《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)（第二版）》 課件 第3章-任務(wù)3.3 探究數(shù)據(jù)指紋和任務(wù)3.4PGP軟件簽名的應(yīng)用

第3章數(shù)據(jù)加密技術(shù)3.3HASH算法及數(shù)據(jù)的指紋3.4數(shù)字簽名及PGP軟件在簽名上的應(yīng)用編著：

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要使信息安全的傳送到目的地，應(yīng)確保傳送過(guò)程具備以下四個(gè)基本特性：私密性（Confidentiality）、完整性（Integrity）、源認(rèn)證（Authentication）和不可否認(rèn)性（Non-repudiation）。對(duì)數(shù)據(jù)、密碼等進(jìn)行加密，使數(shù)據(jù)不被未經(jīng)授權(quán)者讀取，稱(chēng)為私密性（Confidentiality）；確保信息在傳送過(guò)程中，未被篡改，稱(chēng)為完整性（Integrity）；發(fā)送和接收前先確認(rèn)發(fā)送者和接收者不是冒名的，稱(chēng)為源認(rèn)證（Authentication）；發(fā)送者和接收者事后不能否認(rèn)是自己發(fā)送的或是自己接收的，稱(chēng)為不可否認(rèn)性（Non-repudiation）。加密算法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的私密性，數(shù)據(jù)的指紋則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性校驗(yàn)（Integrity），一旦數(shù)據(jù)被篡改，數(shù)據(jù)的指紋就會(huì)改變，從而鑒別出數(shù)據(jù)已經(jīng)被篡改，不再完整了。3.3HASH算法及數(shù)據(jù)的指紋一、數(shù)據(jù)的指紋人有指紋，數(shù)據(jù)也有指紋。數(shù)據(jù)指紋也叫做數(shù)據(jù)的哈希值、數(shù)據(jù)的HASH值、數(shù)據(jù)的散列值、數(shù)據(jù)的摘要、數(shù)據(jù)的消息驗(yàn)證碼（MessageAuthenticationCode,MAC）等。在現(xiàn)實(shí)生活中，兩個(gè)人的指紋不會(huì)完全相同，公安部門(mén)可以通過(guò)人的指紋來(lái)識(shí)別出罪犯。不同數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)指紋也是互不相同的，一個(gè)長(zhǎng)文件，假如將其中的一個(gè)逗號(hào)改成了句號(hào)，那么重新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)指紋就會(huì)跟原來(lái)數(shù)據(jù)指紋完全不一樣，這被稱(chēng)為數(shù)據(jù)指紋的雪崩效應(yīng)。人不管長(zhǎng)得高矮胖瘦，人的指紋大小都是相同的。數(shù)據(jù)的指紋也一樣，不管數(shù)據(jù)的長(zhǎng)短，經(jīng)過(guò)HASH運(yùn)算產(chǎn)生的數(shù)據(jù)指紋，長(zhǎng)度都是固定的。不能通過(guò)人的指紋，還原出整個(gè)人的模樣。數(shù)據(jù)指紋也是單向的，從數(shù)據(jù)也以計(jì)算出數(shù)據(jù)指紋，但不能從數(shù)據(jù)指紋逆推出原始數(shù)據(jù)。二、HASH算法產(chǎn)生數(shù)據(jù)指紋的算法，叫做哈希算法，也稱(chēng)為HASH算法或散列算法。常見(jiàn)的HASH算法有MD5算法、SHA算法等。對(duì)于任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，哈希算法輸出的摘要信息長(zhǎng)度是固定的。其中，MD5算法輸出的是128位固定長(zhǎng)度的摘要信息。SHA算法則分為不同檔次的SHA-1和SHA-2。SHA-2又可分為SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512等四種。其中，SHA-1產(chǎn)生的報(bào)文摘要是160位，SHA-224產(chǎn)生的報(bào)文摘要是224位，SHA-256產(chǎn)生的報(bào)文摘要是256位，SHA-384產(chǎn)生的報(bào)文摘要是384位，SHA-512產(chǎn)生的報(bào)文摘要是512位。至今還沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)SHA-2有效的攻擊。但對(duì)于MD5和SHA-1，科學(xué)家已經(jīng)能為指定的HASH值找到可產(chǎn)生這些值的亂碼數(shù)據(jù)，當(dāng)然，這些亂碼數(shù)據(jù)是無(wú)法冒充原始數(shù)據(jù)的，因?yàn)樵紨?shù)據(jù)是有意義的，而這些亂碼數(shù)據(jù)則毫無(wú)意義。三、HMAC雖然對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Hash運(yùn)算能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的完整性校驗(yàn)（Integrity）。但攻擊者截獲報(bào)文后，可以修改報(bào)文內(nèi)容、偽造報(bào)文摘要。針對(duì)這樣的攻擊，HMAC對(duì)HASH算法進(jìn)行了改進(jìn)。HMAC算法要求發(fā)送方與接收方預(yù)先共享一個(gè)密鑰key，將數(shù)據(jù)與預(yù)共享密鑰key合并后，再做hash運(yùn)算，這樣計(jì)算出來(lái)的MAC值，不但取決于輸入的原始數(shù)據(jù)，還取決于預(yù)共享密鑰key，攻擊者因?yàn)闆](méi)有預(yù)共享密鑰key，就算修改了截獲的報(bào)文內(nèi)容，也仿造不了報(bào)文摘要。因此，HMAC不僅可以實(shí)現(xiàn)完整性校驗(yàn)（Integrity），還能實(shí)現(xiàn)源認(rèn)證（Authentication）。3.4數(shù)字簽名及PGP軟件在簽名上的應(yīng)用加密算法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的私密性，數(shù)據(jù)的指紋即hash運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性（Integrity），若將數(shù)據(jù)與預(yù)共享密鑰key合并后再做hash運(yùn)算的HMAC，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性校驗(yàn)（Integrity），和源認(rèn)證（Authentication）。數(shù)字簽名，則可同時(shí)實(shí)現(xiàn)完整性Integrity、源認(rèn)證Authentication和不可否認(rèn)性Non-repudiation。HMAC和數(shù)字簽名都能實(shí)現(xiàn)完整性Integrity和源認(rèn)證Authentication，但它們的應(yīng)用場(chǎng)合是不一樣的。由于HASH運(yùn)算速度比較快，所以數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，一般用HMAC進(jìn)行完整性校驗(yàn)（Integrity）和源認(rèn)證（Authentication），比如將來(lái)要學(xué)習(xí)到的IPSECVPN中，ESP的每個(gè)包都會(huì)用到HMAC。數(shù)字簽名的安全性更高，但速度較慢、消耗資源較大，所以在需強(qiáng)認(rèn)證的關(guān)鍵點(diǎn)，才會(huì)采用數(shù)字簽名技術(shù)。對(duì)明文進(jìn)行數(shù)字簽名的方法是：求出明文的HASH值，用自己的私鑰對(duì)明文的HASH值進(jìn)行加密，得到的就是數(shù)字簽名。再將明文和數(shù)字簽名同時(shí)發(fā)送給接收方。對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證的方法是：接收方用發(fā)送方的公鑰解密數(shù)字簽名，得到發(fā)送方明文的HASH值。接收方對(duì)明文計(jì)算出HASH值，與發(fā)送方提供的HASH值進(jìn)行比較，若相同，則數(shù)字簽名有效。數(shù)字簽名的應(yīng)用很廣泛，比如，蘋(píng)果APPStore上的APP必須是經(jīng)過(guò)了蘋(píng)果的數(shù)字簽名的，如果沒(méi)有蘋(píng)果數(shù)字簽名的AAP，客戶(hù)是無(wú)法安裝到蘋(píng)果手機(jī)上的。在上次PGP加解密實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)為user1、user2、user3所在的三臺(tái)電腦生成了密鑰對(duì)，并已經(jīng)互傳公鑰。在此基礎(chǔ)上，我們繼續(xù)完成數(shù)字簽名及驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)。1.在user1、user2、user3所在的電腦上，啟動(dòng)并打開(kāi)PGPDesktop的主界面。2.在user1所在的電腦上，新建文件test2.txt，輸入內(nèi)容，存盤(pán)。如圖3-4-1所示，右擊該文件，選擇“簽名為user1”選項(xiàng)。圖3-4-1文件簽名為user13.如圖3-4-2所示，輸入調(diào)用user1私鑰所需口令，調(diào)用user1的私鑰對(duì)文件test2.txt進(jìn)行數(shù)字簽名。點(diǎn)擊“下一步”。4.如圖3-4-3所示，在test2.txt文件旁邊，會(huì)生成test2.txt.sig文件。圖3-4-2簽名并保存圖3-4-3生成text2.txt.sig

5.如圖3-4-4和圖3-4-5所示，將test2.txt和test2.txt.sig拖放到user2所在的win2和user3所在的win3中。在win2和win3上，分別雙擊tes