网络通信中面临的4种安全威胁
- 截获: 窃听通信内容
- 中断: 中断网络通信
- 篡改: 篡改通信内容
-
伪造: 伪造通信内容
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网络层 ---- ARP欺骗
- ARP欺骗(AEP spoofing),又称ARP毒化(ARP poisoning)、ARP病毒、ARP攻击
- ARP欺骗可以造成的后果
- 可让攻击者获取局域网上的数据包甚至可篡改数据包
- 可让网络上特定电脑之间无法正常通信（例如网络执法官这样的软件）
- 让送至特定IP地址的流量被错误送到攻击者所取代的地方
ARP欺骗----- 核心步骤举例
- 假设主机C是攻击者，主机A、B是被攻击者
1.C只要收到过A、B发送的ARP请求，就会拥有A、B的IP、MAC地址，就可以进行欺骗活动
- C发送一个ARP响应给B，把响应包里的源IP设为A的IP地址，源MAC设为C的MAC地址
- B收到ARP响应后，更新它的ARP表，把A的MAC地址（IP_A, MAC_A）改为（IP_A, MAC_C）
- 当B要发送数据包给A时，它根据ARP表来封装数据包的头部，把目标MAC地址设为MAC_C，而非MAC_A
- 当交换机收到B发送给A的数据包时，根据此包的目标MAC地址（MAC_C）而把数据包转发给C
- C收到数据包后，可以把它存起来后再发送给A，达到窃听效果。C也可以篡改数据后才发送数据包给A
ARP欺骗---防护
- 静态ARP
- DHCP Snooping
网络设备可借由DHCP保留网络上各电脑的MAC地址，在伪造的ARP数据包发出时即可侦测到 - 利用一些软件监听ARP的不正常变动
DoS、 DDoS
- DoS攻击（拒绝服务攻击，Denial-of-Service attack）
使目标电脑的网络或系统资源耗尽，使服务暂时中断或停止，导致其正常用户无法访问 - DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击，Distributed Denial-of-Service attack）
黑客使用网络上两个或以上被攻陷的电脑作为“僵尸”向特定的目标发动DoS攻击
2018年3月，GitHub遭到迄今为止规模最大的DDoS攻击 - DoS攻击可以分为2大类
带宽消耗型：UDP洪水攻击、ICMP洪水攻击
资源消耗型：SYN洪水攻击、LAND攻击
DoS、DDoS防御
- 防御方式通常为:入侵检测、流量过滤、和多重验证
堵塞网络带宽的流量将被过滤,而正常的流量可正常通过 - 防火墙
- 防火墙可以设置规则，例如允许或拒绝特定通讯协议，端口或IP地址
- 当攻击从少数不正常的IP地址发出时，可以简单的使用拒绝规则阻止一切从攻击源IP发出的通信
- 复杂攻击难以用简单规则来阻止，例如80端口遭受攻击时不可能拒绝端口所有的通信，因为同时会阻止合法流量
- 防火墙可能处于网络架构中过后的位置，路由器可能在恶意流量达到防火墙前即被攻击影响
-
交换机：大多数交换机有一定的速度限制和访问控制能力
-
路由器：和交换机类似，路由器也有一定的速度限制和访问控制能力
-
黑洞引导
将所有受攻击计算机的通信全部发送至一个“黑洞”（空接口或不存在的计算机地址）或者有足够能力处理洪流
的网络设备商，以避免网络受到较大影响 -
流量清洗
当流量被送到DDoS防护清洗中心时，通过采用抗DDoS软件处理，将正常流量和恶意流量区分开
正常的流量则回注回客户网站
传输层 ---- SYN洪水攻击
- SYN洪水攻击（SYN flooding attack）
攻击者发送一系列的SYN请求到目标，然后让目标因收不到ACK（第3次握手）而进行等待、消耗资源 - 攻击方法
跳过发送最后的ACK信息
修改源IP地址，让目标送SYN-ACK到伪造的IP地址，因此目标永不可能收到ACK（第3次握手） - 防护
参考：RFC 4987
LAND攻击
- LAND攻击（局域网拒绝服务攻击，Local Area Network Denial attack）
通过持续发送相同源地址和目标地址的欺骗数据包，使目标试图与自己建立连接，消耗系统资源直至崩溃 - 有些系统存在设计上的缺陷，允许设备接受并响应来自网络、却宣称来自于设备自身的数据包，导致循环应答
- 防护
大多数防火墙都能拦截类似的攻击包，以保护系统
部分操作系统通过发布安全补丁修复了这一漏洞
路由器应同时配置上行与下行筛选器，屏蔽所有源地址与目标地址相同的数据包
应用层 --- DNS劫持
- DNS劫持，又称为域名劫持
- 攻击者篡改了某个域名的解析结果，使得指向该域名的IP变成了另一个IP
- 导致对相应网址的访问被劫持到另一个不可达的或者假冒的网址
- 从而实现非法窃取用户信息或者破坏正常网络服务的目的
- 为防止DNS劫持，可以考虑使用更靠谱的DNS服务器，比如：114.114.114.114
谷歌：8.8.8.8、8.8.4.4
微软：4.2.2.1、4.2.2.2
百度：180.76.76.76
阿里：223.5.5.5、223.6.6.6 - HTTP劫持：对HTTP数据包进行拦截处理，比如插入JS代码
比如你访问某些网站时，在右下角多了个莫名其妙的弹窗广告
HTTP协议的安全问题
- HTTP协议默认是采取明文传输的，因此会有很大的安全隐患
常见的提高安全性的方法是：对通信内容进行加密后，再进行传输 - 常见的加密方式有
不可逆
✓ 单向散列函数：MD5、SHA等
可逆
✓ 对称加密：DES、3DES、AES等
✓ 非对称加密：RSA等
其它
✓ 混合密码系统
✓ 数字签名
✓ 证书
设计4个虚拟人物
- Alice、Bob: 互相通信
- Eve: 窃听者
-
Mallory: 主动攻击者
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如何防止被窃听
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单向散列函数 MD5
- 单向散列函数，可以根据根据消息内容计算出散列值
-
散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是1bit、10M、100G，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值
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单向散列函数 -- 特点
- 根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值
- 计算速度快，能快速计算出散列值
- 消息不同，散列值也不同
-
具备单向性
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单向散列函数 ----- 称呼
- 消息摘要函数
- 哈希函数
输出的散列值,也被称为 - 消息摘要
- 指纹
几种常见的单向散列函数
- MD4、MD5
产生128bit的散列值,MD就是Message Digest的缩写 - SHA-1
产生160bit的散列值 - SHA-2
SHA-256、SHA-384、SHA-512,散列值长度分别是256bit,384bit,512bit - SHA-3
全新标准
如何防止数据被篡改
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防止数据被篡改
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应用:密码加密
加密解密
对称加密
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非对称加密(公钥密码)
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- 在对称加密中,加密、解密使用的是同一密钥
- 常见的对称加密算法有
DES
3DES
AES
DES (Data Encryption Standard)
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DES
- DES是一种将64bit明文加密成64bit密文的对称加密算法，密钥长度是56bit
- 规格上来说，密钥长度是64bit，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此密钥长度实质上是56bit
- 由于DES每次只能加密64bit的数据，遇到比较大的数据，需要对DES加密进行迭代（反复）
- 目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用
3DES
-
3DES,将DES重复3次所得到的一种密码算法,也叫做3重DES
三重DES并不是进行三次DES加密(加密 -> 加密-> 加密)
而是加密-> 解密->加密的过程
目前还被一些银行等机构使用,但处理速度不高,安全性逐渐暴露出问题.
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-
3个密钥都是不同的,也称为DES-EDE3
-
如果所有密钥都使用同一个,则结果与普通的DES是等价的.
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AES
- 取代DES称为新标准的一种对称加密算法,又称Rijndael加密发
- AES的密钥长度有128、192、256bit三种
- 目前AES,已经逐步取代DES、3DES,称为首选的对称加密算法
- 一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用
它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作
密钥配送问题
- 在使用对称加密时，一定会遇到密钥配送问题
- 如果Alice将使用对称加密过的消息发给了Bob
只有将密钥发送给Bob，Bob才能完成解密
在发送密钥过程中
✓ 可能会被Eve
窃取密钥
✓ 最后Eve也能完成解密
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如何解决密钥配送问题
- 有以下几种解决密钥配送的方法
事先共享密钥（比如私下共享）
密钥分配中心（Key Distribution Center，简称KDC）
Diffie-Hellman密钥交换
非对称加密
非对称加密
- 在非对称加密中，密钥分为加密密钥、解密密钥 种，它们并不是同一个密钥
- 加密密钥：一般是公开的，因此该密钥称为公钥（public key）
因此，非对称加密也被称为公钥密码（Public - key Cryptography） -
解密密钥：由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥（private key）
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公钥、私钥
- 公钥和私钥是一一对应的，不能单独生成
一对公钥和私钥统称为密钥对（key pair） - 由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密
-
由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密
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解决密钥配送问题
- 由消息的接收者，生成一对公钥、私钥
- 将公钥发给消息的发送者
- 消息的发送者使用公钥加密消息
-
非对称加密的加密解密速度比对称加密要慢
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RSA
目前使用最广泛的非对称加密算法是RSA
混合密码系统
- 对称加密的缺点
不能很好地解决密钥配送问题（密钥会被窃听） - 非对称加密的缺点
加密解密速度比较慢 - 混合密码系统：是将对称加密和非对称加密的优势相结合的方法
解决了非对称加密速度慢的问题
并通过非对称加密解决了对称加密的密钥配送问题 - 网络上的密码通信所用的SSL\TLS都运用了混合密码系统
混合密码 加密
- 会话密钥（session key）
为本次通信随机生成的临时密钥
作为对称加密的密钥，用于加密消息，提高速度 - 加密步骤（发送消息）
① 首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
② 生成会话密钥，作为对称加密的密钥，加密消息
③ 用消息接收者的公钥，加密会话密钥
④ 将前 步生成的加密结果，一并发给消息接收者 -
发送出去的内容包括
用会话密钥加密的消息（加密方法：对称加密）
用公钥加密的会话密钥（加密方法：非对称加密）
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混合密码 解密
-
解密步骤（收到消息）
① 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
② 再用第①步解密出来的会话密钥，解密消息
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混合加密-- 加密解密流程
- Alice >>>> Bob
发送过程（加密过程）
①Bob先生成一对公钥、私钥
②Bob把公钥共享给Alice
③Alice随机生成一个会话密钥（临时密钥）
④Alice用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称加密）
⑤Alice用的公钥加密会话密钥（使用的是非对称加密）
⑥Alice把第④、⑤步的加密结果，一并发送给 - 接收过程（解密过程）
①Bob利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是非对称加密算法进行解密）
②Bob利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称加密算法进行解密)
消息篡改
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- Alice发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Alice发消息，或者就是Alice发的，但她可以否认
- 问题来了：
Bob如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？ - 解决方案
数字签名
数字签名
- 在数字签名技术中，有以下 种行为
生成签名
✓ 由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成
验证签名
✓ 由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证 -
如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
用消息发送者的私钥进行签名
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数字签名改进
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疑惑
- 如果有人篡改了消息内容或签名内容，会是什么结果？
签名验证失败，证明内容被篡改了 - 数字签名不能保证机密性？
数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改 -
数字签名的作用
确认消息的完整性
识别消息是否被篡改
防止消息发送人否认
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非对称加密--- 公钥、私钥总结
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公钥合法性
- 如果遭遇了中间人攻击，那么
公钥将可能是伪造的 -
如何验证公钥的合法性？
证书
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证书
- 说到证书
首先联想到的是驾驶证、毕业证、英语四六级证等等，都是由权威机构认证的 - 密码学中的证书，全称叫公钥证书（Public-key Certificate，PKC），跟驾驶证类似
里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
并由认证机构（Certificate Authority，CA）施加数字签名 - CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织
有国际性组织、政府设立的组织
有通过提供认证服务来盈利的企业
个人也可以成立认证机构
证书的使用
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- 各大CA的公钥，默认已经内置在浏览器和操作系统中
证书--- 注册与下载
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查看windows已经信任的证书
① Windows键 + R >>> 输入mmc
② 文件 >>> 添加/删除管理单元
③ 证书 >>> 添加 >>> 我的用户账户 >>> 完成 >>> 确定
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