份文件有一样的 digest
是非常重要的事情。
5 假设存在一个加密的算法使得拥有 encryption key 和 decryption key 的好人可以在 key
长度的 线性时间内运算完毕， 而没有 key 的坏人想要破解此算
法只能去试所有可能的 keys。 刚开始， 握有 key 的好人拥有足够的运算能力可以很快得
加解密讯息。随着运算科技的进步, 好人和 坏人都有比原本的运算
能力快两倍的计算机， 请问增加计算机的指令周期, 是对好人有利还 是对坏人有利，亦或
根本就没差呢？ (10 分）
答: 假设 K 的长度为 n，好人的速度为 Sg，坏人的速度为 Sb 则 Sg = an,Sb = 2n 如果随
着科技的进步，计算机的运算能力会越来越快，但是只要将 key
的长度变得足够长, 还是可以使好人能够很快解密， 而坏人要花非常非常长的时间破解
密码。 所以无论计算机的 运算能力增长与否，对好人抑或是坏人来
说没什么差别.
6 在课堂上，我们学到了如何使用 public key digital signature 来执行 challenge-response
authentication.如同在课堂所提的,有一个使用 public key
encryption 的类似机制，你可以设 计这个机制吗？ (10 分） 提示：那个 responder 必
须执行只有自己才能执行的运算
答： 假设通信双方是 Alice 与 Bob。Alice 的私钥为 kA,公钥为 KA。Bob 的私钥为 kB,
公钥为 KB Alice 先得到一个随机数 Na，用 KB 对其加密作为 challenge
送给 Bob。Bob 收到 challenge 后 用 kB 解密得到 response，送回给 Alice。Alice 收到
response 后与 Na 比较，若一致则证明与 其通信的是 Bob。