北京大学网络信息安全课件-消息验证与数字签名

消息验证与数字签名本课件介绍了网络信息安全中消息验证与数字签名的基本概念、原理和应用，以及相关的安全协议和标准。课程介绍信息安全概述本课程将介绍信息安全的基本概念，包括数据保密性、完整性、可用性、身份验证等。消息验证和数字签名重点讲解消息验证和数字签名技术，并分析其工作原理和应用场景。网络安全协议探讨常见的网络安全协议，如Kerberos、PKI、TLS/SSL等。信息安全基本概念1机密性信息仅可被授权者访问2完整性信息不被恶意篡改3可用性信息在需要时可以被访问数字签名的基本原理1验证身份数字签名通过加密技术验证发送者的身份，确保信息来源的可靠性。2确保完整性数字签名可以检测信息在传输过程中是否被篡改，保证信息的完整性和真实性。3防止抵赖数字签名可以防止发送者事后否认发送信息，有效地保障信息的安全性和可信度。消息验证的重要性确保消息完整性验证消息在传输过程中是否被篡改，保证数据的真实性和可靠性。验证消息来源确认消息发送者的身份，防止伪造和欺诈行为。增强安全性提高数据传输和存储的安全性，抵御各种攻击，保护用户隐私和数据安全。单向哈希函数不可逆无法从哈希值反推出原始数据。快速计算哈希函数可以高效地对任意长度的数据进行运算。唯一性不同数据产生不同的哈希值，即使数据略微改变也会导致哈希值明显不同。哈希函数的性质和应用1单向性哈希函数不可逆，无法从哈希值反推原始数据。2抗碰撞性难以找到两个不同的输入，产生相同的哈希值。3敏感性输入数据即使微小的变化，也会导致哈希值显著改变。4应用场景密码存储、数据完整性验证、数字签名等。数字签名的工作原理生成签名发送方使用私钥对哈希值进行加密，生成数字签名。验证签名接收方使用公钥解密数字签名，并将其与消息的哈希值进行比较。非对称加密算法RSA公钥公开的密钥，用于加密数据。私钥私密的密钥，用于解密数据。数字证书及其应用身份验证数字证书用于验证用户和服务器的身份，确保通信的安全性和可靠性。数据加密数字证书可以用于加密数据，防止未经授权的访问和修改。电子签名数字证书可用于创建和验证电子签名，保证交易的完整性和合法性。数字签名的优缺点优点数字签名提供了一种安全可靠的方式来验证消息的完整性和来源.优点数字签名可以作为法律证据，证明信息的真实性和完整性.缺点需要使用密钥，而密钥的管理和安全是一个重要的挑战.缺点数字签名依赖于加密技术，而加密技术的安全性可能会受到攻击.消息认证码HMAC密钥生成HMAC使用密钥生成一个唯一的哈希值，确保消息的完整性和真实性。消息拼接将密钥和消息进行拼接，并使用哈希函数进行加密处理。验证身份接收者使用相同的密钥验证HMAC值，确保消息未被篡改，身份得到验证。HMAC的工作原理密钥哈希消息认证码HMAC是一种使用密钥来验证消息完整性的算法。HMAC结合了哈希函数和密钥，对消息进行加密，生成一个固定长度的哈希值。消息完整性验证接收方使用相同的密钥，对接收到的消息计算HMAC值，与发送方提供的HMAC值进行比较。如果两个HMAC值一致，则证明消息没有被篡改。HMAC的优势1安全性HMAC使用密钥对消息进行哈希运算，确保消息的完整性和真实性。2可靠性HMAC算法不易受到攻击，可以有效防止消息被篡改。3广泛适用HMAC广泛应用于各种网络协议和应用中，例如SSL/TLS、IPsec等。密钥管理的挑战1密钥生成安全可靠的密钥生成是基础2密钥存储安全存储密钥防止泄露3密钥分发安全可靠地分发密钥4密钥备份防止密钥丢失密钥分发中心KDC1KDC的作用负责安全地分发密钥给用户，以便用户在网络上进行身份验证和数据加密。2KDC的工作流程用户首先向KDC请求密钥，KDC验证用户的身份，然后生成一个加密的密钥，并将其发送给用户。3KDC的优势KDC可以减少用户之间的密钥管理工作量，提高系统的安全性。Kerberos认证协议1安全认证提供身份验证和数据机密性。2集中式管理使用密钥分发中心(KDC)管理密钥。3票据系统使用票据进行身份验证和授权。Kerberos的工作流程1身份验证请求客户端向KDC发送身份验证请求，包含其用户名和服务名。2票据生成KDC生成包含客户端身份信息的票据，并将其发送给客户端。3服务验证客户端向服务端发送票据，服务端向KDC验证票据的真实性。4会话密钥分配KDC分配会话密钥给客户端和服务端，用于后续的加密通信。PKI公钥基础设施公钥基础设施(PKI)PKI是一个以公钥密码为基础的安全基础设施，它提供了一套标准和技术，用于管理、分发和使用数字证书。数字证书作为一种身份证明，可以用来验证身份、确保数据完整性和非否认性。PKI的核心组成部分PKI包括证书颁发机构(CA)、注册机构(RA)、证书管理系统(CMS)和证书撤销列表(CRL)等组件。PKI的应用PKI广泛应用于电子商务、电子政务、网络安全等领域，例如数字签名、身份认证、数据加密和安全通信。证书授权中心CA颁发数字证书CA负责为用户颁发数字证书，验证其身份。管理证书生命周期CA管理证书的颁发、更新和撤销。维护信任体系CA是整个PKI信任体系的核心，确保证书的可靠性。证书撤销列表CRL1证书状态有效或无效2证书序列号3撤销原因4撤销日期证书撤销列表（CRL）是一个包含被撤销证书的列表。它包含以下信息：证书序列号、撤销原因、撤销日期和证书状态。数字证书的验证过程证书来源验证验证证书颁发机构的真实性。证书有效期验证检查证书是否在有效期内。证书完整性验证验证证书内容是否被篡改。证书撤销验证检查证书是否被撤销。数字签名的应用场景电子商务保证交易的真实性和完整性，防止信息篡改和伪造。公文流转确保文件来源可靠，防止文件被伪造或篡改。金融交易确保资金安全，防止资金被盗或非法转移。移动支付保护用户隐私，防止个人信息被盗用。电子商务中的数字签名1身份验证确保交易双方身份真实性，防止身份盗用和欺诈。2数据完整性保证交易信息不被篡改，确保交易内容真实可靠。3不可否认性防止交易双方否认交易行为，确保交易责任明确。数字签名在公文流转中的应用确保公文完整性数字签名可以防止公文被篡改，确保其内容在传输过程中保持一致。身份验证公文签署者可以通过数字签名验证其身份，确保签署者是合法授权的人员。提高效率数字签名可以简化公文流转流程，减少人工审核，提高审批效率。数字签名在金融交易中的应用身份验证数字签名验证交易方的身份，防止冒充和欺诈。交易完整性确保交易内容不被篡改，保证交易的真实性和可靠性。不可否认性交易双方无法抵赖自己的行为，确保交易的合法性。移动支付中的数字签名安全交易数字签名验证交易的真实性和完整性，防止欺诈和盗窃。身份认证确保用户身份的真实性，防止他人冒充进行支付。数据隐私保护支付信息的安全，防止数据泄露。其他应用场景代码签名确保软件的完整性和来源的真实性。文档签名验证文档的真实性和完整性，防止篡改。电子投票确保投票的安全性，防止作弊。未来发展趋势量子密码学量子密码学将为数字签名提供更强的安全性，抵御量子计算机的攻击。区块链技术区块链技术可以用于构建去中心化的数字签名系统，提高透明度和可信度。