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董玲，陳剋非 著

圖書標籤:

• 密碼學
• 安全協議
• 可信新鮮性
• 安全性分析
• 密碼協議設計
• 信息安全
• 網絡安全
• 協議驗證
• 形式化驗證
• 理論基礎

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040362503

商品編碼：29692276282

包裝：精裝

齣版時間：2012-11-01

基本信息

書名:密碼協議:基於可信任新鮮性的安全性分析

：55.00元

售價：37.4元,便宜17.6元,摺扣68

作者:董玲, 陳剋非

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2012-11-01

ISBN：9787040362503

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版次：1

裝幀：精裝

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內容提要

目錄

作者介紹

文摘

序言

密碼協議：基於可信任新鮮性的安全性分析 一、引言 在數字通信日益普及的今天，信息安全已成為社會運行的基石。從敏感的金融交易到日常的社交互動，再到國傢層麵的機密通信，我們依賴各種各樣的密碼協議來保護數據的機密性、完整性和可用性。然而，協議的設計並非一蹴而就，其安全性也並非一成不變。隨著攻擊手段的不斷演進，協議的脆弱性也可能在不經意間暴露。 本文旨在深入探討密碼協議的安全性分析，特彆是聚焦於“可信任新鮮性”（Trusted Freshness）這一關鍵概念。我們將從理論到實踐，剖析協議設計的潛在風險，以及如何通過嚴格的分析來構建更具魯棒性的安全機製。本書將不僅僅是理論的堆砌，更將引導讀者理解如何在實際應用中辨彆和解決密碼協議中的安全隱患。 二、密碼協議的基石：安全性模型與攻擊視角 在深入探討新鮮性之前，我們必須首先建立一個清晰的安全性模型。一個密碼協議的安全性並非絕對，而是在某個特定的模型下，抵抗特定類型的攻擊。 安全性模型： 靜態模型： 假定攻擊者在協議執行前不具備任何與通信雙方相關的私密信息。 動態模型： 允許攻擊者在協議執行過程中，例如通過竊聽、中間人攻擊等方式，獲取部分信息，並可能利用這些信息進行進一步的攻擊。 主動攻擊模型： 攻擊者不僅能夠竊聽，還能主動篡改、注入、重放或刪除消息。 攻擊視角： 竊聽攻擊（Eavesdropping）： 攻擊者被動地監聽通信信道，獲取傳輸的數據。 篡改攻擊（Tampering）： 攻擊者修改通信中的消息內容，使其失去原有的意義或産生誤導。 重放攻擊（Replay Attack）： 攻擊者捕獲閤法用戶的消息，並在稍後或重復地將其發送給目標，以假冒閤法用戶或重復執行某項操作。 中間人攻擊（Man-in-the-Middle Attack, MITM）： 攻擊者截獲通信雙方之間的消息，並可能進行解密、篡改後再轉發，從而在不被雙方察覺的情況下控製通信。 身份僞造攻擊（Impersonation Attack）： 攻擊者冒充閤法用戶，試圖欺騙另一方。 拒絕服務攻擊（Denial of Service, DoS）： 攻擊者通過各種手段，使得閤法的用戶無法訪問服務或資源。 理解這些模型和攻擊視角，是我們進行安全性分析的基礎。一個強大的協議，應當能夠在復雜的攻擊場景下，依然保持其設計之初的安全目標。 三、可信任新鮮性的核心：為何它至關重要？ 新鮮性（Freshness）在密碼協議中扮演著至關重要的角色，尤其是在涉及身份認證和會話建立的場景下。簡單來說，新鮮性是指確保協議中使用的每一個消息或每一個會話都是“新”的，而不是被重放的舊消息。 防止重放攻擊： 重放攻擊是密碼協議中最常見也最具破壞力的攻擊之一。如果攻擊者能夠截獲一個包含認證信息的閤法消息，並將其重新發送，那麼接收方將無法區分這是一個真實的、新的請求，還是一個被盜用的舊請求。這可能導緻： 重復支付或轉賬： 在金融交易中，攻擊者可以重放支付指令，導緻用戶被多次扣款。 非法登錄： 攻擊者重放一個已驗證的登錄請求，無需知道密碼即可登錄用戶賬戶。 重復執行敏感操作： 例如，在一個允許用戶在一段時間內更改密碼的場景下，攻擊者重放舊的密碼修改請求，可能阻止用戶更改密碼。 保障會話的完整性與時效性： 許多協議依賴於一次性使用的隨機數（nonce）或時間戳來確保消息的新鮮性。這些機製的作用是： 防止狀態迴滾： 如果一個會話的狀態被攻擊者通過重放舊消息來“迴滾”，那麼整個通信的安全性將受到嚴重威脅。 限製攻擊窗口： 時間戳機製可以限製消息的有效性，使得過期的消息無法被接受。 確保會話的獨特性： Nonce 的使用確保瞭每一次通信都是一個獨立的、獨一無二的事件。 “可信任新鮮性”的含義： “可信任新鮮性”不僅僅是協議中存在一個“新鮮性”機製，更關鍵在於這個機製本身是否“可信任”。一個不可靠的新鮮性機製，例如一個容易被預測或被攻擊者控製的隨機數生成器，或者一個容易被篡改的時間戳，都將使得協議的安全性大打摺扣。 四、實現可信任新鮮性的常見機製與挑戰 為瞭實現可信任新鮮性，密碼協議采用瞭多種多樣的機製，但每種機製都可能麵臨自身的挑戰。 隨機數（Nonces）： 工作原理： Nonce 是“number used once”的縮寫，即一次性使用的數字。在協議的握手階段，雙方通常會交換 nonce，並在後續通信中使用它們來生成會話密鑰或進行認證。接收方會檢查收到的 nonce 是否為預期的、唯一的。 挑戰： Nonce 的生成： 如果 nonce 的生成過程不夠隨機，容易被預測，攻擊者就可能預測到下一個 nonce，從而進行重放攻擊。 Nonce 的存儲與比較： 接收方需要有效地存儲和比較收到的 nonce，以檢測重復。對於長時間運行的係統，存儲大量 nonce 可能帶來性能和內存開銷。 Nonce 的同步： 在分布式係統中，確保所有參與者對 nonce 的計數保持同步可能是一個挑戰。 時間戳（Timestamps）： 工作原理： 在消息中嵌入當前時間信息，接收方檢查時間戳是否在允許的誤差範圍內。 挑戰： 時鍾同步： 確保通信雙方的時鍾精確同步是使用時間戳的先決條件。不精確的時鍾同步可能導緻閤法消息被誤判為過期或過早。 網絡延遲： 網絡延遲會導緻消息到達時間與發送時間産生差異，需要預留一定的延遲緩衝。 時鍾操縱： 攻擊者可能嘗試操縱自己或目標的時鍾，以繞過時間戳的檢查。 缺乏全局時間源： 在沒有可信的全局時間源的情況下，完全依賴本地時鍾的同步難度很大。 序列號（Sequence Numbers）： 工作原理： 類似於 nonce，但通常是遞增的。用於跟蹤消息的順序，防止消息被刪除或重排。 挑戰： 序列號的初始化與重置： 序列號的起始值和何時重置（例如，在會話結束時）需要精心設計。 丟失的序列號： 如果消息因網絡問題丟失，接收方可能會錯過預期的序列號。 不可預測的序列號： 序列號的遞增性是其基本特性，因此它本身並不能防止重放，需要與其他機製結閤使用。 挑戰-響應機製（Challenge-Response）： 工作原理： 一方發送一個隨機的“挑戰”（challenge），另一方使用一個共享的秘密（如密碼或密鑰）來加密挑戰，並將結果作為“響應”（response）發送迴來。接收方使用相同的秘密解密響應，如果解密結果與挑戰一緻，則認為對方身份閤法。 挑戰： 挑戰的新鮮性： 挑戰本身必須是新鮮的，以防止攻擊者重放舊的挑戰-響應對。 共享秘密的安全性： 共享秘密的泄露將導緻整個機製失效。 計算復雜度： 對於資源受限的設備，復雜的加密和解密操作可能帶來性能問題。 五、基於可信任新鮮性的安全性分析方法 要確保密碼協議的安全性，必須采用係統性的分析方法，特彆是圍繞新鮮性這一核心。 形式化驗證（Formal Verification）： 理論基礎： 使用數學邏輯和自動化工具來證明協議的安全性屬性，包括新鮮性。 方法： 將協議模型化，並定義安全屬性（如“消息A是新鮮的”）。然後使用模型檢查器或定理證明器來驗證這些屬性是否在所有可能的執行路徑下都成立。 優勢： 能夠發現難以察覺的邏輯漏洞，提供數學上的證明。 挑戰： 模型化過程可能很復雜，需要專業的知識和工具。 安全協議分析工具： Ava、Tamarin、ProVerif 等： 這些工具集成瞭形式化驗證的思想，能夠自動分析協議的安全性。 關注點： 分析工具通常能夠檢測重放攻擊、身份僞造、密鑰泄露等問題。在分析新鮮性時，它們會檢查協議是否能夠抵禦重放攻擊。 手動分析與安全審計： 專傢審查： 由經驗豐富的密碼學傢和安全專傢對協議進行細緻的審查，模擬各種攻擊場景。 威脅建模： 識彆協議在特定部署環境下的潛在威脅，並評估協議如何應對這些威脅。 代碼審計： 對協議的實際實現代碼進行審查，檢查是否存在實現層麵的安全漏洞。 針對新鮮性特有的分析： 重放攻擊場景模擬： 仔細考慮在各種網絡條件下（高延遲、丟包、分叉網絡）以及不同攻擊者能力下，重放攻擊發生的可能性。 Nonce/時間戳的隨機性與可預測性評估： 分析生成 nonce 或時間戳的算法，評估其對抗預測攻擊的能力。 狀態管理分析： 檢查協議如何管理狀態信息，特彆是與新鮮性相關的計數器或已驗證列錶。 六、案例研究與實際應用 通過分析真實的密碼協議，我們可以更深刻地理解可信任新鮮性的重要性。 TLS/SSL 協議： TLS 協議使用 client random 和 server random（Nonce）來防止重放攻擊，並基於這些隨機數生成會話密鑰。如果攻擊者能夠預測或操縱這些隨機數，將可能導緻會話被劫持。 SSH 協議： SSH 協議在建立安全連接時，也依賴於隨機數來確保會話的新鮮性，防止中間人攻擊。 OAuth 2.0 協議： 在 OAuth 2.0 協議中，`state` 參數通常被用來防止 CSRF（跨站請求僞造）攻擊，其作用與防止重放攻擊有相似之處，確保請求的獨特性和有效性。 區塊鏈技術中的共識協議： 在某些分布式共識協議中，需要確保交易的順序和唯一性，以防止雙花攻擊，這同樣需要考慮信息的新鮮性。 七、構建更安全的協議：設計原則與最佳實踐 在設計和實現密碼協議時，遵循以下原則可以顯著提升其安全性，特彆是圍繞可信任新鮮性： 1. 最小化攻擊麵： 協議設計應盡可能簡單，隻包含必要的功能，減少潛在的漏洞。 2. 嚴格的隨機數生成： 使用經過加密學驗證的、高質量的隨機數生成器（CSPRNG）來生成 nonce。 3. 閤理的時鍾同步策略： 如果使用時間戳，應具備健壯的時鍾同步機製，並允許一定的誤差範圍。 4. 充分的認證： 確保通信雙方都經過充分的身份認證，並使用認證信息來驗證消息的新鮮性。 5. 上下文感知： 協議的安全性分析應考慮其部署的實際環境和預期的攻擊者能力。 6. 定期審計與更新： 密碼協議並非一勞永逸，需要定期進行安全審計，並根據新的威脅及時更新。 7. 避免依賴單一安全機製： 盡量將多種安全機製結閤使用，形成縱深防禦。例如，同時使用 nonce 和時間戳。 8. 清晰定義安全屬性： 在設計之初就明確協議需要提供的安全屬性，並以此為依據進行分析。 八、結論 可信任新鮮性是密碼協議安全性的基石之一。一個缺乏有效新鮮性保障的協議，即使在其他方麵設計得再精妙，也可能在重放攻擊麵前不堪一擊。本文從安全性模型、攻擊視角齣發，深入探討瞭可信任新鮮性的重要性，分析瞭實現這一目標的主要機製及其麵臨的挑戰。通過形式化驗證、專業工具分析以及嚴謹的手動審查，我們可以有效地評估和提升協議的安全性。 本書的宗旨在於引導讀者建立起一種對密碼協議安全性的深刻認知，理解“可信任新鮮性”在現代通信安全中的不可或缺性。我們鼓勵讀者在接觸和設計任何密碼協議時，始終將新鮮性的保障置於核心位置，並采用係統化的方法來分析和驗證其安全性，從而為構建一個更安全的數字世界貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的用詞風格來看，它似乎采用瞭一種既權威又不失可讀性的平衡策略。它沒有一味地使用晦澀難懂的術語，而是在必要時輔以通俗的解釋或實例進行佐證。這種做法對於跨學科的讀者或者初學者來說，是一個巨大的福音。我翻閱瞭其中幾個技術性較強的段落，發現作者在描述復雜機製時，傾嚮於使用精準且富有邏輯性的語言，每一個修飾詞似乎都經過瞭反復斟酌，力求用最少的文字錶達最豐富的信息量。但與此同時，在引入新概念時，作者又巧妙地穿插瞭一些類比或者簡短的場景描述，使得理論的抽象性被有效稀釋。這種語言上的張弛有度，使得閱讀過程不再是枯燥的啃理論，而更像是一場與智者的深入對話，充滿瞭啓發性。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本書在某些關鍵定義或結論處，似乎采用瞭特殊的強調處理，比如加粗、斜體或者單獨的區塊標記。這種視覺上的區彆對待，極大地幫助讀者快速識彆齣那些構成全書理論框架的基石性內容。這錶明作者在內容組織上有一個清晰的優先級劃分，知道哪些信息是必須牢記的核心，哪些是輔助性的細節解釋。這種“提煉”的技巧，對於需要快速掌握要點的讀者來說，效率極高。它避免瞭信息過載，讓學習的焦點始終集中在最關鍵的知識點上。總而言之，從這本書的外部感知和初步翻閱的印象來看，它極有可能是一部經過精心雕琢、結構嚴謹、且閱讀體驗優良的專業著作，完全符閤對高質量學術專著的期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節劃分和邏輯結構組織得非常清晰，即使是初次接觸這個復雜領域的人，也能大緻把握住脈絡。我特彆留意瞭一下目錄部分，它似乎遵循瞭一種由淺入深、層層遞進的敘述模式，從基礎概念的介紹過渡到高級應用的探討，過渡自然流暢，避免瞭生硬的跳躍。從章節標題來看，作者顯然在試圖構建一個完整的知識體係，而不是零散地堆砌信息。這種結構上的精心打磨，對於讀者進行係統學習至關重要，它極大地降低瞭理解抽象概念的認知門檻。閱讀導讀部分時，我能感受到作者對於如何引導讀者進入這個專業領域所付齣的心血，試圖用最有效的方式建立起讀者的知識地圖。這種對學習路徑的細緻規劃，錶明作者不僅是該領域的專傢，更是一位優秀的教育者，深諳知識的傳遞之道。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和字體選擇非常有利於長時間的閱讀。字體大小適中，行間距的設置也恰到好處，有效地減輕瞭長時間注視屏幕或紙張帶來的視覺疲勞。書頁的留白處理得非常得當，既保證瞭文本的集中度，又留齣瞭足夠的空間供讀者進行批注和思考，這種對“閱讀體驗”的重視，在學術著作中是難能可貴的。此外，圖錶的插入位置和清晰度也值得稱贊，它們似乎總是齣現在最需要視覺輔助說明的地方，並且圖示本身的設計也簡潔明瞭，不會因過於復雜而分散讀者的注意力，反而能迅速抓住核心要點。整體來看，這本書的物理呈現質量，強烈地暗示瞭作者對內容呈現效果的極高要求，這無疑為閱讀過程提供瞭堅實的硬件支持。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常引人注目，從封麵到內頁的排版都透露齣一種嚴謹而專業的態度。色彩的運用恰到好處，沒有過度花哨的感覺，反而給人一種沉穩、值得信賴的印象。拿到手裏時，就能感受到紙張的質感，厚實而細膩，這種細節處理讓人覺得作者和齣版社對這本書的內容質量有著高度的自信。尤其是書脊的字體選擇和布局，簡潔明瞭，即便在書架上眾多書籍中，也能迅速被識彆齣來，體現瞭設計者對學術書籍的深刻理解。盡管我尚未深入閱讀具體內容，但僅憑外部包裝的精良，我已經對這本書所承載的知識深度充滿瞭期待。它不僅僅是一本書，更像是一件精心製作的工藝品，讓人愛不釋手，願意花時間去探索其中的奧秘。這種對細節的關注，往往是高水平專業著作的標誌之一，預示著內部內容的條理性和嚴謹性也會與之匹配。