信息安全原理复习重点

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2024年吉林大学信息安全原理真题

ECB

1. 什么是ECB？
2. ECB安全吗？为什么？
3. 什么是CBC？
4. CBC安全吗？为什么？

彩虹表

1. 什么是彩虹表？
2. 攻击者怎么用彩虹表攻击？
3. 如何防御？

数字证书

用户想访问A网站，攻击者使用以下方式诱导A访问假网站会发生什么：

1. 攻击者沿用A网站的数字证书；
2. 攻击者创建一个假证书；
3. 攻击者使用自己网站的真实证书。

Kerberos协议

1. timestamp和lifetime对于安全有用吗？为什么？
2. 攻击者仿造ticket去欺骗TGS可行吗？
3. 攻击者截获别人的ticket去欺骗TGS可行吗？

缓冲区溢出

说明scanf("%s", buff)有什么漏洞。

老师强调的重点

密码学 Cryptography

对称密钥 symmetric key encryption

对称密钥加密即单密钥加密，在加密时有以下优点：

1. 速度快，易于加密
2. 算法简单，计算资源消耗少
3. 适用于大规模数据传输

当然，相对于非对称密钥加密，也有相应的缺点：

1. 对称加密需要发送和存储密钥，在传输中一旦密钥泄露，则安全性大幅下降
2. 密钥必须双方事先共享，否则需要依赖其他协议传输密钥
3. 无法实现数字签名

实际应用中常常两种加密混合使用，称为混合加密。

加密模式（0929作业）

ECB

简单的块加密

因为相同明文通过相同密钥可得到相同密文，存在一定漏洞，所以通过添加参数（IV）的方法修改每一次加密的明文或密钥，从而得到无规律的密文。

初始向量IV, Initialization Vector.

需要保证以下特质

1.以明文存储或传输

2.不应重复使用

3.不可预测

CBC

明文P与向量V异或后再加密得到密文C。

\[\begin{align*} V_0 & = IV \\ V_i & = C_{i-1} \end{align*} \]

由于V需要由密文得到，因此加密不可并行，但解密可并行

CFB

向量V加密后与明文P异或得到密文C。

\[\begin{align*} V_0 & = IV \\ V_i & = C_{i-1} \end{align*} \]

实际上变成了流加密，而且最后的数据块也不需要填充了，很适合加密实时数据

同样的，由于V需要由密文得到，因此加密不可并行，但解密可并行

OFB

向量V加密后与明文P异或得到密文C。

\[\begin{align*} V_0 & = IV \\ V_i & = E(V_{i-1}) \end{align*} \]

与CFB相同，但加密的向量实际只依赖上个向量，最终都依赖于IV，所以加密解密都是可并行的

CTR

向量V加密后与明文P异或得到密文C。

\[V_i=Nonce|Counter_i \]

nonce和其他模式的IV一样，计数器counter从000...000累加

很明显，加密解密都可并行

数字签名与数字证书

在传输密钥时容易遭到中间人攻击，从而无法确定对方用户身份和密钥的安全性。因此在传输密钥时常常使用证书将密钥与用户身份绑定。

数字签名 Digital Signature

数字签名是一种能产生与真实签名相同效果的协议： 它是一种只有发送者才能做的标记，但其他人可以很容易地识别出它属于发送者。

A digital signature is a protocol that produces the same effect as a real signature: It is a mark that only the sender can make, but other people can easily recognize as belonging to the sender.

一般情况下使用自己的私钥签名，别人使用公钥验证。

数字证书 digital certificate

证书颁发机构（CA）是权威的，有了CA的签名，大家就会认可你的数据是真的。

一份证书的构成：

自己的name, addr, public key, hash value, 上层的签名，上层的证书

证书颁发机构：受信任方，负责验证用户身份，然后将验证身份与公钥绑定。

Certificate Authority (CA): a trusted party, responsible for verifying the identity of users, and then bind the verified identity to a public keys.

数字证书：证明内含的公开密钥确实属于该文件所述身份的文件。

Digital Certificates: A document certifying that the public key included inside does belong to the identity described in the document.

当用户想访问A网站，攻击者用B网站攻击的三种攻击方式（1025作业）

1. 攻击者使用A网站的真实证书。由于证书中有CA机构的签名，攻击者的网站无法伪造完全一样的签名，从而被浏览器识破（网站和真证书对不上）
2. 攻击者创建一个假证书。由于浏览器无法识别该证书，一般会询问用户是否进入网站（众所周知，用户一般都是坚持访问的）
3. 攻击者使用自己网站的真实证书。由于证书是真的，和网站也对得上，浏览器会通过验证。这种情况一般是网址相似，用户通过对比网址可判断网站是假的

身份验证与访问控制 Authentication & Access Control

身份识别 Identification 指声明一个人是谁

身份验证 Authentication 指通过某种手段证明某人是他声明的身份。

身份验证：salt（1101作业）

通常使用密码口令进行身份验证，然而，总有用户使用弱口令，给attacker可乘之机。

因此通常使用散列函数对口令处理，但是困难的口令各式各样，简单的口令千篇一律

当用户设置的口令过于简单时，攻击者提前将各种简单的口令和他们的散列值提前计算，保存得到彩虹表，从而进行攻击。即使使用SHA等加密方法，也可以通过多个散列值的对比找到较弱的口令来攻击。

因此可以通过在口令上加入各不相同的salt（类似加密模式中的IV），使加密后的散列值各不相同，从而加大攻击者攻击的难度。明文的salt比如用户名、时间戳，也可以用密文salt来增强口令。

多次散列化也能有效增大口令破解难度

访问控制：Kerberos协议（1108作业）

主要使用密钥分发中心KDC（Key Distribution Center）实现访问控制

用户向KDC发送TGT请求（实际上就是登录服务器），KDC返回一个会话密钥 \(K_{c, tgs}\) 和票据 \(T_{c,tgs}\)，用于和TGS通信。

KDC返回信息结构如下

\[\{K_{c,tgs}||\{T_{c,tgs}\}K_{tgs}\}K_c \]

用户得到票据后想要使用某服务时，向TGS发送请求，附带TGT和authenticator，TGS使用TGT解密出会话密钥，用这个密钥加密一个新的服务票据和会话密钥。

使用tgs的key加密的票据TGT(Ticket-Granting Ticket)结构如下

\[\{tgs||c||addr||timestamp||lifetime||K_{c,tgs}\}K_{tgs} \]

用户使用tgs发的票据使用对应服务。

访问服务时使用的authenticator结构如下

\[\{c||addr||timestamp\}K_{c,s} \]

authenticator能够保证：

1. 客户端知道密钥
2. 票据是新的、有效的

编程与程序安全 Programs & Programming

程序都有缺陷，由此可以被恶意利用，一个经典的缺陷是缓冲区溢出（Buffer Overflow）。

缓冲区溢出（1115作业）

1. 程序在执行时会在栈空间分配一个固定大小的缓冲区用于存储数据。
2. 当用户或程序向缓冲区写入数据时，如果没有检查数据的长度，可能会写入超出预定大小的数据。超出缓冲区的数据将覆盖相邻的内存空间，可能会修改其他数据结构、变量，甚至控制流相关的关键内容，如返回地址、函数指针等。
3. 如果攻击者故意设计输入数据，使得缓冲区溢出的部分覆盖了程序的返回地址，从而使程序跳转到攻击者的恶意代码并执行。

预防措施

地址随机化 ASLR (Address Space Layout Randomization)

随机化堆栈的起始位置，即每次在内存中加载代码时，堆栈地址都会发生变化，从而难以猜测内存中的堆栈地址，进而难以猜测 %ebp 地址和恶意代码地址

栈保护 Stack-Guard

使用一个保护值canary检测栈溢出是否发生，通常将canary放在缓冲区和返回地址之间，如果发生栈溢出，就会覆盖canary值，从而检测到栈溢出。

笔者认为的其他重点

CIA（0913作业）

confidentiality 保密性

integrity 完整性

availability 可用性

信息传递的四种攻击手段

流加密和块加密的比较（0927作业）

流加密：

1. 变换速度快。每个符号单独加密，无需等待其他符号
2. 低错误传播。错误只影响字符本身

块加密：

1. 高扩散。明文信息分散到整个加密块中。
2. 免疫符号插入。符号块长度固定，一旦插入可以立刻发现。
3. 相同明文得到相同密文。容易看出明文特征。

错误检测码 Error Detecting Code

一般使用hash算法，由原文易得哈希值，反过来十分困难，且原文发生改变时，哈希值也发生改变

散列函数的特点：单向性、抗碰撞性

常用的one-way hash functions

• MD series
• SHA series

信息验证码 Message Authentication Code（MAC）

使用key和hash可以达到信息验证的目的（1018作业）

重放攻击

在交易等场景，将信息进行重放也会造成破坏，一般使用添加时间戳的方法解决

Needham-Schroeder Protocol 双向鉴别协议

\[\begin{align} A → S &: A||B||N_A\\ S → A &: \{N_A||B||K_{AB}||\{K_{AB}||A\}K_{BS} \}K_{AS}\\ A → B &: \{K_{AB}||A\}K_{BS}\\ B → A &: \{N_B\}K_{AB}\\ A → B &: \{N_B − 1\}K_{AB}\\ \end{align} \]

其对应场景如下所示

程序运行时的栈变化

#include <cstdio>
void foo(){
  return ;
}
int main() {
  char buff[10];
  scanf("%s", buff);
  foo();
  return 0;
}

main:
    push %ebp               ; 保存旧的基址指针
    mov %esp, %ebp          ; 设置新的基址指针，%ebp指向栈帧
    sub $0x10, %esp         ; 为局部变量buff[10]分配空间
    ; 执行 scanf("%s", buff)
    push $buff              ; 压入参数，buff数组的地址
    call scanf              ; 调用scanf函数
    add $0x4, %esp          ; 调用返回后恢复栈
    ; 执行 foo()
    call foo                ; 调用foo函数
    ; 结束 main
    mov $0, %eax            ; 函数返回值为0
    leave                   ; 恢复栈帧
    ret                     ; 返回

并非重点（？）

凯撒密码Caesar Cipher

每个字母按字母表顺序移动

Vigenere密码

每个字母按key顺序移动，key可以是单词，也可以是一串神秘数字

各种其他密码（0920作业）

DES：数据加密标准，用密钥加密，因安全性不够，后来出现了double DES， triple DES，再后来使用了AES

公钥和私钥的历史沿革，早期选取key的数学方法

RSA的数学方法

密钥交换协议（1011作业）

hash的应用：检测文件是否完整，不泄露秘密情况下发布秘密，密码验证，salt，可信的时间戳

hash chain， Block chain

哈希碰撞攻击（很难）

Kerberos干的是认证Authentication的活，一般不干授权Authorization的活。也可以干，可以往ticket里放

除了文字密码还有图形密码，五花八门，还有指纹等各种玩意

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