你真的懂网络安全吗？密钥的分配解析
密钥分配
我们上面所介绍到的很多加密机制和加密算法都是公开的，所以不存在网络安不安全的问题，公开的就意味着不安全，因此对于安全性来说就体现在密钥的安全保护上了，所以密钥管理就成为一个非常重要且不可忽视的问题。密钥管理主要包括密钥的产生和分配、验证以及使用问题。
密钥分配是网络安全中一个很重要的问题，在计算机网络中，密钥应该通过一个安全的链路进行分配。之前早期的互联网多采用网外分配的方式，外网分配就是由信使把密钥分配给相互通信的用户；但是随着用户的增多和流量的增大，这种方式不再适用，因为每次需要更换密钥都需要派信使更换一遍。现在更多采用的是网内分配方式，也即密钥自动分配。
对称密钥的自动分配
我们上面说到了，对称密钥的一种分配方式是设立 密钥分配中心 kdc(key distribution center) ，kdc 是一个权威的密钥分配中心，他能解决密钥数量日趋增大的问题，也能解决共享密钥之间的安全性问题。
kdc 的主要作用就是给需要通信的用户临时分配一个会话密钥，这个会话密钥的生命周期在会话开始时结束，会话结束时失效。
比如下面这个 kdc 的分配示例：
a 和 b 都是 kdc 的登记用户，a 和 b 在 kdc 登记时就已经在 kdc 的服务器上安装了各自和 kdc 进行通信的主密钥(master key) 的 ka 和 kb，下面统称主密钥为密钥。
首先，用户 a 向密钥中心 kdc 发送时用明文，来表明自己想要和主机 b 建立通信，明文中包含了 a 和 b 在 kdc 登记的身份（此时 a 是知道 b 的登记信息的）。
kdc 用随机数产生一次一密的会话密钥 kab 来让 a 和 b 这次会话使用（这个密钥 kab 就是给通信用户分配的临时密钥），然后向 a 发送回答报文，回答报文用 a 的密钥 ka 加密，除此之外，这个报文中还包含这次会话使用的密钥 kab 和请 a 转给 b 的一条消息，这条消息用 b 的密钥 kb 加密，因为 a 并没有持有 kb，所以 a 并不知道这条消息的内容。
a 收到这条消息后会把 kb 加密的消息发送给 b，在 b 收到消息后就知道 a 想要和他通信，同时也知道了会话密钥 kab ，于是 a 和 b 就可以安全的对话了。这就是这个会话密钥 kab 的作用。
那可能有同学有疑惑了，假如此时还有一个 c 来冒充了 a ，把 a 发给 b 的报文截获，然后伪造成 b 与 c 进行通信呢？
由于 c 并不知道 a 的登记密钥 ka，所以就算截获了报文也不知道 kab 会话密钥，其次 kdc 还可以在报文中增加时间戳，来防止 c 使用之前截获的报文进行攻击，除此之外 kdc 中的 ka 和 kb 登记信息也要定期更换才行。
目前业界比较出名的密钥分配协议就是 kerberos v5，它是一种基于 ticket 的身份验证协议，而且也是 kdc，它已经变得很普及，现在是互联网标准。kerberos 使用比 des 更加安全的高级加密 aes 进行加密，下面会介绍 kerberos v4 的工作原理，v5 和 v4 的原理是一样的， v4 还稍微简单些。
这里首先先认识 kerberos 的两个服务器，一个是鉴别服务器（authentication server）as，一个是票据授予服务器（ticket-granting server）tgs。
鉴别服务器 as：进行用户信息验证，为客户端提供 ticket granting tickets（tgt）。
票据授予服务器 tgs：验证 tgt 和身份，为客户端提供 service tickets。
在上图中，a 是请求服务的客户，b 是被请求的服务器，a 通过 kerberos 向 b 请求服务，kerberos 需要通过下面几个步骤鉴别的确是 a 在向 b 请求服务，而不是冒充 a 的冒充者，请求服务后，才向 a 和 b 分配会话使用的密钥。
a 通过明文（包括登记的身份）向鉴别服务器 as 表明自己的身份。as 就是 kdc 的一种，它掌握着实体登记的身份和相应的口令。当 a 向 as 表明身份后，as 会对 a 进行身份验证，验证正确后才会走到下一步。
as 验证完成后，as 会向 a 发送用 a 的对称密钥 ka 加密的报文，这个报文包含 a 和 tgs 通信的会话密钥 ks 以及 as 要发送给 tgs 的 ticket 票据，这个 ticket 是用 tgs 的对称密钥 ktg 加密的。当报文到达 请求者 a 时，a 就会根据口令和适当的算法生成 ka 密钥，密钥 ka 会对 as 发送过来的报文进行解密（a 并不会保存 ka 密钥），解密过后就提取出会话密钥 ks（这是 a 和 tgs 通信要使用的）以及要转发给 tgs 的 ticket （这是用 ktg 加密的）。总的来说这一步就是 as 把消息发送给 a，a 根据口令生成解密密钥 ka，然后解密报文提取 ktg 加密报文的过程。
此后 a 需要向票据服务器 tgs 发送报文，包括上一步 a 提取的会话密钥 ks，还有 as 发给 a 的 ktg 加密报文，还有 a 需要告诉 tgs 通信的目标 b ，还有能预防重放攻击的 ks 加密的时间戳 t。
tgs 发送两个 ticket，每一个都包含 a 和 b 通信的会话密钥 kab。给 a 的 ticket 用 ks 加密，发给 b 的票据用 kb 加密。
然后 a 向 b 转发 tgs 发给 a 的 ticket，同时发送用会话密钥 kab 加密的时间戳 t。
b 把时间戳 t + 1 来证实收到了 ticket，同时这个时间戳也会用 kab 加密。
在这之后，a 和 b 就可以使用 tgs 给出的会话密钥 kab 进行对话了。
公钥的分配问题
公钥分配的问题主要谈论的就是公钥分配的权威性问题，如果用户 a 拥有 b 的公钥，就可以实现安全通信，这就好像用户 a 假如拥有攻击者 c 的公钥也就能实现安全通信了，其实不然，这个公钥需要有权威机构认证的，这个权威认证机构就是ca(certification authority) ，它由政府出资建立，每个实体都需要有 ca 发来的证书，ca 包含公钥和标识拥有者的信息，证书会由 ca 数字签名，拥有 ca 颁发的证书后才能够实现安全通信。
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对称密钥的自动分配
我们上面说到了，对称密钥的一种分配方式是设立 密钥分配中心 kdc(key distribution center) ，kdc 是一个权威的密钥分配中心，他能解决密钥数量日趋增大的问题，也能解决共享密钥之间的安全性问题。
kdc 的主要作用就是给需要通信的用户临时分配一个会话密钥，这个会话密钥的生命周期在会话开始时结束，会话结束时失效。
比如下面这个 kdc 的分配示例：
a 和 b 都是 kdc 的登记用户，a 和 b 在 kdc 登记时就已经在 kdc 的服务器上安装了各自和 kdc 进行通信的主密钥(master key) 的 ka 和 kb，下面统称主密钥为密钥。
首先，用户 a 向密钥中心 kdc 发送时用明文，来表明自己想要和主机 b 建立通信，明文中包含了 a 和 b 在 kdc 登记的身份（此时 a 是知道 b 的登记信息的）。
kdc 用随机数产生一次一密的会话密钥 kab 来让 a 和 b 这次会话使用（这个密钥 kab 就是给通信用户分配的临时密钥），然后向 a 发送回答报文，回答报文用 a 的密钥 ka 加密，除此之外，这个报文中还包含这次会话使用的密钥 kab 和请 a 转给 b 的一条消息，这条消息用 b 的密钥 kb 加密，因为 a 并没有持有 kb，所以 a 并不知道这条消息的内容。
a 收到这条消息后会把 kb 加密的消息发送给 b，在 b 收到消息后就知道 a 想要和他通信，同时也知道了会话密钥 kab ，于是 a 和 b 就可以安全的对话了。这就是这个会话密钥 kab 的作用。
那可能有同学有疑惑了，假如此时还有一个 c 来冒充了 a ，把 a 发给 b 的报文截获，然后伪造成 b 与 c 进行通信呢？
由于 c 并不知道 a 的登记密钥 ka，所以就算截获了报文也不知道 kab 会话密钥，其次 kdc 还可以在报文中增加时间戳，来防止 c 使用之前截获的报文进行攻击，除此之外 kdc 中的 ka 和 kb 登记信息也要定期更换才行。
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