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第2讲认证协议

经典认证协议主要内容1针对经典认证协议的攻击2其他重要的认证协议3认证协议的设计原则4

认证协议是网络安全的一个重要组成部分，需要通过认证协议进行实体之间的认证、在实体之间安全地分配密钥或其他各种秘密、确认发送和接受的消息的非否认性等。近年来，认证协议越来越多地用于保护因特网上传送的各种交易，保护针对计算机系统的访问。但是经验表明，设计和分析一个正确的认证协议是一项十分困难任务。迄今所知的许多协议都存在这样或那样的安全缺陷，其原因是多方面的，例如，缺乏正确设计认证协议的指导原则；对认证协议进行非形式化的推理分析；缺乏有力地分析认证协议的形式化工具；没有考虑到针对认证协议的多种攻击类型等。因此，目前的状况大体是：设计一个认证协议——发现其安全缺陷——改进该协议——发现新的安全缺陷——进一步改进该协议……

1997年,Clark和Jacob对认证协议进行了概括和总结，并列举了一系列有研究意义和实用价值的认证协议。他们将认证协议如下进行分类：（1）无可信第三方的对称密钥协议。（2）应用密码校验函数的认证协议。（3）具有可信第三方的对称密钥协议。（4）对称密钥重复认证协议。（5）无可信第三方的公开密钥协议。（6）具有可信第三方的公开密钥协议。

1.经典认证协议本节介绍几个典型的经典认证协议，他们的共同特点是：都是早期设计的认证协议，反映了当时的设计和分析水平。它们或多或少都存在一些安全缺陷，但是它们在认证协议的发展史中都起过重要的作用，为今天认证协议设计与分析技术的发展积累了宝贵的经验。其中，许多认证协议已经成为认证协议设计与分析的“试验床”，即每当出现一个新的形式化分析方法，都要先分析这几个认证协议，验证新方法的有效性。同时，研究人员也经常以它们为例，说明认证协议的设计原则和各种不同分析方法的特点。

Needham-Schroeder认证协议是1978年提出的，在认证协议的发展史中具有历程培的意义。该协议就是一个最常用的认证协议与分析的“试验床”。它可以分为对称密码体制和非对称密码体制下的两种版本，分别简称NSSK协议和NSPK协议。

NSSK协议的目的是在通信双方之间分配会话密钥。其中，前3条消息的作用是主体A在认证服务器S的帮助下，进行会话密钥的分配。后2条消息的目的是使B相信A现在在线，但不能使B相信会话密钥是新鲜的。该协议如图2-1所示。

BAS12345图2-1NSSK协议

（1）针对NSSK协议的“新鲜性”型攻击

（2）针对上述攻击的改进解决这一问题的另一个方法是，令B也向S发送一个临时值，然后S将B的临时值放在发送给B的密钥证书中。

攻击NSSK协议的一种新方法即使攻击者P没有得到泄漏的会话密钥，A也不能通过消息3、4、5推断出B知道会话密钥。攻击如下：

改进：

BA2-2NSPK协议以其他大多数公开密钥认证协议不同，NSPK协议的目的是使通信双方安全地交换两个彼此独立的秘密。

针对NSPK协议的攻击针对NSPK协议的最有名的攻击来自Lowe。Lowe指出，NSPK协议的主要安全缺陷在于其中的消息6。由于消息中没有B的标识符，攻击者可以假冒B的身份发送消息6。

改进后的NSPK协议：

Otway-Rees协议是1978年提出的一种早期的认证协议。SAB14223图2-3Otway-Rees协议

注意：在Otway-Rees协议中，M是会话识别号；而临时值和不仅提供了时序信息，还因为在消息1和消息2中受到了加密保护，所以在消息4和消息5中这两个临时值作为主体身份的替身出现。S检查消息2中两个加密消息内的M,A,B是否一致，如果匹配，才会为A,B生成会话密钥，并向B发送消息3。

针对Otway-Rees协议的“类型缺陷”型攻击“类型攻击”的特点是利用认证协议实现时的固定格式对协议进行攻击。假定在Otway-Rees协议中，M的长度是64比特，A和B的长度各为32比特，会话密钥的长度为128比特。用户A在发起协议后，预期在协议的第4步可以收回他在协议第1步建立的临时值，以及认证服务器S为他分配的会话密钥。这时，攻击者P可以冒充B，重放消息1中的加密分量，将它作为消息4中的加密分量发送给A，攻击过程如下：

攻击者还可以冒充认证服务器S攻击Otway-Rees协议。这时，P只需将消息2中的加密分量重放给B即可。攻击过程如下：

Otway-Rees协议Abadi-Needham改进版本1．2．3．4．

攻击Otway-Rees协议的2种新方法（卿斯汉发现）（1）攻击原始Otway-Rees协议的一种新方法

该攻击的成功需要对服务器S进行下述假设：（1）服务器S对A,B之