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Part I: Introduction

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Title: Part I: Introduction Author: Keith W. Ross Last modified by: Created Date: 10/8/1999 7:08:27 PM Document presentation format: ... – PowerPoint PPT presentation

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Transcript and Presenter's Notes

Title: Part I: Introduction


1
Chapter 8 ???? ??
Computer Networking A Top Down Approach , 5th
edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley,
April 2009.
2
Chapter 8 ??
  • 8.1 ???? ???? ?????
  • 8.2 ???? ??
  • 8.3 ??? ???
  • 8.4 ??? ??
  • 8.5 ?? ??? ??
  • 8.6 TCP ??? ?? SSL
  • 8.7 ???? ??? ?? IPsec
  • 8.8 ?? ?? ??
  • 8.9 ??? ?? ???? ?? ?? ???

3
???? ??? ??
  • ???(confidentiality) ?? ???? ??? ????? ??? ???
    ??? ? ??.
  • ???? ??
  • ??(authentication) ???? ???? ?? ??? ??? ? ???
    ??.
  • ???(integrity) ???? ?? ?(?? ??) ???? ?? ?? ??? ?
    ??? ??.
  • ?? ??(access control)? ???(availability) ????
    ???? ?? ?? ???? ?? ? ??? ??.

4
??? ?? Alice, Bob, Trudy
  • Bob? Alice? ???? ??? ?? ??.
  • Trudy (???)? ? ??? ???? ???? ????? ????? ??.

Alice
Bob
data, control messages
channel
secure sender
secure receiver
data
data
Trudy
5
?? Bob, Alice? ? ? ????
  • ?? ???? ???
  • ?? ???? ?? ? ????? ??
  • ??? ??? ?? client/server
  • DNS ??
  • ??? ??? ???? ????
  • ??

6
???? ??? ???
  • ??? ??? ????
  • ????? ?? ???? ????.
  • ??? ?? ??
  • ?? ???? ??? ???? ?? ??(replay)
  • ?? ??? ?? ??? ?? ??? ??.(spoof)
  • ???? ??? ??? ?? ???? ?? ??? ??.
  • ??? ??(denial of service) ?? ??? ???? ?? ????
    ??.
  • ??? ??? ????? ??.
  • ?????? ??? ??? ?, ???? ??

7
Chapter 8 ??
  • 8.1 ???? ???? ?????
  • 8.2 ???? ??
  • 8.3 ??? ???
  • 8.4 ?? ??? ??
  • 8.5 TCP ??? ?? SSL
  • 8.6 ???? ??? ?? IPsec
  • 8.7 ?? ?? ??
  • 8.8 ??? ?? ???? ?? ?? ???

8
??? ?? ??
  • m ?? ???
  • KA(m) ? KA ? ???? ???
  • m KB(KA(m))

9
??? ??? ??
  • ?? ??(substitution cipher)
  • ?? ?? ?? ??

?? abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
??? mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq
?
?? bob. i love you. alice
??? nkn. s gktc wky. mgsbc
Key the mapping from the set of 26 letters to
the set of 26 letters
10
??? ?(crypto key)
  • ???? ? ?? ??? ?(key)? ????
  • ??? ????? ?? ???? ??? ??.
  • ?? ?(key)? ??? ????.
  • ? ??? ????? ??? ?? ?? ?(key)? ??? ???

11
?? ?? ?? ??
  • ??? ??? ??
  • ? ?? ?? ??
  • ?? ?? ?? ? ??? ??.
  • ?? ??
  • ??? ?? ?? ???? ?? ???? ?? ??? ?? ?? ??.
  • ?? ?? ?? ???? ?? ???? ??? ? ?? ?? ???? ??? ???
    ?? ? ??.

12
??? ??
  • ???(Symmetric key) ???
  • ???(Public key) ???

13
??? ???
encryption algorithm
decryption algorithm
?? ??? m
???
??
m KS(KS(m))
K (m)
S
  • ??? Bob? Alice? ???? ???? K
  • Q Bob? Alice? ??? ? ?? ?? ???? ??? ? ????
  • - ? ??? ??

S
14
??? ???? ? ??
  • ??? ???(stream cipher)
  • ? ?? ? ??? ???
  • ?? ???(block cipher)
  • ?? ???? ??? ??? ???? ???? ?? ??? ?????.

15
??? ???
pseudo random
keystream generator
key
keystream
  • ? ???(key stream)? ? ??? ??? ? ??? ???? ???? ???
    ????.
  • m(i) ?? ???? i?? ??
  • ks(i) ? ???? i?? ??
  • c(i) ???? i?? ??
  • c(i) ks(i) ? m(i) (? exclusive or)
  • m(i) ks(i) ? c(i)

16
RC4 ??? ???
  • RC4? ?? ??? ??? ??? ????.
  • ?? 1????? 256????? ??
  • 802.11? WEP?? ??
  • SSL??? ??? ? ??.

17
?? ???
  • ???? k ??? ???? ???? ?????. (?, 64-bit ??).
  • K ?? ??? ?? ??? ??? k ?? ??? ??? ??? 1?1? ????.
  • ?(k3)

input output 000 110 001 111 010
101 011 100
input output 100 011 101 010 110
000 111 001
?? 010110001111? ?????
18
?? ???
  • ?? ??? ?? ?? ?? ?? k3?
  • How many 3-bit inputs?
  • 3-bit ???? ?? ??(permutation)? ???
  • 2k! mappings
  • ? 40,320 ?? ??!
  • ?? ??? ?? ? ??, ?? ?? k64
  • ???? ?? ??? ?? 264!
  • ???, 64??? ? ???? ??? 264 ?? ?? ???? ???? ??.
  • ???? ?? ???.

19
?? ???? ?
From Kaufman et al
S-box
8-bit to 8-bit mapping
20
?? ??? ? n? ??????
  • ?????? ??? 1 ??? ???? ?? 8??? ??? ??.
  • ??? ???? ? 8??? ?? ???? ?? ?? S-box? ???? ????
    ??.
  • ??? ???? ???
  • ??? ???? ?? ?? ????.
  • n? ???? ?? ??? ????.

21
One Round of DES
22
? ???? ???? ?
  • ? ?? ?? ???? ???? ???,
  • ?? ?? ??? ??? ?? ???? ?? ???? ?? ??? ??? ?? ????
    ???? ????. ???? ???? ??? ? ?? ??? ??? ??.
  • ?? ? ???? ?? ?? ?????
  • ? ?? m(i) ?? 64-bit? r(i)? ???? ??
  • c(i) KS( m(i) ? r(i) )? ??
  • ?? c(i), r(i), i1,2,
  • ???? ?? m(i) KS(c(i)) ? r(i)
  • ??? ?? ???(??)? ?? ? ?? ?? ?? ?? ??? ?? c(i)?
    r(i)

23
?? ?? ??? ??? ?? ????
  • Alice? ??? ??? ????? ??? ?
  • ??? ??? ?????
  • ??? ??? ?? ? ??? ???!

24
?? ?? ??(CBC)
  • ??? ??? ???? ? ?? ??? ??? ????.
  • c(i) KS( m(i) ? c(i-1) )
  • m(i) KS( c(i)) ? c(i-1)
  • ??? ??? ??? ??? ???? ????
  • ?? ??(IV) ???? ??? ?? c(0)
  • IV? ???? ??? ??.
  • ? ??? ??(?? ????) IV?? ????.
  • ??? ???? ???? ?????? ???? ?? ????? ??.

25
Cipher Block Chaining(CBC)
  • ?? ?? ??? ????? ??? ???? ??? ??.

m(1) HTTP/1.1
c(1) k329aM02
t1
block cipher

m(17) HTTP/1.1
c(17) k329aM02
t17
block cipher
  • cipher block chaining i?? ?? ??? ?? ???? ??? XOR

m(i)
c(i-1)
block cipher
c(i)
26
CBC ??? ???
  • Alice? ???? ?? ???? CBC (TEA)? ???? ??????.
  • ? ??? ?????
  • ??? ?????? ?? ???? ?????!

27
??? ??? ??? ?? DES
  • DES Data Encryption Standard
  • US ?? ???? ??NIST 1993
  • 56-bit ??? ??, 64-bit ??? ??
  • ??? ?? ?? (cipher block chaining)
  • DES? ??? ?????
  • ??? ??(brute force)?? ?? ?? ??? ? ? ??.
  • ??? ??? ?? ??? ???? ??? ?? ???? ?? ??? ?? ??.
  • 3DES
  • ?? ??? DES? 3?? ?? ?????.

28
AES Advanced Encryption Standard
  • ??? ??? ?? ???? ?? 2001 DES? ??
  • ?? ?? 128 bit
  • ?? ?? 128, 192, or 256 bits
  • ??? ??(brute force)?? ??? ???? ? ??, DES? ?? 1??
    ???? AES? 149 trillion years? ???.

29
??? ???
  • ??? ???? ???? ?? ???? ???? ??? ??.
  • Q ??? ? ?? ???? ?? ? ???(?? ?? ?? ?? ?? ? ???)?
  • ??? ???
  • ??? ?? ?? ??Diffie-Hellman76, RSA78
  • ???? ???? ???? ???? ???.
  • ???? ???? ????.
  • ???? ?? ? ???? ?? ??.

30
??? ???

Bob? ???
K
B
-
Bob? ???
K
B
encryption algorithm
decryption algorithm
plaintext message
plaintext message, m
ciphertext
31
??? ??? ????
????

-
  • K ? K ??

B
B
-

??? K ?? ??? K ? ??? ? ??.
B
B
RSA Rivest, Shamir, Adelson algorithm
32
??? modular arithmetic
  • x mod n x? n?? ???? ? ???(remainder)
  • ??
  • (a mod n) (b mod n) mod n (ab) mod n
  • (a mod n) - (b mod n) mod n (a-b) mod n
  • (a mod n) (b mod n) mod n (ab) mod n
  • ???
  • (a mod n)d mod n ad mod n
  • ? x14, n10, d2 (x mod n)d mod n 42 mod 10
    6 xd 142 196 xd mod 10 6

33
RSA ???? ??? ??
1. ? ?? ? ?? p, q? ????.
2. n? z? ?? n pq, z (p-1)(q-1)
3. e (with eltn)? ????. e? z? ?? ?(???? ??).
4. d ? ????. ed-1 ? z? ?????. (ed mod z 1
).
5. ??? (n,e). ??? (n,d).
34
RSA ???? ???
0. (n,e)? (n,d)? ???? ?? ??
2. c? ???
Magic happens!
c
35
  • c me mod n, cd mod n m
  • for any x and y xy mod n x(y mod z) mod n
  • where n pq and z (p-1)(q-1)
  • ???, cd mod n (me mod n)d mod n
  • med mod n
  • m(ed mod z) mod n
  • m1 mod n
  • m

36
RSA ?
p5, q7. Then n35, z24.
e5 (??? e? z? ?? ?). d29 (??? ed-1? z?
?????).
e
m
m
bit pattern
encrypt
0000l000
12
24832
17
c
decrypt
17
12
481968572106750915091411825223071697
37
RSA ? ?? ??? ??
?? ???? ??, ??? ???? ??
???? ?? ??, ??? ???? ??
??? ????!
38
?
?
  • ??? ?? modular ??? ??? ??
  • (me mod n)d mod n med mod n
  • mde mod n
  • (md mod n)e mod n

39
? RSA? ?????
  • Bob (n,e)? ???? ?? ?? ?, d? ?? ?? ??? ?????
  • ??? n? ?????? ? ?? ?? p? q? ??? ?? ?? ? ????
    ????.
  • ??? ?? ? ?? p,q? ?? ?? ???.

RSA ? ??
  • ? ?? ??? ?? p? q? ??? ??.

40
???? ??
  • ??? ??? ???
  • ?? ??? ?? ??? ?? ????.
  • DES? ??? RSA ?? 100? ???.
  • ??? ???? ? ??? ??? ??????? ???? ???.
  • ???? ??
  • ???? ???? ???? ????? ???? ???? ???? ???? ????.
  • ??? ??
  • ??

41
Chapter 8 ??
  • 8.1 ???? ???? ?????
  • 8.2 ???? ??
  • 8.3 ??? ???
  • 8.4 ?? ??? ??
  • 8.5 TCP ??? ?? SSL
  • 8.6 ???? ??? ?? IPsec
  • 8.7 ?? ?? ??
  • 8.8 ??? ?? ???? ?? ?? ???

42
??? ???(integrity)
  • ?? ???? ??? ???? ??? ?? ??
  • ???? ??? ???? ???.
  • ???? ???? ?? ?? ??? ?? ?? ????.
  • ?? ???? ?? ???? ???.
  • ???? ???? ??? ?????.
  • ?? ??
  • ??? ?????(message digest)

43
?? ??? ??? ?????
  • ?? H( )? ??? ??? ???? ???? ??? ??? ??? ??? ????
    ?????.
  • H( ) many-to-1 ??
  • H( )? ?? ??(hash function)?? ????.
  • ???? ??
  • ??? ??
  • ??? H(m)?? m? ?? ? ??.
  • ?? ?? H(m) H(m)? m? m? ???? ?? ???? ??.
  • ???? ???? ??.

44
checksum ???? ?? ??
  • ?? ??? ???? checksum? ?? ??? ??? ?? ??
  • ??? ??? ??? ?????(16-bit sum)? ????.
  • many-to-one
  • ??? ?? ???? ?????? ?? ? ??? ???? ?? ? ?? ???? ??
    ?? ? ??.
  • ? ??? ???

message
ASCII format
message
ASCII format
I O U 9 0 0 . 1 9 B O B
49 4F 55 39 30 30 2E 31 39 42 D2 42
I O U 1 0 0 . 9 9 B O B
49 4F 55 31 30 30 2E 39 39 42 D2 42
B2 C1 D2 AC
B2 C1 D2 AC
?? ??? ??? ??? checksum!
45
?? ??(hash function) ????
  • MD5 (RFC 1321)
  • ?? ???? ??.
  • 4??? ???? 128-bit ??? ?????? ????.
  • SHA-1
  • US ?? NIST, FIPS PUB 180-1
  • 160-bit ??? ?????

46
??? ?? ??(MAC)
  • ???? ????(authenticate)
  • ??? ???? ??
  • ???? ?? !
  • keyed hash??? ???
  • MDm H(sm) ?? mMDm

47
HMAC (RFC 2104)
  • ?? ???? ?? MAC ??
  • MD5? SHA-1 ?? ??? ?? ??? ? ??.
  • ?? ? OSPF
  • ??
  • ??? ??
  • ??? ??
  • ??? ??
  • ??? ???? ???? ???? ???? ? ? ????

48
?? ?? ?? (End-point authentication)
  • Bob? Alice??? ???(m)? ?? MAC? ???.
  • Bob? ? ???? ??? ???? ???? ?? ??? ? ????
  • Bob? ? ???? Alice? ????? ?? ??? ? ????
  • Bob? ? ???? Alice? ???? ?? ??? ? ????

49
??? ???(playback) ??
MAC f(msg,s)
50
??? ??? ??? ?? ?? nonce
I am Alice
R
MAC f(msg,s,R)
51
??? ??(digital signature)
  • ??? ?? ??? ??? ??.
  • ??? (Bob)? ??? ??? ???/????? ???? ??? ??.
  • ??? MAC? ??, ??? ??? ???? ????.
  • ?? ??? ???(Alice)? ?? Bob?? ? ??? ????? ?? ??? ?
    ??.

52
??? ??
  • ??? m? ?? ??? ??
  • Bob? ??? ???? ???? ??? ????.

Bobs private key
Bobs message, m
(m)
Dear Alice Oh, how I have missed you. I think of
you all the time! (blah blah blah) Bob
Bobs message, m, signed (encrypted) with his
private key
Public key encryption algorithm
53
??? ?????? ??? ??? ??
  • Alice? ??? ??? ??? ????.

Bob? ??? ??? ???? ????.
H(m)
Bobs private key
Bobs public key
equal ?
54
??? ??
-
  • Alice? ??? m? ??? ?? KB(m)? ???? ??.
  • Alice? Bob? ???(KB )? KB(m)? ????? KB(KB(m) )
    m.
  • ??? KB(KB(m) ) m?? Bob? ??? ?? ??? ? ??.


-

-
-
  • Alice? ??? ??
  • ?? Bob?? m? ??, ??? ??? Bob? m? ???.
  • ???? ?????
  • ?? ??(Non-repudiation)
  • Alice? Bob? m? ??? ?? ????? ??? ???? ??? ? ??.

-
55
?? ??(non-repudiation)
  • Alice? Bob???? ?? 100?? ????.
  • Alice? ???? MAC? ????.
  • ??? ???? ????, Alice? ??? ??? ?? ????.
  • Bob? Alice? ??? ?? ??? ? ????
  • No! Bob?? ???? ?? ?? ??? ??? ??? ? ??.
  • ?? Bob? Alice? ??? ?? ?? ??. ??? ??? ??? ? ??.

56
?? ??(Non-repudiation)
  • Alice? Bob???? ?? 100?? ????.
  • Alice? ??? ???? ??? ??? ??.
  • ??? ???? ????, Alice? ??? ??? ?? ????.
  • Bob? Alice? ??? ?? ??? ? ????
  • Yes! Alice? ???? ?? ?? ?? ?? ??? ??? ? ? ??.
  • ?? Alice? ???? ????? ???? ??? ?? ??.(? ?? ??)

57
??? ??
  • ?? Bob? ????? ??? ?? Bob? ????? ??? ?? ? ????
  • Trudy? Bob? ???? ??? ??
  • Trudy? ??? ???? ???? ????.
  • Trudy? ?? ??? ???? ????.
  • Trudy? ?? ??? ??? ???? ??? Bob? ????? ????.
  • ?? ??? ??? ???? ??? Bob? ??? ??? ???.

58
?? ??(Certification Authoritie)
  • ?? ?? (CA) ?? ??? ???? ??? ?? ????.
  • E (person, router)? CA? ??? ???? ????.
  • E? CA? ??? ????.
  • CA? E? E? ???? ???? ???? ???.
  • ???? CA? ???? ?????.
  • ?? CA? ??? ? ??? E? ???? ?? ? ??.

Bobs public key
CA private key
certificate for Bobs public key, signed by CA
-
Bobs identifying information
59
?? ??
  • Alice? Bob? ???? ????
  • Bob? ???? ???.
  • Bob? ???? CA? ???? ????? Bob? ???? ???.

Bobs public key
CA public key

60
???
  • ?? X.509 (RFC 2459)
  • ???? ??? ????.
  • ??? ??
  • ?? ??, ??, ??? ?? ?.
  • ??? ???
  • ?? ?? (???? ???? ??)
  • ??? ??(PKI)
  • ???? ?? ??? ??? ?? ??.

61
X.509 ??? ?(1)
  • ?? ??? www.freesoft.org? ???? ???? ?????.
  • ?? ??? Thwate
  • Thwate? ???? ???? ??? ???? ??? ??? ??? ???? sign?
    ???(signature).
  • ? ???? ?? ??? Thwate? ???? ???? ??? ???
    signature? ??? ? ??.

62
(No Transcript)
63
X.509 ??? ?(2)
  • ???, ???? Thwate? ???? ??? ? ? ????
  • Thwate? ??? ???? ??? ???? ??? ???? ??? ?????
    ????.
  • ?? ??? Thwate? ??? ???? ???? ?????.

64
(No Transcript)
65
X.509 ??? ?(3)
  • ??? ? ???? ?? ???? Thwate? ??? ? ?? ?? ???? ???
    ??? ? ????
  • ??? ? ?? ??? Root certificate? ????? ??? ???? ??.
  • ??? ?? ???? ????? ??? ??? ? ?? ??? ?? ??.
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