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。

审核编辑：黄飞