第8章Web安全课件.ppt

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1、网络信息安全第8章 Web安全1第第8章章 Web安全安全本章主要内容：本章主要内容：8.1 Web安全概述安全概述 8.2 安全套接字层（安全套接字层（SSL）和传输层安全（）和传输层安全（TLS）8.3 SSL/TLS在在Web中的应用中的应用 8.4 安全电子交易（安全电子交易（SET）28.1 Web安全概述安全概述8.1.1 Web面临的安全威胁8.1.2 Web安全的实现方法38.1.1 Web面临的安全威胁面临的安全威胁 lWeb安全威胁分类安全威胁分类u被动攻击和主动攻击被动攻击和主动攻击p被动攻击包括监听浏览器和服务器之间的数据流，被动攻击包括监听浏览器和服务器之间的数据流，

2、以及对以及对Web站点的施加了访问控制措施的信息的未站点的施加了访问控制措施的信息的未授权访问。授权访问。p主动攻击包括对其他用户的冒充、修改客户服务器主动攻击包括对其他用户的冒充、修改客户服务器之间传递的消息，以及修改之间传递的消息，以及修改Web站点的信息等。站点的信息等。u两种攻击方法是互补的，被动攻击难以检测但相对容两种攻击方法是互补的，被动攻击难以检测但相对容易预防，而主动攻击难以预防但相对容易检测。易预防，而主动攻击难以预防但相对容易检测。58.1.1 Web面临的安全威胁面临的安全威胁 lWeb面临的安全威胁与对策面临的安全威胁与对策 威威 胁胁 后后 果果解决措施解决措施完整性

3、完整性修改用户数据特洛伊木马修改内存修改传输中的消息信息丢失危及服务器安全对各种攻击变得脆弱加密校验和签名机密性机密性网络上的窃听窃取服务器信息窃取客户数据网络配置信息窃取客户与服务器的会话信息信息丢失隐私泄密加密Web代理拒绝服务攻击拒绝服务攻击中断用户连接对服务器进行泛洪攻击耗尽磁盘或内存空间攻击DNS服务器网络瘫痪骚扰用户阻止用户完成正常工作难以防御认证认证冒充合法用户数据伪造出现假冒用户误信虚假信息加密技术Web威胁的比较 68.1.2 Web安全的实现方法安全的实现方法 保证保证Web应用安全首先需要保证服务器系统和客户工作站计算机系统的安全，因为系统应用安全首先需要保证服务器系统和

4、客户工作站计算机系统的安全，因为系统安全是整个应用安全性保障的基础安全是整个应用安全性保障的基础。在此基础上，在此基础上，Web应用的安全实现主要依赖于应用协议的安全性和网络应用的安全实现主要依赖于应用协议的安全性和网络通信的安全性。通信的安全性。应用协议的安全性在协议的设计和实现中体现。网络通信的安全性需要应用协议的安全性在协议的设计和实现中体现。网络通信的安全性需要依靠一些安全通信协议和机制来保护网络中的通信流量。依靠一些安全通信协议和机制来保护网络中的通信流量。安全协议是附加在安全协议是附加在TCP/IP协议中的一系列安全机制。从协议中的一系列安全机制。从TCP/IP协议栈的协议栈的角度

5、，角度，Web安全的实现方法分为安全的实现方法分为3种：基于网络层、基于传输层和基于应种：基于网络层、基于传输层和基于应用层。用层。1网络层网络层 基于网络层实现基于网络层实现Web安全安全78.1.2 Web安全的实现方法安全的实现方法2传输层传输层基于传输层实现Web安全88.2 安全套接字层和传输层安全安全套接字层和传输层安全8.2.1 SSL概述 8.2.2 SSL体系结构8.2.3 SSL记录协议8.2.4 更改加密规格协议8.2.5 报警协议8.2.6 握手协议 8.2.7 主密钥计算8.2.8 传输层安全（TLS）108.2.2 SSL体系结构体系结构lSSL包含两层协议：一种底

6、层协议，即SSL记录协议；三种上层协议，即SSL握手协议、SSL更改密码规格协议和SSL报警协议。lSSL记录协议为不同的上层协议提供基本的安全服务。SSL特有的三种高层协议主要用于管理SSL的密钥交换。SSL握手协议SSL更改密码规格协议SSL报警协议HTTPSSL记录协议TCPIPSSL协议栈 128.2.3 SSL记录协议记录协议lSSL记录协议（Record Protocol）用来描述SSL信息交换过程中的记录格式，它提供了数据加密、数据完整性等功能。l记录协议为SSL连接提供两种类型的服务u机密性：握手协议定义了一个共享密钥，该密钥可以握手协议定义了一个共享密钥，该密钥可以用于用于S

7、SL有效载荷的常规加密。有效载荷的常规加密。u消息完整性：握手协议还定义了一个用于形成消息认握手协议还定义了一个用于形成消息认证码（证码（MAC）的共享密钥。）的共享密钥。148.2.3 SSL记录协议记录协议l记录协议的操作过程记录协议的操作过程 SSL记录协议操作步骤 15l分段分段；每一个应用层消息被分为；每一个应用层消息被分为214字节（字节（1684字节）或更小字节）或更小l压缩压缩：可选。如果选择，保证压缩过程不会丢失数据，如果增加了数：可选。如果选择，保证压缩过程不会丢失数据，如果增加了数据长度，保证增加值不应该超过据长度，保证增加值不应该超过1024字节。字节。l计算消息认证码

8、（计算消息认证码（MAC）：l加密加密：使用对称密码算法。加密操作后内容长度的增加不应该超过：使用对称密码算法。加密操作后内容长度的增加不应该超过1024字节，因此全长不应该超过字节，因此全长不应该超过214+1024个字节个字节l增加增加SSLSSL记录头记录头：记录头包含以下域：记录头包含以下域：内容类型：内容类型：8位，用于处理封装后分段的上层协议类型。位，用于处理封装后分段的上层协议类型。协议版本号：高协议版本号：高8位为主要版本号，低位为主要版本号，低8位为次要版本号。位为次要版本号。压缩后的长度：最大值为压缩后的长度：最大值为214+2048168.2.3 SSL记录协议记录协议l

9、SSL记录格式记录格式 SSL记录格式 178.2.4 更改密规格协议更改密规格协议（Change Cipher Spec Protocol）更改加密规格协议是使用SSL记录协议的三种SSL特定的协议之一，也是最简单的一种。它具有以下特点：u位于位于SSL记录协议之上记录协议之上uContentType=20u协议只包含单独的一条消息，该消息包含一个字节，协议只包含单独的一条消息，该消息包含一个字节，值为值为1。这条消息的唯一的作用是将延迟状态设置为当。这条消息的唯一的作用是将延迟状态设置为当前状态，更新在当前连接中应用的密码机制。前状态，更新在当前连接中应用的密码机制。188.2.6 握手协

10、议握手协议l握手协议是SSL中最为复杂的一部分内容，这一协议允许客户和服务器进行相互的身份认证；同时，客户和服务器还通过该协议进行协商，以决定在一次会话中所使用的加密算法、MAC算法以及用于保护SSL记录数据的加密密钥。l握手协议由一些客户和服务器之间交换的消息组成，每条消息包含三个域：u消息类型（1字节）：表示本条消息的类型。表示本条消息的类型。u消息长度（3字节）：以字节计数的消息长度。以字节计数的消息长度。u消息内容（0字节）：与本条消息相关的参数。与本条消息相关的参数。208.2.6 握手协议握手协议消息类型消息类型参参 数数hello_requestNullclient_hello版

11、本、随机数、会话ID、密码套件、压缩方法server_hello版本、随机数、会话ID、密码套件、压缩方法CertificateX.509 v3证书链senver_key_exchange参数、签名cerfificate_request类型、CAServer_doneNullCertificate_verify签名client_key_exchange参数、签名finishedhash值SSL握手协议消息类型 218.2.7 主密钥计算主密钥计算l在SSL中，主密钥从预备主密钥产生出来。u在在RSA或或Fortezza加密技术中，预备主密钥是由客户端生成密钥，然加密技术中，预备主密钥是由客户端

12、生成密钥，然后通过后通过client_key_exchange消息发送给服务器。消息发送给服务器。u在在Diffie-Hellman加密技术中，预备密钥是由客户和服务器双方使用加密技术中，预备密钥是由客户和服务器双方使用对方的对方的Diffie-Hellman公钥来生成。公钥来生成。l当生成了一个预备主密钥并且双方都知道它以后，就可以计算出主密钥了。客户和服务器都是用下面的公式计算主密钥：master_secret=MD5(pre_master_secret|SHA(A|pre_master_secret|ClientHello.random|ServerHello.random)|MD5(p

13、re_master_secret|SHA(BB|pre_master_secret|ClientHello.random|ServerHello.random)|MD5(pre_master_secret|SHA(CCC|pre_master_secret|ClientHello.random|ServerHello.random)其中，ClientHello.random和ServerHello.random是在初始的hello消息中交换的两个临时值。23SSL应用中的安全问题应用中的安全问题lClient系统、系统、Server系统、系统、Keys和和Applications都要安全都要安

14、全l短的公开密钥加密密钥以及匿名服务器需谨慎使用短的公开密钥加密密钥以及匿名服务器需谨慎使用l对证书对证书CA要谨慎选择要谨慎选择lSSL的实现不出安全错误在实现上最可能失败之处是的实现不出安全错误在实现上最可能失败之处是sanity check和密钥管理和密钥管理24l暴力攻击证书暴力攻击证书 如果攻击者不能利用非法的证书突破服务器，他们可如果攻击者不能利用非法的证书突破服务器，他们可 以尝试暴力攻击（以尝试暴力攻击（brute-force attack）。虽然暴力攻击证）。虽然暴力攻击证 书比暴力攻击口令更为困难，但仍然是一种攻击方法。要书比暴力攻击口令更为困难，但仍然是一种攻击方法。要

15、暴力攻击客户端认证，攻击者编辑一个可能的用户名字列暴力攻击客户端认证，攻击者编辑一个可能的用户名字列 表，然后为每一个名字向表，然后为每一个名字向CA机构申请证书。每一个证书机构申请证书。每一个证书 都用于尝试获取访问权限。用户名的选择越好，其中一个都用于尝试获取访问权限。用户名的选择越好，其中一个 证书被认可的可能性就越高。暴力攻击证书的方便之处在证书被认可的可能性就越高。暴力攻击证书的方便之处在 于它仅需要猜测一个有效的用户名，而不是猜测用户名和于它仅需要猜测一个有效的用户名，而不是猜测用户名和 口令。口令。26l利用特洛伊木马窃取有效的证书利用特洛伊木马窃取有效的证书 攻击者可能试图窃取

16、有效的证书及相应的私有密钥。攻击者可能试图窃取有效的证书及相应的私有密钥。最简单的方法是利用特洛伊木马。最简单的方法是利用特洛伊木马。这种攻击几乎可使客户端证书形同虚设。它攻击的这种攻击几乎可使客户端证书形同虚设。它攻击的是证书的一个根本性弱点：私有密钥（整个安全系统的是证书的一个根本性弱点：私有密钥（整个安全系统的核心）经常保存在不安全的地方。对付这些攻击的唯一核心）经常保存在不安全的地方。对付这些攻击的唯一有效方法或许是将证书保存到智能卡或令牌之类的设备有效方法或许是将证书保存到智能卡或令牌之类的设备中。中。27lIDS即即Intrusion Detection System，是一种用于监

17、测攻击，是一种用于监测攻击服务器企图的技术和方法。典型的服务器企图的技术和方法。典型的IDS监视网络通讯，并监视网络通讯，并将其与保存在数据库中的已知将其与保存在数据库中的已知“攻击特征攻击特征”或方法比较。或方法比较。如果发现攻击，如果发现攻击，IDS可以提醒系统管理员、截断连接或甚可以提醒系统管理员、截断连接或甚至实施反攻击等。问题在于如果网络通讯是加密的，至实施反攻击等。问题在于如果网络通讯是加密的，IDS将无法监视。这反而可能会使攻击更为轻松。将无法监视。这反而可能会使攻击更为轻松。l假设在一个典型的被防火墙和假设在一个典型的被防火墙和IDS防护的网络环境中，攻防护的网络环境中，攻击者

18、能轻松地探测被击者能轻松地探测被SSL保护的网站，因为保护的网站，因为SSL对数据的对数据的加密使得加密使得IDS无法正常监测攻击。通常一台单一的网站服无法正常监测攻击。通常一台单一的网站服务器会同时使用务器会同时使用SSL和普通的和普通的TCP协议。由于攻击者攻击协议。由于攻击者攻击的服务器而不是网络连接，他们可以选择任意一种途径。的服务器而不是网络连接，他们可以选择任意一种途径。通过通过SSL途径，攻击者知道途径，攻击者知道SSL加密为他们带来的好处，加密为他们带来的好处，这样更容易避开这样更容易避开IDS系统的监测。系统的监测。288.2.8 传输层安全（传输层安全（TLS）1.TLS概

19、述概述u1997年，年，IETF基于基于SSL v3发布了发布了TLS v1（Transport Layer Security,version1）传输层安全协议第一个版本的草案。）传输层安全协议第一个版本的草案。1999年，年，正式发布了正式发布了RFC 2246。uTLS协议设计的具体目标是解决两个通信实体之间数据的保密性协议设计的具体目标是解决两个通信实体之间数据的保密性和完整性等，总体目标是为了在因特网上统一和完整性等，总体目标是为了在因特网上统一SSL的标准。的标准。uTLS的第一个发布版本在一定程度上可以视为等同于的第一个发布版本在一定程度上可以视为等同于SSL v3.1，二者非常接

20、近，并且二者非常接近，并且TLS vl对对SSL v3是向后兼容的。是向后兼容的。2.TLS/SSL差异差异u版本号版本号uMAC计算计算u伪随机数函数伪随机数函数u警告码警告码308.2.8 传输层安全（传输层安全（TLS）2.TLS/SSL差异（续）差异（续）u密码套件密码套件u客户证书类型客户证书类型ucertificate_verify和和finished消息消息u密钥计算密钥计算u填充填充318.3 SSL/TLS在在Web中的应用中的应用8.3.1 概述8.3.2 应用实例328.3.1 概述概述lSSL/TLS可以建立安全的端到端连接，目前在Web服务中得到了广泛的应用。l实现S

21、SL/TLS的方法很多，例如：uOpenSSL开放源码软件包实现了开放源码软件包实现了SSL v2,SSL v3,TLS v1等协议，它以等协议，它以API函数调用的形式为函数调用的形式为TCP/IP协议之协议之上的应用提供上的应用提供SSL/TLS功能；功能；uIE,Netscape,Opera等客户端浏览器内置了对等客户端浏览器内置了对SSL/TLS的支持；的支持；uIIS（Internet Information Server,Inernet信息服务器）信息服务器），Apache等等Web服务器通过简单的配置即可提供服务器通过简单的配置即可提供SSL/TLS功能。功能。338.3.2 应

22、用实例应用实例应用SSL/TLS安全加密机制，构建一个安全的Web站点。u环境Windows 2000 Advanced Server+IIS5.0u配置过程 p安装安装“证书服务证书服务”组件组件p申请安全证书申请安全证书pIIS服务器的配置服务器的配置348.3.2 应用实例应用实例u通信过程应用了应用了SSL/TLS加密机制后，客户端与加密机制后，客户端与IIS服务器的通服务器的通信过程如下：信过程如下：p首先，客户端与首先，客户端与IIS服务器建立通信连接；服务器建立通信连接；p接着，接着，IIS服务器将数字证书与公钥发送给客户端；服务器将数字证书与公钥发送给客户端；p然后，客户端使用

23、这个公钥对客户端的会话密钥进然后，客户端使用这个公钥对客户端的会话密钥进行加密后，传回给行加密后，传回给IIS服务器；服务器；pIIS服务器接收客户端传回的加密的会话密钥，用私服务器接收客户端传回的加密的会话密钥，用私钥进行解密。钥进行解密。358.4 安全电子交易（安全电子交易（SET）8.4.1 SET概述 8.4.2 SET交易活动8.4.3 双重签名368.4.1 SET概述概述l安全电子交易（Security Electronic Transaction，SET）是一个用于保障基于Internet的信用卡交易安全的开放式加密和安全规范。SET v1于1996年2月由MasterCar

24、d和Visa两大信用卡公司联合发布。lSET本身并不是一个支付系统，而是一个安全协议集，SET规范保证了用户可以安全地在诸如Internet这样的开放网络上应用现有的信用卡支付设施来完成交易。lSET提供三种服务：u为参加交易的所有实体提供安全的通信信道。为参加交易的所有实体提供安全的通信信道。u使用使用X.509 v3数字证书提供交易实体间的信任机制。数字证书提供交易实体间的信任机制。u提供良好的隐私保障，因为信息只在需要的时间和地提供良好的隐私保障，因为信息只在需要的时间和地点才对交易实体可用。点才对交易实体可用。378.4.1 SET概述概述1.商业需求商业需求SET规范的的潜在需求是为

25、了保障使用信用卡在Internet和其他网络上进行安全的支付处理。u保障支付信息与订单信息的机密性。保障支付信息与订单信息的机密性。u保障所有传输数据的完整性。保障所有传输数据的完整性。u提供认证以保证持卡人是某信用卡账号的合法用户。提供认证以保证持卡人是某信用卡账号的合法用户。u提供一种认证机制来保障信用卡和金融机构的相关性，提供一种认证机制来保障信用卡和金融机构的相关性，从而保证商家能够接受信用卡支付。从而保证商家能够接受信用卡支付。u应用最好的安全措施和系统设计技术以保护在一次电应用最好的安全措施和系统设计技术以保护在一次电子交易中所有参与者的安全。子交易中所有参与者的安全。u实现一个不

26、依赖于传输层安全机制并可以与其他安全实现一个不依赖于传输层安全机制并可以与其他安全机制同时应用的协议。机制同时应用的协议。u推动和促进软件与网络提供商之间的互操作性。推动和促进软件与网络提供商之间的互操作性。388.4.1 SET概述概述2.SET的关键特性的关键特性u信息的机密性：持卡人账户和支付信息在网络中传播的时候，：持卡人账户和支付信息在网络中传播的时候，安全必须得到保障。安全必须得到保障。SET的一个重要的特性是可以防止商家的一个重要的特性是可以防止商家得到持卡人的信用卡号，信用卡号只提供给发卡机构。得到持卡人的信用卡号，信用卡号只提供给发卡机构。SET中应用了常规加密机制来保障机密

27、性的要求。中应用了常规加密机制来保障机密性的要求。u数据完整性：持卡人发给商家的支付信息包括订单信息、个持卡人发给商家的支付信息包括订单信息、个人数据和支付命令，人数据和支付命令，SET保障了这些数据在传输的过程中不保障了这些数据在传输的过程中不会被更改，会被更改，RSA数字签名用于保证数据的完整性，某些数据数字签名用于保证数据的完整性，某些数据的完整性也可以由使用的完整性也可以由使用SHA-1的的HMAC来得到保证。来得到保证。u持卡人帐户认证：SET通过使用通过使用X.509 v3数字证书让商家对数字证书让商家对持卡人是否为某账号的合法用户进行认证。持卡人是否为某账号的合法用户进行认证。u

28、商家认证：SET通过使用通过使用X.509 v3数字证书让持卡人对商家数字证书让持卡人对商家的身份进行认证，验证商家和某金融机构具有某种关系使其的身份进行认证，验证商家和某金融机构具有某种关系使其可以接受信用卡支付。可以接受信用卡支付。398.4.1 SET概述概述3.SET参与者参与者采用SET规范进行网上交易支付时，主要涉及持卡人、商家、发卡机构、收单行、支付网关和CA认证中心等。SET模型 408.4.2 SET交易活动交易活动l在进行SET交易之前消费者首先需要向支持SET的发卡机构申请开户，获得一个用于网上支付的信用卡账户。同时，消费者和商家还必须从CA认证中心那里申请相应的X.50

29、9 v3数字证书。此后，商家就可以在网上开设在线商店，持卡人（消费者）也就可以通过Web浏览器或其他客户端软件在线购物。lSET交易的工作流程 SET交易流程 418.4.3 双重签名双重签名 双重签名（Dual Signature）是数字签名在SET中的一个创新应用。1.消息捆绑消息捆绑 u信息的机密性需求：在电子交易中，假设持卡人信息的机密性需求：在电子交易中，假设持卡人C（Customer）从商家从商家M（Merchant）购买商品，出于保护自己隐私的目的，他）购买商品，出于保护自己隐私的目的，他不希望商家看到他的信用卡信息，也不希望银行不希望商家看到他的信用卡信息，也不希望银行B（Ba

30、nk）看到）看到他所订购的商品的信息。一个简单的解决方案是持卡人分别向商他所订购的商品的信息。一个简单的解决方案是持卡人分别向商家发送订单信息（家发送订单信息（Order Information，OI）和向银行发送支付信息）和向银行发送支付信息（Payment Information，PI），这样就既避免了在交易过程中商家），这样就既避免了在交易过程中商家窃取持卡人的信用卡信息，又避免银行跟踪持卡人的消费行为，窃取持卡人的信用卡信息，又避免银行跟踪持卡人的消费行为，从而有效地保护了持卡人的隐私。从而有效地保护了持卡人的隐私。u消息捆绑的原因：上述方案会对影响商家和银行对持卡人所发信消息捆绑的原

31、因：上述方案会对影响商家和银行对持卡人所发信息进行合理的验证。例如：在一次交易中，持卡人向商家发送两息进行合理的验证。例如：在一次交易中，持卡人向商家发送两条消息：条消息：OI1和和PI1，并由商家将，并由商家将PI1转发给银行；紧接着，持卡人转发给银行；紧接着，持卡人又发起另一次交易，向商家发送消息：又发起另一次交易，向商家发送消息：OI2和和PI2。这时，商家将。这时，商家将不能确认不能确认OI1是跟是跟PI1还是还是PI2在同一次交易中。为避免上述情况出在同一次交易中。为避免上述情况出现，有必要将订单信息和支付信息捆绑在一起，即对发送给不同现，有必要将订单信息和支付信息捆绑在一起，即对发

32、送给不同接收者的消息进行消息捆绑。接收者的消息进行消息捆绑。428.4.3 双重签名双重签名 2.双重签名的构造双重签名的构造为了满足消息捆绑的需求，SET采用双重签名技术，双重签名构造流程如图：双重签名的构造 438.4.3 双重签名双重签名 3.签名的认证签名的认证u在验证双重签名时，接收方在验证双重签名时，接收方M/B分别创建消息摘要，分别创建消息摘要，M生成生成H(OI)，B生成生成H(PI)；u再分别将再分别将H(OI)/H(PI)与另一接收到的摘要与另一接收到的摘要H(PI)/H(OI)串接，串接，生成生成OP及其摘要及其摘要H(OP)；uM/B用用C的的RSA公钥公钥 对双重签名对双重签名 解密，即执行解密，即执行过程过程 ，得到，得到H(OP)；u比较比较H(OP)与与H(OP)是否相同，如相同，则表明数据完整且是否相同，如相同，则表明数据完整且未被篡改。未被篡改。经过上述步骤，商家M和银行B就分别实现了对签名的认证。4445