互联网使用的安全协议

Wu Jun 2020-01-07 09:43:49

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IPsec 就是“IP security”的缩写，是 IP 层的安全通信协议族。

IPsec 协议族中的协议可划分为以下三个部分：

IP 安全数据报格式的两个协议：鉴别首部 AH（Authentication Header）协议和封装安全有效载荷 ESP（Encapsulation Security Payload）协议。
有关加密算法的三个协议
互联网密钥交换 IKE（Internet Key Exchange）协议。

AH 协议提供源点鉴别和数据完整性，但不能保密。ESP 协议比 AH 协议复杂得多，它提供源点鉴别、数据完整性和保密。AH 协议的功能都己包含在 ESP 协议中，因此使用 ESP 协议就可以不使用 AH 协议。

IP 安全数据报（或 IPsec 数据报）有以下两种不同的工作方式：

IP 安全数据报的 IP 首部是不加密的，数据部分是经过加密的。

目前使用最多的就是隧道方式，因此下面的讨论只限于隧道方式。

在发送 IP 安全数据报之前，在源实体和目的实体之间必须创建一条网络层的逻辑连接，即安全关联 SA（Security Association）。安全关联是从源点到终点的单向连接，它能够提供安全服务。如要进行双向安全通信，则两个方向都需要建立安全关联。

公司总部与分公司之间的安全关联 SA 就是在负责收发 IP 数据报的路由器 R1 和 R2 之间建立的。

现在广泛使用的有两个协议

TLS 是在 SSL 3.0 基础上进行了标准化设计。

SSL 作用在端系统应用层的 HTTP 和运输层之间，在 TCP 之上建立起一个安全通道，为通过 TCP 传输的应用层数据提供安全保障。

为简单起见，我们用 SSL 表示 SSL/TLS。

在未使用 SSL 时，应用层的应用程序的数据是通过 TCP 套接字与运输层进行交互的
使用 SSL 后的情况有些特殊。
- SSL 应该是运输层协议，然而实际上，需要使用安全运输的应用程序（如 HTTP)却把 SSL 驻留在应用层，应用层扩大了。
- 在应用程序下面多了一个 SSL 子层，而在应用程序和 SSL 子层之间，还有一个 SSL 套接字，其作用和以前讲过的 TCP 套接字相似，是应用程序和 SSL 子层的应用编程接口 API。

应用层使用 SSL 最多的就是 HTTP，但 SSL 并非仅用于 HTTP，而是可用于任何应用层的协议。

SSL 提供的安全服务可归纳为以下三种：

协商加密算法
- 浏览器 A 向服务器 B 发送浏览器的 SSL 版本号和一些可选的加密算法。
- B 从中选定自己所支持的算法（如 RSA)，并告知 A。
服务器鉴别
- 服务器 B 向浏览器 A 发送包含其 RSA 公钥的数字证书。
- A 使用该证书的认证机构 CA 公开发布的 RSA 公钥对该证书进行验证。
会话密钥计算
- 由浏览器 A 随机产生一个秘密数。
- 用服务器 B 的 RSA 公钥进行加密后发送给 B
- 双方根据协商的算法，用秘密数产生共享的对称会话密钥。
安全数据传输
- 双方用会话密钥加密和解密它们之间传送的数据并验证其完整性。

HTTPS 是运行在 SSL/TLS 之上的 HTTP 协议，SSL/TLS 运行在 TCP 之上。
TCP 的 HTTPS 默认端口是 443，而不是 HTTP 的 80 端口
通过使用 SSL，HTTPS 具有了加密（防窃听）、认证（防伪装）和完整性保护（防篡改）。
所有传输的内容都经过加密
- 用服务器方的证书进行了非对称加密，传输对称密钥加密方式所需要的 Secret Key，从而保证安全性;
- 获取到 Secret Key 后，再使用对称密钥加密方式进行通信，从而保证效率。

限于篇幅，仅讨论电子邮件的安全协议 PGP（Pretty Good Privacy）。PGP 并没有使用什么新的概念，它只是把现有的一些加密算法（如 RSA 公钥加密算法或 MD5 报文摘要算法）综合在一起而己。

对明文邮件 X 进行 MD5 运算，得出 MD5 报文摘要 H。用 A 的私钥对 H 进行加密（即数字签名），得出报文鉴别码 MAC，把它拼接在明文 X 后面，得到扩展的邮件（X，MAC）。
使用 A 自己生成的一次性密钥对扩展的邮件（X，MAC）进行加密。
用 B 的公钥对 A 生成的一次性密钥进行加密。
把加了密的一次性密钥和加了密的扩展的邮件发送给 B。

在 PGP 中，发件方和收件方通过认证中心 CA 签发的证书来验证公钥