信息系统安全实验指导书(密码学)

1、信息系统安全实验指导书西南石油大学二零一三年十月目 录实验一 加密解密程序的使用1实验目的与要求1实验内容1实验操作步骤1一、C#程序的使用1二、加密和解密3三、思考题4实验二 网络监听软件的使用5实验目的与要求5实验内容5实验操作步骤5一、Ethereal的安装5二、Ethereal的使用6三、思考题9实验三 个人数字证书申请及安装（1）10实验目的与要求10实验内容10实验操作步骤10一、国内省（市）级和国外认证机构网站浏览10二、申请“个人身份证书”11三、查看证书19四、导出证书23五、思考题28实验三 个人数字证书申请及安装（2）29实验目的与要求29实验内容29实验操作步骤29一、

2、导入个人数字证书29二、Outlook Express邮件帐户设置33三、Outlook Express中邮件帐户和用户个人数字证书的绑定40四、发送和接收数字签名邮件或加密邮件41五、思考题44实验三 个人数字证书申请及安装（3）45实验目的与要求45实验内容45实验操作步骤45一、仅导入发送者数字证书发送数字签名邮件45二、查找收件人的数字证书51三、思考题53实验一 加密解密程序的使用实验目的与要求掌握常用的古典密码、对称分组密码和非对称密码的使用方法。实验内容利用编写好的C#程序进行古典密码、对称分组密码和非对称密码的加密解密操作。实验操作步骤一、C#程序的使用1. 在天空网络课堂中下

3、载已编写好的本次实验所需的代码，解压后放置于本地计算机硬盘上，位置可以自行选择；2. 打开文件夹，找到文件TraditionalDemo.sln，双击后会打开VS2003界面，如图一所示；3. 在右边的“解决方案资源管理器”中选中demo1，点击鼠标右键并从弹出的菜单中选中“设为启动项目”，此时demo1变成粗体字，表明其可以运行了，如图二所示；4. 点击工具栏中的启动标识（一个指向右边的实心小三角形），如图三所示，即会弹出一窗口，开始项目程序的运行；对于不同的项目，程序运行的界面会有所不同；5. 按屏幕提示进行操作或退出，也可以直接点击弹出窗口右上侧的“×”来关闭窗口；图一 VS2

4、003界面图二 启动项目的设置图三 项目程序的启动图四 项目程序的结束二、加密和解密1. 项目demo1到demo5分别对应于移位密码的加解密、移位密码的攻击、任意单表代换密码的频率分析攻击、弗吉尼亚密码的加解密、一次一密密码的加解密程序，请根据老师的指导和屏幕提示分别运行各个项目程序，完成相应的加解密和攻击操作；2. 项目SymmetricEncryption、RSAWindows分别对应于DES加解密和RSA加解密程序，请根据老师的指导和屏幕提示分别运行各个项目程序，完成相应的加解密操作；3. 分别针对各种加解密及攻击操作分析其特点，分析结果应反映在实验报告中。三、思考题请举例说明ECB模

5、式和CBC模式的异同。实验二 网络监听软件的使用实验目的与要求掌握网络分析软件Ethereal的使用方法。实验内容安装Wincap和Ethereal。利用Ethereal捕捉和分析普通的网络连接和分别应用IPSec、SSL连接时的数据包。实验操作步骤Ethereal 可以用来从网络上抓包，并能对包进行分析。下面介绍windows 平台上Ethereal 的安装和使用方法。一、Ethereal的安装1. 把学校FTP服务器上的文件夹/网络软件/网络分析/ethereal中的所有文件复制到本地电脑E盘中；2. 运行文件WinPcap_3_1_beta4.exe，根据

6、屏幕提示进行安装；安装后如果屏幕提示需要重新启动电脑，选择不重启。WinPcap主要用于抓取数据包；3. 运行文件ethereal-setup-0.10.10.exe，根据屏幕提示进行安装，安装完毕后在桌面和开始菜单中都会出现Ethereal的快捷启动方式。Ethereal主要用于数据包的分析；二、Ethereal的使用1. 从开始菜单或桌面快捷方式启动Ethereal 以后，选择菜单Capature->Start ，如图一所示；图一 Ethereal的开始命令2. 弹出抓包选项界面后，按图二所示勾选相应栏目。其中各栏目的含义如下：Interface: 指定在哪个接口（网卡）上抓包。如果

7、是单网卡，使用缺省的就可以了；如果是多网卡，特别要注意选择正确的网卡（可以通过选中后下面出现的IP address来判断，如实验室中所有电脑的IP地址可能是172.16.143.XXX）。网卡选择错误会直接导致抓不到数据包；Limit each packet: 限制每个包的大小，缺省情况不限制；Capture packets in promiscuous mode: 是否打开混杂模式。如果打开，抓取所有的数据包。如果只需要监听本机收到或者发出的包，则可以关闭这个选项；Capture Filter：抓包过滤器。只抓取满足过滤规则的包。本实验中不设规则，即抓取所有的包，只是在显示时进行过滤，后面将

8、提到如何设置显示过滤规；File：如果需要将抓到的包写到文件中，在这里输入文件名称；Display Options：显示的选项。勾选“Update list of packets in real time”，这样可以动态、实时地显示抓获的数据包；Name Resolution：名称解析；图二 抓包选项界面3. 点击“OK”按钮，开始抓包和分析，如图三、图四所示。由于勾选了实时更新数据包的选项，抓获的数据包分析结果不断地更新，用户可以随时了解和分析当前抓包的情况。选中某一数据包后，可以在下方看见其分析结果，其中包括不同协议的数据分析；点击最左边的加号或减号，可以相应地打开或折叠分析结果。为了看得

9、更加清楚，还可以选中某一数据包后，点击鼠标右键，选择“Show Packet in New Window”选项，从而打开新的窗口供查看分析结果。图三 抓获的不同协议的数据包图四 抓获的数据包的分析结果4. 一般情况下，混合模式抓的包数量是很多的。为了便于查看和分析，可以通过分析界面上部的“Filter”栏目的设置来过滤选择一些我们所需要的包，常用的一些规则如下所示。显示mac地址为00 06 1b ce fd be所有通信数据包：eth.addr  00:06:1b:ce:fd:be 显示ip地址为192.168.

10、10.1的所有通信数据包：ip.addr = 显示所有的HTTP协议的数据包http显示机器浏览过的web数据包：tcp.port = 80显示ip地址为除了web包之后的所有通信数据包：ip.addr = && tcp.port !=80显示和之间通过tcp协议端口为80和8080的通信数据包： (ip.addr =  &&am

11、p; ip.addr = ) && (tcp.port = 80 or tcp.port =8080)显示所有的ARP包：arp显示所有的ICMP包：icmp注意所有字母应采用小写，以上规则可以通过&&、|等逻辑关系符号联结起来使用。在Filter栏输入规则时，若规则错误或不完整，栏目背景会变成红色；当规则正确或完整后，栏目背景会变成绿色。规则输入完成后，点击“Apply”按钮，即可按显示符合规则条件的数据包。5. 分别针对普通的网络连接（

12、如需要输入用户名、密码等信息的普通网站）、IPSec、SSL连接等进行抓包，并注意分析其中的数据是否为明文或加密，分析结果应反映在实验报告中。三、思考题请举例说明普通网站和SSL加密网站对敏感信息保护功能的异同。实验三 个人数字证书申请及安装（1）实验目的与要求了解认证体系的体制结构、功能、作用范围及运行机制。掌握网上申请个人数字证书的方法和安装。掌握数字证书的导出和备份。实验内容通过搜索国内认证机构网站，了解其功能、作用及所提供的业务。登录Verisign公司网站，了解其功能、作用及所提供的业务。登录Verisign公司网站，为自己申请试用版Verisign个人数字证书。实验操作步骤一、国内

13、省（市）级和国外认证机构网站浏览1浏览“上海市数字证书认证中心有限公司”网站，网址：。上海市CA中心SHECA成立于1998年，是中国第一家专业的第三方网络安全和信任服务提供商，专门从事信息安全技术认证和安全信任服务以及相关产品的研发和整合，目前已成为中国互联网络安全和信任服务的骨干。2 浏览“广东省电子商务认证中心”网站，网址：。广东省电子商务认证中心是经广东省人民政府批准成立的第一家专业数字证书认证机构，其前身是中国电信南方电子商务中心，创立于1998年，是中国成立最早的数字证书认证机构之一，国家电子商务试点工程、广东省“十五”规划重点建设项目。3浏览“山西省电子商务安全认证中心”网站，网

14、址：。山西省电子商务安全认证中心(有限公司)于1999年由省信息化工作领导小组办公室批准建设，是山西省政府为进一步推动山西省信息化和网络经济的发展，经山西省信息办批准授权，国家密码办备案的山西省唯一的区域网络安全认证机构（简称山西CA），主要从事数字证书的相关应用及开发。4 浏览“重庆市数字证书认证中心有限公司”网站，网址：。重庆市数字证书认证中心有限公司（简称重庆市CA中心）成立于2001年，是经重庆市信息产业局批准成立并通过国家密码管理委员会安全审查及技术鉴定的重庆市唯一从事数字证书签发和管理业务的权威性认证中心, 已列为“十五”期间重庆市信息化重点建设项目。5 浏览Verisign公司网

15、站，网址：Verisign是一家世界级从事通信和安全服务的公司。它的业务包括提供可操作的安全服务，安全咨询，可靠的认证方案及商务、电子邮件和反网页仿冒的安全服务，在世界范围内有超过3，000家企业客户和400，000家网站。单是在北美，该公司每天负责处理约$100百万安全交易，超过全部电子商务交易的30%。二、申请“个人身份证书”1打开浏览器，进入网址： Now”按钮；2进入如图二所示页面后，点击”Buy Now”按钮；3进入如图三所示页面后，注意观察浏览器状态栏中的锁形标识（双击后可查看该网站的证书），点击Microsoft (Internet Explorer 3 or higher)”中

16、的图像链接或文本链接；图一 Verisign用于安全电子邮件的数字证书（1）图二 Verisign用于安全电子邮件的数字证书（2）图三 Verisign用于安全电子邮件的数字证书（3）4进入如图四所示页面后，填写注册登记表，内容如下：l 你的数字证书显示的内容： 名：输入你的名或别名； 姓：输入你的姓； 电子邮件地址：输入你将用于绑定到这个证书的电子邮件地址，如xyz（该地址必须是正确无误的，Verisign随后将发送一封核实邮件到该地址）；注意：该邮件地址应是基于POP服务器的，如163、新浪等，而不能是雅虎等。l 验证短语：输入一个你容易记住的短语（就象密码口令一样），以便以后你要挂失或更

17、新你的证书时使用，注意不要输入标点符号；l 选择“60 day free trial”选项，如图五所示；l 不要输入任何支付信息（你将得到的是一个免费的试用版本），如图六所示；l “Select cryptographic Service”让此选项保持其默认状态；l 勾选“Check this Box to Protect Your Private Key” 复选框(允许附加安全设置以保护你的私钥)，如图七所示；这将允许你在随后的步骤中设置你的密钥在浏览器中的安全级别： 低：没有特殊的安全措施。仅依靠登录计算机来保护你的私钥； 中：当你将使用你的私钥时，会弹出一对话框来提示你； 高：你必须输入

18、密码才能使用你的私钥；l 点击“Agree”按钮，接受使用协议；l 一个要求你核实你的电子邮件地址的对话框会被弹出，点击“确定”按钮，如图八所示；l 在弹出一警告框后,点击”是”按钮,如图九所示;5. 一个弹出对话窗口会提示应用程序正在创建一个受保护的项目，如图十所示。通过点击“设定安全级别”按钮，可以修改安全级别。点击“确定”按钮，会进入“Step 2 of 4”页面，提示一封有关如何安装数字证书的电子邮件会很快发到你的邮箱，如图十一所示；6检查你的邮箱，查找一封来自于Verisign的邮件；找到邮件后，将邮件中你数字证书的识别码（PIN）复制，然后点击邮件中的一安全链接，如图十二所示；7出

19、现“Step 3 of 4”页面后，将复制的PIN粘贴于该页的一个单行文本框内，然后点击”Submit”按钮，如图十三所示；8出现“Step 4 of 4”页面后，你可以看到你成功申请的数字证书的相关信息，如图十四所示。点击”INSTALL”按钮，弹出一安装数字证书的警告对话框，如图十五所示,点击“是”按钮，将数字证书安装到IE浏览器中；图四 Verisign用于安全电子邮件的数字证书申请表图五 Verisign用于安全电子邮件的数字证书申请表样表图六 Verisign用于安全电子邮件的数字证书申请表的支付信息部分图七 Verisign用于安全电子邮件的数字证书申请表样表图八 电子邮件地址确认

20、对话框图九 请求证书确认对话对话框图十 创建受保护项目对话框图十一 申请证书的第二步图十二 来自于Verisign的邮件图十三 申请证书的第三步图十四 申请证书的第四步图十五 安装证书警告对话框三、查看证书可以从IE浏览器里查看所申请的数字证书，具体操作如下：1 打开一IE浏览器，依次点击“工具”、“Internet选项”，如图十六所示；2 在“Internet选项”对话框中，点击“内容”栏，如图十七所示；3 点击“证书”按钮（在对话框的中部），弹出“证书”对话框，选择“个人”栏，显示出所有的个人的证书，如图十八所示；4 选择一证书后，点击“查看”按钮，弹出该个人证书信息的对话框，如图十九所示

21、；5 依此点击“详细信息”、“证书路径”，即可查看证书的详细信息和证书路径，如图二十、图二十一所示；图十六 IE浏览器图十七 Internet选项对话框图十八 证书对话框图十九 个人证书的信息对话框图二十 个人证书的详细信息图二十一 个人证书的证书路径四、导出证书可以从IE浏览器里导出证书后将其作为一个文件保存在硬盘或其他存储设备上以作为备份或应用于其他程序，具体操作如下：1按照实验操作步骤三的1、2、3后，弹出“证书”对话框，选择“个人”，显示出所有的个人的证书，如图二十二所示；2选择一证书后，点击“导出”按钮，弹出一“证书导出向导”对话框，如图二十三所示；3点击“下一步”按钮，在弹出的对话

22、框中选中单选按钮“是，导出私钥”，如图二十四所示；4点击“下一步”按钮，弹出“导出文件格式”对话框，如图二十五所示；5按默认设置，点击“下一步”按钮，弹出“输入密码”对话框，如图二十六所示；输入并确认密码后（请务必记住此密码，以后将数字证书导入到系统中时会要求输入此密码），点击“下一步”按钮，弹出“指定要导出的文件名”对话框，如图二十七所示；6. 点击文本框旁的“浏览”按钮，在弹出的文件名和路径选择对话框中选择路径并输入文件名，如图二十八所示，再点击“保存”按钮，返回“指定要导出的文件名”对话框；7点击“下一步”按钮，弹出“完成证书导出向导”对话框对话框，如图二十九所示；8点击“完成”按钮，弹

23、出“正在导出专用交换密钥”对话框，如图三十所示；9点击“确定”按钮，弹出“证书导出成功”对话框，如图三十一所示，点击“确定”按钮，完成证书导出的全过程；现在即可根据前面设定的路径查看导出的证书文件，也可以再将其拷贝至优盘等别的存储设备以作为备份。10. 回到第1步，选择“个人”，显示出所有的个人的证书，选中你的证书，点击“删除”按钮，以确保完成实验后你的证书不会被别人得到。图二十二 选择个人证书图二十三 证书导出向导对话框图二十四 导出私钥选择图二十五 导出文件格式对话框图二十六 输入密码对话框图二十七 指定要导出的文件名对话框图二十八 文件名和路径选择对话框图二十九 完成证书导出向导对话框图

24、三十 正在导出专用交换密钥对话框图三十一 证书导出成功对话框五、思考题请简要说明你申请的证书包含哪些信息。实验三 个人数字证书申请及安装（2）实验目的与要求掌握个人数字证书的导入方法。了解个人数字证书的作用及使用方法。利用个人数字证书发送签名邮件和加密邮件。实验内容导入个人数字证书。发送数字签名电子邮件。发送加密邮件。实验操作步骤一、导入个人数字证书如果你使用的系统中没有你的数字证书（比如你使用了一台和申请数字证书时不同的在发送签名邮件之前，你首先要把你申请的数字证书导入到你的系统中，以便将数字证书跟电子邮件绑定，具体操作如下：6 找到在硬盘或其他存储设备中你备份的数字证书，双击之，打开“证书

25、导入向导”对话框，如图一所示；7 点击“下一步”按钮，弹出“指定要导入的文件”对话框，其默认文件应为你在上一步中双击的数字证书，如图二所示；8 点击“下一步”按钮，弹出“密码输入”对话框，输入你在实验一里导出数字证书时设定的密码，然后勾选下面的两个复选框，如图三所示；9 点击“下一步”按钮，弹出“证书存储区选择”对话框，选中“根据证书类型，自动选择证书存储区”选项前的单选按钮，如图四所示；10 点击“下一步”按钮，弹出“证书导入向导完成”对话框，如图五所示；6 点击“完成”按钮，弹出“正在导出专用交换密钥”对话框，如图六所示；7 点击“确定”按钮，弹出“证书导入成功”对话框，如图七所示，点击“

26、确定”按钮，完成证书导入的全过程；图一 证书导入向导对话框图二 指定要导入的文件对话框图三 输入密码对话框图四 证书存储区选择对话框图五 证书导入向导完成对话框图六 正在导入新的专用交换密钥对话框图七 证书导入成功对话框二、Outlook Express邮件帐户设置将Outlook Express设置为默认的邮件处理程序后，即可添加用户邮件帐户和绑定用户个人证书，具体操作步骤如下：1 打开Outlook Express，单击“工具”菜单中的“选项”。出现如图八所示的“选项”对话框；在对话框下部的“该程序是默认邮件处理程序”旁的“设为默认”按钮为灰白色即为设置已成功，否则单击此按钮使其变为灰白色

27、，然后单击“确定”按钮关闭此对话框，回到Outlook Express的主界面；2 单击“工具”菜单中的“帐户”。出现如图九所示的“Internet帐户”对话框，选取“邮件”选项卡；3 依次单击“添加”“邮件”，打开“Internet连接向导”对话框，输入你想显示的发件人的名字，如图十所示；4 单击“下一步”按钮， 打开“Internet电子邮件地址”对话框后，输入别人用来给你发送电子邮件的地址，如图十一所示；5 单击“下一步”按钮， 打开“电子邮件服务器名”对话框后，输入你接收和发送电子邮件的邮件服务器的名称（需参考你的邮件服务商提供的设置），如图十二所示；6 单击“下一步”按钮， 打开“I

28、nternet Mail登录”对话框后，输入你的电子邮件登录的帐户名和密码，如图十三所示；7 单击“下一步”按钮， 打开“完成”对话框后，单击“确定”按钮，完成邮件帐户设置，如图十四所示；8 回到Outlook Express的“Internet帐户”中的“邮件”选项卡，可以看见刚添加的用户邮件帐户已出现在列表中，如图十五所示；选中该帐户后，点击“属性”按钮，打开“属性”对话框后，选择“服务器”选项卡，勾选“我的服务器要求身份验证”前的复选框，如图十六所示；9 单击“设置”按钮， 打开“发送邮件服务器设置”对话框后，选中“使用与接收邮件服务器相同的设置”前的单选按钮，然后单击“确定”按钮，如图

29、十七所示：10. 选择“属性”对话框中的“高级”选项卡，勾选“在服务器上保留邮件副本”前的复选框，如图十八所示；11单击“确定”按钮回到“Internet帐户”中的“邮件”选项卡，即完成Outlook Express中邮件帐户的添加，如图十五所示，随后就可以利用Outlook Express进行收发电子邮件。图八 选项对话框图九 Internet帐户中的邮件选项卡图十 Internet连接向导图十一 Internet电子邮件地址对话框图十二 电子邮件服务器名对话框 图十三 Internet Mail登录对话框图十四 完成对话框图十五 “添加”操作后Internet帐户中的邮件选项卡图十六 邮件

30、帐户属性中的服务器选项卡图十七 发送邮件服务器设置对话框图十八 邮件帐户属性中的高级选项卡三、Outlook Express中邮件帐户和用户个人数字证书的绑定将Outlook Express中的邮件帐户和用户个人数字证书绑定后，就可以发送签名电子邮件和接收加密邮件了，具体操作步骤如下：1在Outlook Express中，点击“工具”“帐户”；2点击“邮件”选项卡，选中你的邮件帐户，然后点击“属性”按钮，打开“属性”对话框后选择“安全”选项卡，如图十九所意；3单击“签署证书”栏目中“证书”文本框旁边的“选择”按钮，打开如图二十所示对话框；4选中你的证书，然后点击“确定”按钮；5对“加密首选项”

31、栏目中“证书”重复同样的操作，在“算法”下拉菜单中选择“3DES”；6单击“确定”按钮，即完成数字证书和邮件帐户的绑定。图十九 邮件帐户属性中的安全选项卡图二十 选择默认帐户数字ID对话框四、发送和接收数字签名邮件或加密邮件带数字签名的电子邮件允许电子邮件的收件人验证你的身份，加密电子邮件则可以防止其他人在邮件传递过程中偷阅邮件。要想给某人发送加密邮件，你必须有收件人的数字证书，并且该证书必须与它们在你的通讯簿中的名称相关联。若联系人有数字证书，他们在通讯簿中的卡片将被添上一个红色的飘带，如图二十一所示。参加实验的同学可按两人或几人为一组来互相发送签名电子邮件及加密电子邮件，发送和接收数字签名

32、邮件和加密邮件的步骤如下：1 点击Outlook Express面板中的“创建邮件”按钮，打开“新邮件”面板，撰写邮件；2 要为邮件添加数字签名，请在“工具”菜单中，单击“数字签名”；3 要加密邮件，请在“工具”菜单中，单击“加密”，如图二十二所示；4 点击“发送”按钮，弹出一警告对话框，提醒程序正在用你的私钥签名，如图二十三所示，点击“确定”按钮，完成发送；5 你可以像阅读其他邮件一样阅读带数字签名或加密的邮件。当你首次打开或预览带数字签名或加密的邮件时，Outlook Express 会显示帮助屏幕，如图二十四所示；点击“继续”按钮，即可显示邮件原文，如图二十五所示；注意：l 如果接收到有

33、问题的安全邮件（例如邮件已被篡改或发件人的数字标识已过期），则在被允许阅读邮件内容前，你将会看到一条安全警告，它详细说明了问题所在。根据警告中的信息，你可以决定是否阅读邮件；l 可以通过让某人给你发送一封由他签名的电子邮件来获取他的数字证书；l 在你接收带有数字签名的邮件的时候，Outlook Express 自动将数字证书添加到你的通讯簿。图二十一 通讯簿面板图二十二 签名和加密文件图二十三 访问受保护的项目对话框图二十四 收到签名或加密邮件后的帮助屏幕图二十五 收到的邮件原文五、思考题证书的导出和导入各自的目的是什么？实验三 个人数字证书申请及安装（3）实验目的与要求掌握个人数字证书中私钥和公钥作用及使用方法。掌握查找和搜索他人数字证书的方法。实验内容发送数字签名电子邮件和加密邮件。查找他人的数字证书。实验操作步骤一、仅导入发送者数字证书发送数字签名邮件参加实验的同学可按两人或几人为一组来互相发送签名电子邮件及加密电子邮件，具体操作步骤如下：1参照实验一的实验操作步骤四之第10步，删除“证书”面板中“个人”选项卡和“其他人”选项卡中的已有的个人数字证书，如图一所示；2参照实验二的实验操作步骤一，导入你的个人数字证书；3参照实验二的实验操作步骤二，设置Outlook Express中你的邮件帐户；4点击Outlook Express面板中的“创建邮件”按钮