第5章 密钥分配与密钥管理

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1、第5章密钥分配与密钥管理郝艳华漳州师范学院计算机科学与工程系7/8/202115.1单钥加密体制的密钥分配5.2公钥加密体制的密钥管理5.3密钥托管5.4随机数的产生5.5秘密分割7/8/20212§5.1单钥加密体制的密钥分配5.1.1密钥分配的基本方法两个用户（主机、进程、应用程序）在用单钥密码体制进行保密通信时，首先必须有一个共享的秘密密钥，而且为防止攻击者得到密钥，还必须时常更新密钥。因此，密码系统的强度也依赖于密钥分配技术。7/8/20213两个用户A和B获得共享密钥的方法有以下几种：①密钥由A选取并通过物理手段发送给B。②密钥由第三方选取并通过物理手段发

2、送给A和B。③如果A、B事先已有一密钥，则其中一方选取新密钥后，用已有的密钥加密新密钥并发送给另一方。④如果A和B与第三方C分别有一保密信道，则C为A、B选取密钥后，分别在两个保密信道上发送给A、B。7/8/20214前两种方法称为人工发送。在通信网中，若只有个别用户想进行保密通信，密钥的人工发送还是可行的。然而如果所有用户都要求支持加密服务，则任意一对希望通信的用户都必须有一共享密钥。如果有n个用户，则密钥数目为n(n-1)/2。因此当n很大时，密钥分配的代价非常大，密钥的人工发送是不可行的。7/8/20215第3种方法，攻击者一旦获得一个密钥就可获取以后所有的密

3、钥；而且用这种方法对所有用户分配初始密钥时，代价仍然很大。第4种方法比较常用，其中的第三方通常是一个负责为用户分配密钥的密钥分配中心。这时每一用户必须和密钥分配中心有一个共享密钥，称为主密钥。通过主密钥分配给一对用户的密钥称为会话密钥，用于这一对用户之间的保密通信。通信完成后，会话密钥即被销毁。如上所述，如果用户数为n，则会话密钥数为n(n-1)/2。但主密钥数却只需n个，所以主密钥可通过物理手段发送。7/8/20216§5.1.2一个实例假定两个用户A、B分别与密钥分配中心KDC(keydistributioncenter)有一个共享的主密钥KA和KB，A希望与B

4、建立一个共享的一次性会话密钥，可通过以下几步来完成：7/8/20217图5.1密钥分配实例7/8/20218①A向KDC发出会话密钥请求。表示请求的消息由两个数据项组成，第1项是A和B的身份，第2项是这次业务的惟一识别符N1，称N1为一次性随机数，可以是时戳、计数器或随机数。每次请求所用的N1都应不同，且为防止假冒，应使敌手对N1难以猜测。因此用随机数作为这个识别符最为合适。7/8/20219②KDC为A的请求发出应答。应答是由KA加密的消息，因此只有A才能成功地对这一消息解密，并且A可相信这一消息的确是由KDC发出的。消息中包括A希望得到的两项内容：一次性会话密钥

5、KS；A在①中发出的请求，包括一次性随机数N1，目的是使A将收到的应答与发出的请求相比较，看是否匹配。因此A能验证自己发出的请求在被KDC收到之前，是否被他人篡改。而且A还能根据一次性随机数相信自己收到的应答不是重放的过去的应答。7/8/202110此外，消息中还有B希望得到的两项内容：一次性会话密钥KS；A的身份（例如A的网络地址）IDA。这两项由KB加密，将由A转发给B，以建立A、B之间的连接并用于向B证明A的身份。③A存储会话密钥，并向B转发EKB[KS‖IDA]。因为转发的是由KB加密后的密文，所以转发过程不会被窃听。B收到后，可得会话密钥KS，并从IDA可

6、知另一方是A，而且还从EKB知道KS的确来自KDC。7/8/202111这一步完成后，会话密钥就安全地分配给了A、B。然而还需要继续以下两步工作：④B用会话密钥KS加密另一个一次性随机数N2，并将加密结果发送给A。⑤A以f(N2)作为对B的应答，其中f是对N2进行某种变换（例如加1）的函数，并将应答用会话密钥加密后发送给B。这两步可使B相信第③步收到的消息不是一个重放。注意：第③步就已完成密钥分配，第④、⑤两步结合第③步执行的是认证功能。7/8/202112§5.1.3密钥的分层控制网络中如果用户数目非常多而且分布的地域非常广，一个KDC就无法承担为用户分配密钥的重

7、任。问题的解决方法是使用多个KDC的分层结构。例如，在每个小范围（如一个LAN或一个建筑物）内，都建立一个本地KDC。同一范围的用户在进行保密通信时，由本地KDC为他们分配密钥。如果两个不同范围的用户想获得共享密钥，则可通过各自的本地KDC，而两个本地KDC的沟通又需经过一个全局KDC。这样就建立了两层KDC。类似地，根据网络中用户的数目及分布的地域，可建立3层或多层KDC。分层结构可减少主密钥的分布，因为大多数主密钥是在本地KDC和本地用户之间共享。再者，分层结构还可将虚假KDC的危害限制到一个局部区域。7/8/202113§5.1.4会话密钥的有效期会话密钥