《应用密码学 协议、算法与C源程序》学习笔记（二）

第一部分　密码协议

第2章　协议结构模块16

2.1　协议概述16

协议的特点：

1. “协议是一系列的步骤”意味着协议是从开始到结束的一个序列，每一步必须依次执行；
2. “包括两方或多方”意味着至少需要两个人；
3. “设计它的目的是要完成一些任务”意味着协议必须做一些事情。

其他特点：

1. 协议中的每个人都必须了解协议，并且预先知道所要完成的所有步骤。
2. 协议中的每个人都必须同意并遵循它。
3. 协议必须是清楚的，每一步必须明确定义，并且不会引起误解。
4. 协议必须是完整的，对每种可能的情况必须规定具体的动作。

**密码协议(cryptographic protocol)**是使用密码学的协议。参与该协议的各方可能是朋友和完全信任的人，或者也可能是敌人和互相完全不信任的人。

协议和算法的异同点：

同：

1. 完成某项任务
2. 高效

异：

1. 协议提供算法的实现方案
2. 协议需要通过一些算法来实现

2.1.2　协议中的角色17

安全协议中的角色

协议参与者

• 认证协议：发起者、响应者
• 签名协议：签名申请者、签署人、验证人
• 零知识证明：证明者、验证者
• 电子商务协议:商家、银行、用户

攻击者(或称敌手)

• 内部攻击者/外部攻击者
• 被动攻击者/主动攻击者

可信第三方

2.1.3　仲裁协议17

仲裁者是在完成协议的过程中，值得信任的公正的第三方，“公正”意味着仲裁者在协议中没有既得利益，对参与协议的任何人也没有特别的利害关系。仲裁者能帮助互不信 任的双方完成协议。

存在问题：

1. 怀疑并不露面的仲裁者
2. 谁负担网络仲裁者费用
3. 任何仲裁协议都有延迟特性（可能会有延迟攻击）
4. 在大范围执行时，仲裁协议是潜在的瓶颈
5. 对试图破坏网络的人来说，仲裁者是一个易受攻击的弱点

区块链的去中心化，避免了第三方仲裁。

2.1.4　裁决协议19

仲裁协议可以分成两个低级的子协议:一个是非仲裁子协议， 执行协议的各方每次想要完成的。另外一个是仲裁子协议，仅在例外的情况下，即有争议的时候才执行，这种特殊的仲裁者叫做裁决人。

裁决协议是为了发现欺骗，而不是为了阻止欺骗，发现欺骗起了防止和阻碍欺骗的作用。

2.1.5　自动执行协议20

自动执行协议本身就保证了公平性，协议的构成本身是不可能发生争端的。不幸的是对于所有情形，都没有一个自动执行协议。

2.2　使用对称密码系统通信20

1. Alice和Bob协商使用同一个密码系统
2. Alice和Bob协商同一个**
3. Alice用加密算法和选取的**加密它的明文消息，得到了密文消息
4. Alice发送密文消息给Bob
5. Bob用同样的算法和**解密密文，然后读它

存在的问题：

• **必须秘密地分配。
• 如果**被泄露了（被偷窃、猜出来、被逼迫交出来等），攻击者就能解密所有消息，并可以假装是其中一方。
• 假设网络中每对用户使用不同的**，那么**总数随着用户的增加而迅速增加。n个用户需要的**总数=n(n-1)/2个**，10个用户需要45个不同的**，100个用户需要4950个不同的**。这个问题可以通过将用户数量控制在较小数目来减轻，但这并不总是可能的。

2.3　单向函数21

单项函数是公开**密码的中心，计算起来相对容易，但求逆却非常难。打碎盘子

陷门单项函数，是有一个秘密陷门的一类特殊的单向函数，如果你知道秘密，就很容易求逆。比如md4、md5、sha1等等。

2.4　单向散列函数22

单向散列函数有很多名称：压缩函数、收缩函数、消息摘要、指纹、密码校验和、信息完整性检验等。

散列函数是将可变长度输入串（叫做预映射，pre-image）转换成固定长度（经常更短）输出串（叫做散列值）的一种函数。

好的散列函数是无冲突的，又称碰撞自由的，不同的输入可能会有相同的输出，输出不依赖于输入，散列函数是公开的，处理过程不需要保密。

单向散列函数的应用：

• 可以看作是一个指纹（构成指纹文件的一种方法），如果散列值相同，那么源数据肯定没有被修改。
• 消息鉴别码：带有**的单向散列函数，只有拥有**的某些人才能验证散列值。

2.5　使用公开**密码系统通信23

使用公开**密码通信：

1. Alice和Bob选用一个公开**密码系统；
2. Bob将他的公开**传送给Alice；
3. Alice用Bob的公开**加密她的消息，然后传送给Bob；
4. Bob用他的私人**解密Alice的消息。

2.5.1　混合密码系统24

在现实世界中，公开**算法不用来加密消息，而用来加***。这样做有两个理由：

1. 公开**算法比对称算法慢1000倍。
2. 公开**密码系统对选择明文攻击是脆弱的。公开**密码系统对选择明文攻击是脆弱的。

公开**密码用来保护和分发会话**，用在对称算法中，对通信消息进行保密，成为混合密码系统。

使用混合密码系统通信：

1. Bob将他的公开**发送给Alice；
2. Alice缠身个随机会话**K，用Bob的公开**加密，并将加密的**EB(K)送给Bob；
3. Bob用他的私人**解密Alice的消息，恢复出会话**：DB(EB(K)) = K；
4. 他们两人用同一个会话**对他们的通信消息进行加密。

2.6　数字签名25

2.8　随机和伪随机序列的产生32

2.8.1　伪随机序列32

最好的计算机能产生伪随机序列发生器。三个性质：

• 零一均衡性 010出现的几率大于0110出现的几率
• 游程特性
• 关联特性 第一个位置出现1和低五个位置出现1是没有关联的

2.8.2　密码学意义上安全的伪随机序列33

不可预测的，不可压缩的（除非知道**）

第3章　基本协议34

3.1　**交换34

3.1.5　使用数字签名的**交换36

在会话**交换协期间，采用数学签名能防止中间人Mallory攻击，Trent，Alice和Bob的公开**签名。即Alice和Bob收到签名的所有权证书，均能验证Trent的签名，知道公开**是哪个人的，公钥的可信性条件满足，会话**交换就能进行了。

Trent的私钥保密的重要性

3.2　鉴别37

3.2.1　使用单向函数鉴别37

1. Alice将她的口令传送给计算机
2. 计算机完成口令的单向函数计算
3. 计算机把单向函数运算的结果和它以前存储的值进行比较

减少了某些人入侵计算机并偷取加密的口令表的威胁

3.2.2　字典式攻击和salt37

存在字典式攻击，偷出加密的口令表和可能的口令表进行比较匹配？

UNIX使用了salt，即随机数与口令一起进行单向函数计算

3.2.3　SKEY38

使用hash链进行鉴别

3.3　鉴别和**交换40

3.3.5　Kerberos协议43

3.6　秘密分割49

优点：保密性好；

缺陷：过于依赖秘密分割者，可靠性太低。

3.7　秘密共享50

（m,n)门限方案

第4章　中级协议53

4.1　时间标记服务53

数字时间标记协议具有的三个性质：

1. 数据本身具有时间标记，而不用考虑它所用的物理媒介；
2. 改变文件的一个位，而文件却没有明显变化是不可能的；
3. 不可能用不同于当前日期和时间的日期和时间来标记文件。

4.1.1　仲裁解决方法53

协议需要Alice和Trent，Trent提供可信的时间标记服务，Alice希望对文件加上时间标记：

1. Alice将文件的副本传送给Trent；
2. Trent将他收到文件的日期和时间记录下来，并妥善保管文件的副本。

存在的问题：

• 没有保密性
• 数据库本身将是巨大的
• 存在潜在的错误
• 执行时间标记业务的人并不像Trent那样诚实。

4.1.2　改进的仲裁解决方法53

1. Alice产生文件的单向散列值；
2. Alice将文件的散列值传送给Trent；
3. Trent将他收到散列值的日期和时间附在散列值后，并对结果进行数字签名。
4. Trent将签名的散列值和时间标记送给Alice。

存在的问题：Alice和Trent仍然可以合谋产生他们想要的任何时间标记。

4.2　阈下信道55

4.2.1　阈下信道的应用56
4.2.2　杜绝阈下的签名56