Secure Key Establishment pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Choo, Kim-Kwang Raymond

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 190.97

装帧:

isbn号码:9780387879680

丛书系列:

图书标签:

• 密码学
• 密钥交换
• 安全通信
• 信息安全
• 网络安全
• 协议设计
• 认证
• 加密算法
• 安全工程
• 公钥密码学

《安全密钥建立：理论、协议与实践》 前言 在信息安全领域，密钥的建立与管理是基石中的基石。无论是加密通信、数字签名，还是身份认证，都离不开安全可靠的密钥。本书《安全密钥建立》旨在深入探讨这一核心议题，从理论根基到实际应用，为读者勾勒出一幅全面而深刻的知识图景。我们希望通过本书，能够帮助读者理解当前安全密钥建立所面临的挑战，掌握主流的解决方案，并为未来技术的发展方向提供启示。 第一章：密钥建立的重要性与挑战 在信息爆炸的时代，数据安全已成为个人、企业乃至国家的核心关切。加密技术作为保障信息机密性、完整性和真实性的关键手段，其有效性直接依赖于密钥的安全性。如果密钥被窃取、篡改或泄露，再先进的加密算法也将形同虚设。因此，如何安全地建立、分发和管理密钥，是信息安全领域中最具挑战性但也最至关重要的环节之一。 本章将首先阐述密钥在现代信息系统中的核心地位，分析其为何成为攻击者眼中的“香饽饽”。我们将从宏观层面审视数据泄露事件对商业运营、个人隐私和社会信用的毁灭性影响，并聚焦于其中因密钥管理不善而导致的典型案例。在此基础上，我们将深入剖析当前安全密钥建立所面临的诸多复杂挑战： 理论挑战： 信息论安全基础： 探讨香农信息论对密钥建立的指导意义，以及在不完美信道下实现信息论安全密钥分发的理论极限。 计算复杂度理论： 分析基于难解数学问题（如离散对数问题、因子分解问题）的公钥密钥建立的安全性根基，以及后量子密码学对这些理论基础的潜在冲击。 随机性与不可预测性： 论证高质量随机数在密钥生成和密钥流中的关键作用，探讨伪随机数生成器的安全性和真实随机数源的获取难度。 信息泄露风险： 即使是合法的密钥建立过程，也可能在信道中泄露统计信息，如何量化和规避这种泄露是理论研究的重要课题。 技术挑战： 信道限制： 传统的密钥分发协议需要依赖特定的信道（如安全信道），但在实际网络环境中，完全安全信道的假设往往难以满足。 协议的复杂性与效率： 许多安全的密钥建立协议在理论上是可靠的，但在实际部署中可能面临计算开销大、通信延迟高、资源消耗多等问题，尤其是在资源受限的设备上。 密钥的生命周期管理： 密钥的建立只是第一步，如何安全地存储、更新、撤销和销毁密钥，构成了复杂的密钥生命周期管理难题。 端点安全： 即使密钥建立过程本身是安全的，但如果参与密钥建立的端点（设备或用户）受到攻击，密钥仍然可能被窃取。 恶意攻击： 攻击者可能利用各种手段（如中间人攻击、重放攻击、侧信道攻击、拒绝服务攻击）来干扰、破坏或窃取密钥建立过程。 应用挑战： 大规模部署的 Scalability： 随着用户和设备的数量急剧增长，如何设计能够高效扩展的密钥建立方案成为关键。 互操作性： 在异构环境中，不同系统和设备之间需要能够安全地交换和使用密钥，实现互操作性。 合规性与标准化： 各种行业标准和法规对密钥管理的安全性提出了明确要求，需要遵循相关规范。 用户体验： 安全措施的复杂性不应过度影响用户的正常使用体验，如何在安全与便捷之间取得平衡是一个持续的挑战。 通过对这些挑战的深入分析，本书将为读者奠定坚实的理论基础，并为后续章节中介绍的具体密钥建立技术做好铺垫。 第二章：对称密钥建立方法 对称密钥体制因其高效率和简单性，在数据加密领域扮演着不可或缺的角色。然而，对称密钥的根本性问题在于如何安全地将共享密钥分发给通信双方。本章将聚焦于对称密钥建立的各种方法，从经典到现代，详细探讨其原理、优缺点以及适用场景。 密钥分发中心 (KDC) 模型： Kerberos 协议： 详细解析 Kerberos 的工作原理，包括其在身份认证和密钥分发中的作用。我们将深入剖析其 Ticket Granting Ticket (TGT) 和 Service Ticket (ST) 的生成、使用过程，以及 Session Key 的建立机制。同时，也将讨论 Kerberos 的一些已知安全问题和改进方案。 其他 KDC 方案： 介绍一些基于 KDC 的变种方案，分析它们在不同应用场景下的特点和局限性。 主密钥/会话密钥层次结构： 预共享密钥 (PSK)： 探讨 PSK 的基本原理，即在通信双方预先共享一个秘密密钥。分析其优点（简单、高效）和缺点（密钥管理负担大、不适合大规模部署）。讨论 PSK 在 Wi-Fi 安全 (WPA2-PSK)、IPsec VPN 等场景中的应用。 密钥封装机制 (KEM) 与加密密钥封装 (EKM)： 介绍 KEM 的基本思想，它允许一方使用另一方的公钥（而非对称密钥）来安全地生成和封装一个对称密钥。我们将详细阐述 KEM 的数学基础，例如基于格的 KEM（如 CRYSTALS-Kyber）和基于编码的 KEM。 EKMs 则将 KEM 与加密相结合，进一步增强了安全性。 基于物理信道的密钥分发： 物理不可克隆函数 (PUF) 与 PUF-based KEK： 探讨 PUF 的概念，即利用半导体制造过程中固有的微小物理差异来生成唯一且不可克隆的密钥。分析 PUF 如何用于生成和存储密钥，以及其在物联网和安全芯片中的潜力。 量子密钥分发 (QKD)： 深入介绍 QKD 的理论基础，基于量子力学原理，能够保证密钥分发的绝对安全性。详细解析 BB84、E91 等经典 QKD 协议的工作流程，包括光子的制备、测量、基比比对和错误纠正。讨论 QKD 在现实世界中的部署挑战，如传输距离限制、损耗、以及与现有网络基础设施的集成。 第三方可信服务： 证书颁发机构 (CA) 与公钥基础设施 (PKI)： 虽然 PKI 主要服务于非对称密钥，但其在对称密钥分发过程中也扮演着重要角色，例如通过证书验证身份，从而安全地协商对称密钥。我们将简要回顾 PKI 的基本组成部分和密钥交换的间接作用。 本章将通过详细的协议分析和实际案例，帮助读者理解对称密钥建立的多种途径，并能根据具体需求选择最合适的方案。 第三章：非对称密钥建立方法 非对称密钥（公钥/私钥）体制的出现极大地简化了密钥交换问题，使得在公开信道上安全地建立通信成为可能。本章将聚焦于非对称密钥建立的核心方法，深入探讨其背后的数学原理、协议设计以及安全考量。 Diffie-Hellman (DH) 密钥交换协议： 基础 DH 协议： 详细解析 DH 协议的数学原理，基于离散对数问题的难解性。我们将展示协议的执行过程，说明双方如何通过交换公开参数和私有随机数，最终在本地生成相同的共享秘密。 DH 协议的安全性： 讨论 DH 协议的固有安全弱点，特别是其容易遭受中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack）。 带身份验证的 DH： 介绍如何通过集成数字签名或证书来增强 DH 协议的安全性，防止中间人攻击。例如，Station-to-Station (STS) 协议。 椭圆曲线密码学 (ECC) 及其密钥交换协议： ECC 的优势： 阐述 ECC 相较于传统 DH 协议在密钥长度、计算效率和带宽方面的优势。 椭圆曲线 Diffie-Hellman (ECDH)： 详细介绍 ECDH 协议，它是 DH 协议在椭圆曲线上的等价实现。解析其工作流程和安全性。 ECDH 的应用： 讨论 ECDH 在 TLS/SSL、SSH、IPsec 等广泛应用中的重要性。 公钥加密算法在密钥建立中的应用： RSA 算法： 探讨 RSA 算法如何用于加密一个对称密钥，然后通过非对称方式传输给接收方。分析其加密过程、密钥生成和解密过程。 其他公钥加密算法： 简要介绍其他常用的公钥加密算法（如 ElGamal），并说明它们在密钥建立中的作用。 混合密钥交换方案： TLS/SSL 中的混合密钥交换： 详细解析 TLS/SSL 协议中常见的密钥交换机制，例如 RSA 密钥交换和 ECDHE (Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral)。解释 Ephemeral（临时）密钥的概念及其安全性意义，即每段会话使用新的临时密钥，大大降低了长期密钥泄露的风险。 SSH 中的密钥交换： 分析 SSH 协议如何使用 DH 或 ECDH 来建立安全的通信通道。 密钥建立的安全考量： 密钥的生成与管理： 讨论非对称密钥的生成过程、密钥对的安全存储以及私钥的保护策略。 前向保密 (Forward Secrecy)： 深入解释前向保密的概念，以及为什么它是现代通信安全的重要组成部分。重点分析 Ephemeral 密钥交换（如 ECDHE）如何实现前向保密。 密钥确证 (Key Confirmation)： 讨论在密钥建立完成后，如何确证双方已经成功且正确地建立了相同的密钥，以防止潜在的错误或攻击。 本章将带领读者深入理解非对称密钥在安全通信中的关键作用，并掌握当前主流的非对称密钥建立技术。 第四章：现代密钥建立协议与标准 随着技术的发展和应用需求的演进，新的密钥建立协议和标准不断涌现，以应对更复杂的安全威胁和更广泛的应用场景。本章将聚焦于当前最先进的密钥建立协议和国际标准，探讨其设计思想、技术特点和实际部署。 TLS 1.3 及其密钥建立机制： TLS 1.3 的重大改进： 详细分析 TLS 1.3 相较于前代版本在密钥建立方面的显著进步，如简化握手过程、废除不安全密码套件、强制支持前向保密等。 TLS 1.3 的密钥协商过程： 深入解析 TLS 1.3 中的 0-RTT 和 1-RTT 密钥建立流程，以及其使用的 ECDHE 算法。重点分析其如何实现更快的握手速度和更强的安全性。 TLS 1.3 的未来展望： 讨论 TLS 1.3 在推动互联网安全方面的重要作用。 IPsec 的密钥建立： Internet Key Exchange (IKE) 协议： 详细介绍 IKEv1 和 IKEv2 协议。重点分析 IKEv2 的设计优势，如更简单的流程、更好的可扩展性和更强的鲁棒性。 IKEv2 的密钥协商过程： 分步解析 IKEv2 的 SA（Security Association）建立、认证和密钥交换过程。讨论其如何支持多种认证方法（如预共享密钥、RSA 签名、ECDSA 签名）。 IPsec 的应用场景： 阐述 IPsec 在 VPN、网络安全网关等领域的应用。 SSHv2 的密钥建立： SSHv2 协议结构： 介绍 SSHv2 的协议分层，包括传输层协议、用户认证协议和连接协议。 SSHv2 的密钥交换： 详细分析 SSHv2 的 Diffie-Hellman 或 ECDH 密钥交换过程，以及其对 session key 的建立。 SSHv2 的身份验证： 讨论 SSHv2 支持的多种身份验证方法（如密码、公钥认证），以及它们如何与密钥建立过程协同工作。 基于硬件的安全模块 (HSM) 与密钥建立： HSM 的作用： 解释 HSM 作为专用的硬件设备，如何提供高度安全的密钥生成、存储和加密操作。 HSM 在密钥建立中的应用： 探讨 HSM 如何参与到密钥建立过程中，例如生成和签名 DH 参数，或者直接作为密钥加密的载体，从而确保密钥的机密性。 后量子密钥建立 (Post-Quantum Cryptography, PQC) 的进展： PQC 的必要性： 解释量子计算对现有公钥密码体系（如 RSA、ECC）的潜在威胁，以及 PQC 的研究和标准化为何如此紧迫。 主要的 PQC 候选算法： 介绍当前 PQC 标准化过程中备受关注的算法类别，如基于格的密码学（Lattice-based cryptography）、基于编码的密码学（Code-based cryptography）、基于哈希的密码学（Hash-based cryptography）和基于多变量二次方程的密码学（Multivariate cryptography）。 PQC 密钥建立协议： 简要探讨 PQC 算法如何应用于密钥建立协议，例如基于格的密钥封装机制 (KEM)。 PQC 的部署挑战： 分析 PQC 算法在密钥长度、计算效率和兼容性方面面临的实际部署挑战。 本章将为读者提供当前最前沿的密钥建立技术概览，并展望未来的发展方向。 第五章：密钥建立的安全风险与对策 即使是最先进的密钥建立协议，也可能存在潜在的安全风险，攻击者总是试图寻找协议中的漏洞并加以利用。本章将深入分析密钥建立过程中可能遇到的各种安全风险，并探讨相应的防御策略和最佳实践。 中间人攻击 (Man-in-the-Middle, MITM) 及防范： 攻击原理： 详细阐述中间人攻击如何工作，以及攻击者如何伪装成通信双方来窃取或篡改密钥。 防范策略： 强调身份验证的重要性，包括使用数字证书（PKI）、预共享密钥（PSK）、或者双方通过其他可信渠道确证对方身份（如在物理会面时交换公钥指纹）。 重放攻击 (Replay Attack) 及对策： 攻击原理： 解释攻击者如何捕获并重放过去的通信消息，以欺骗系统或窃取信息。 对策： 介绍使用随机数（Nonce）、时间戳、序列号等机制来防止重放攻击。 侧信道攻击 (Side-Channel Attack) 及防御： 攻击类型： 探讨各种侧信道攻击，如时间攻击、功耗分析攻击、电磁辐射分析攻击、声音分析攻击等，以及它们如何泄露密钥信息。 防御措施： 介绍盲化技术（Blinding）、恒定时间实现（Constant-time implementation）、掩码技术（Masking）、以及使用硬件安全模块（HSM）等来抵抗侧信道攻击。 密钥管理中的错误与漏洞： 弱随机数生成： 分析使用劣质随机数生成器导致密钥可预测性的风险，以及如何选择和验证高质量的随机数源。 私钥泄露： 探讨私钥存储不当、密码泄露、设备丢失等导致私钥泄露的风险，以及安全存储和访问控制的最佳实践。 密钥生命周期管理不当： 分析密钥过期未更新、密钥销毁不彻底等可能带来的安全隐患。 协议实现中的漏洞： 缓冲区溢出、格式化字符串漏洞等： 探讨软件实现层面的常见漏洞如何影响密钥建立协议的安全性。 协议逻辑错误： 分析协议设计本身可能存在的逻辑缺陷，例如状态管理不当、消息处理顺序错误等。 拒绝服务攻击 (Denial-of-Service, DoS) 对密钥建立的影响： 攻击方式： 解释攻击者如何通过发送大量请求、利用计算密集型操作等方式来瘫痪密钥建立过程。 缓解策略： 讨论速率限制、资源配额、以及高效的握手机制来抵御 DoS 攻击。 供应链安全与密钥建立： 硬件/软件植入恶意代码： 探讨在硬件制造或软件开发过程中被植入后门，从而影响密钥建立的安全性。 安全的软件开发生命周期： 强调安全编码实践、代码审计、以及对第三方组件的严格审查。 安全策略与最佳实践： 最小权限原则： 论述在访问和使用密钥时应遵循最小权限原则。 密钥更新策略： 制定合理的密钥更新周期，并确保更新过程的安全。 应急响应计划： 建立完善的密钥泄露应急响应计划，以便在发生安全事件时能迅速有效地处理。 安全审计与监控： 定期对密钥建立和管理过程进行审计和监控，及时发现潜在风险。 通过理解这些安全风险并采取有效的对策，读者可以大大提高其密钥建立系统的安全性。 第六章：密钥建立在特定应用场景中的实践 密钥建立的重要性贯穿于各种信息系统的方方面面。本章将深入探讨密钥建立在几个关键应用场景中的具体实践，展示理论如何在现实世界中落地。 物联网 (IoT) 设备的安全密钥建立： IoT 的挑战： 分析 IoT 设备面临的资源受限、数量庞大、部署分散、设备多样性等特殊挑战。 轻量级密钥建立协议： 介绍适用于 IoT 的轻量级加密算法和密钥建立协议，如 DTLS (Datagram Transport Layer Security) 中的 PSK 模式，以及一些针对性设计的 IoT 安全框架。 设备身份认证与密钥预置： 讨论如何在设备出厂前预置安全密钥，以及如何进行设备身份认证以确保安全的密钥交换。 PUF 在 IoT 中的应用： 再次强调 PUF 在 IoT 设备上安全生成和存储密钥的潜力。 移动通信安全中的密钥建立： 蜂窝网络中的密钥建立： 详细介绍 3GPP 标准中关于用户身份认证和加密密钥建立的过程，如 SIM 卡与网络之间的 Mutual Authentication 和 Session Key 的生成。 VoLTE/VoNR 安全： 探讨在 VoLTE (Voice over LTE) 和 VoNR (Voice over NR) 等现代移动通信中，如何建立安全的语音通信密钥。 Wi-Fi 安全： WPA3 的密钥建立： 重点介绍 WPA3 引入的 SAE (Simultaneous Authentication of Equals) 协议，它是对 WPA2-PSK 的重大改进，提供了更好的抗离线字典攻击能力，并支持前向保密。 企业级 Wi-Fi 安全： 探讨 802.1X 认证和 EAP (Extensible Authentication Protocol) 协议在企业 Wi-Fi 环境中如何与 RADIUS 服务器协同工作，实现用户身份验证和动态生成会话密钥。 云安全与密钥管理： 云环境下的密钥分发： 分析在分布式云环境中，如何安全地分发密钥给虚拟机、容器和微服务。 云服务提供商的密钥管理服务 (KMS)： 介绍 AWS KMS, Azure Key Vault, Google Cloud KMS 等服务，它们如何提供托管的密钥管理解决方案，包括密钥生成、存储、访问控制和使用策略。 跨云密钥管理： 探讨在多云或混合云环境下，如何实现跨平台的安全密钥管理。 区块链与数字资产安全： 私钥的生成与存储： 强调区块链中私钥的至高无上性，以及其安全生成（如使用 BIP39 助记词）、存储（如硬件钱包、冷存储）和备份的重要性。 交易签名与验证： 介绍私钥如何用于对交易进行签名，以及公钥如何用于验证签名的有效性，从而确保交易的不可篡改性和发起者的身份。 智能合约中的密钥管理： 探讨在智能合约中如何处理和管理敏感数据和访问权限。 国家级安全与基础设施保护： 关键基础设施中的密钥建立： 分析电力、通信、交通等关键基础设施对安全密钥建立的依赖，以及其高标准的安全性要求。 国家级安全通信： 探讨政府和军事机构在建立安全通信时使用的专用加密设备和协议，以及对密钥生成、分发和管理的严格规定。 量子安全的未来部署： 讨论国家层面为应对量子计算威胁而进行的后量子密码学研究和标准制定工作，以及其在未来基础设施安全中的规划。 通过对这些具体应用场景的深入剖析，本书旨在帮助读者理解密钥建立技术如何融入到我们日常的信息化生活和关键基础设施的运作之中。 结论 安全密钥建立是信息安全领域中永恒的课题，随着技术的发展和安全威胁的演变，它将持续成为研究和实践的焦点。本书从理论到实践，从传统到前沿，力求为读者构建一个全面而深刻的知识体系。我们希望通过本书的学习，读者能够： 深刻理解密钥建立在信息安全中的核心地位和复杂挑战。 掌握对称密钥和非对称密钥建立的各种经典与现代技术。 熟悉当前主流的安全密钥建立协议和国际标准。 识别和防范密钥建立过程中可能面临的安全风险。 了解密钥建立技术在物联网、移动通信、云安全、区块链等关键应用场景中的实际落地。 对未来密钥建立技术的发展趋势（如后量子密码学）有初步的认识。 信息安全是一场持续的“猫鼠游戏”，只有不断学习、创新和实践，才能筑牢数字世界的安全长城。本书的内容只是一个起点，我们鼓励读者在掌握本书知识的基础上，继续深入研究、积极实践，为构建一个更安全、更可信的数字未来贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆