纸上得来终觉浅 绝知此事要躬行

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网络安全(加密, Hashing, 证书, SSL/TLS等)学习小结

网上看到的一些关于网络安全的学习资料小结。

对称加密: 通信双方共享同一个密钥。发送方用它来加密，接收方用它来解密。
非对称加密: 有公钥和私钥。

现在的做法一般是用非对称加密生成？钥(公钥还是私钥?）用于传输？，然后再用对称加密进行通信。

加密 : 公钥加密，私钥解密 (公钥是lock，私钥是key)
数字签名证书: 私钥加密(生成签名)，公钥解密(验证签名)

既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只有我才能解密，所以可得出公钥负责加密，私钥负责解密；同理，既然是签名，那肯定是不希望有人冒充我发消息，只有我才能发布这个签名，所以可得出私钥负责签名，公钥负责验证。

对称加密分为两大类: 序列型 stream cipher 和 分组型 block cipher (更流行).
stream cipher: RC4
RC4: secret key 通过RC4 会生成一个无限长的序列，Plain Text跟RC4进行操作(比如说异或)会生成加密文本。不安全。
block cipher: DES, 3DES, AES, BLOWFISH, RC5, RC6.
非对称加密: RSA

Hash函数最快，其次是对称加密，再是非对称加密。

计算机中的Hash表主要用来存储和查找。
密码学中的Hash函数用途:

  1. 完整性检测(下载文件，解压文件)
    • 注意：奇偶校验和CRC校验都没有抗数据篡改的能力。Hash函数也不可以，但加上key就可以(见数字签名)。
  2. 登录验证，校对密码(加上salt)
  3. 数字签名(加上key)
  4. 区块链

Hash算法有:

  1. MD5: 128 bits
  2. SHA-1: 160 bits
  3. SHA-2
    • SHA-224 224 bits
    • SHA-256 256 bits
    • SHA-384 384 bits
    • SHA-512 512 bits
  4. Whirlpool
  5. SHA-3
  6. SM3

MAC: Message Authentication Code 用来确保消息完整性
HMAC: Hash-based MAC

TLS 1.3之前是MAC, then encrypt
1. plaintext先通过Hash function运算，结果再加上key，生成MAC
2. plaintext再加上MAC进行Encryption，生成Ciphertext
TLS 1.3之后通信双方可以自己定义是MAC then encypt，还是encrypt then MAC
SHA256 + RSA加密，最常见。

数字签名和指纹区别:
指纹只是校验用的，数字签名才是防黑客篡改。

查看证书: 浏览器，命令行
openssl x509 -text -noout -in amazon.cer

CIA原则:
Confidentiality: 保密 (可以通过加密，权限管理和敏感信息不被暴露来实现)
Integrity: 数据内容完整，没有被篡改 （可以通过数字签名校验来实现）
Availability: 不让人家无限制调用你的服务

微软提出的STRIDE模型:
欺骗（Spoofing）
篡改（Tampering）：也就是资料修改
否认（Repudiation）
资讯泄露（Information disclosure），可能是私隐泄露或是资料外泄
阻断服务攻击（Denial of service）
特权提升（Elevation of privilege）：例如黑客把自己的权限提高

实战原则:

  1. 白名单和黑名单：白名单更严格
  2. 最小权限原则: 人家需要什么权限就给他什么权限，不要图省事给Admin原则
  3. 纵深防御：各个层面都需要考虑安全 (网络层，数据库层，操作系统层)
  4. 数据和代码分离原则： (注入攻击，缓存区溢出) 不要把用户输入作为命令的一部分。
  5. 不可预测性。在设计代码的时候，ID最好是随机变化。

DoS: 拒绝服务 (例如大量的攻击，持续发送SYN包)
用防护墙可以防止网络层攻击。
如何防止应用层DoS攻击？核心是对资源进行限制。不然黑客就会滥用服务。
1. 负载均衡(至少不会攻击同一台服务器。)
2. 限流
3. 缓存(在缓存区就把请求给处理了)
DDoS: Distributed DoS (攻击来自不同IP)

随机数: 用作蜜钥
不能用日期或时间做seed
不用用简单的rand()函数。JAVA里面有security包，用其它时间比如用户鼠标点击数作为seed。
Linux里面的/dev/random 和 /dev/urandom比较安全一些。
通过增大随机数空间或者组合随机数可以增加安全。

黑客攻防：

  1. 文件上传攻击: 黑客把一个包含木马程序的文件直接上传。可以通过限制文件后缀类型(比用MIME格式限制好)和文件大小来防止。
    如果黑客把木马程序直接写到文件内容里面，可以通过压缩或resize文件来破坏可能包含的HTML代码。
    另外一些好办法:
    a)把接受上传的文件服务器单独分开。把文件服务器和应用服务器分开。
    b)把存放文件的目录权限设为只读，不给它执行权限。
    c)随机数改写文件名和文件路径，让黑客找不到上传的文件。
    d)如果网站不需要文件上传功能，就关闭文件上传功能。
  2. 文件包含漏洞: 文件包含其他文件，
    不推荐include *，不要用通配符。这样如果有文件上传漏洞，恶意代码就会被包含进去。
    远程文件包含功能，不用的话，关闭。

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SSL/TLS 学习小结
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SSL/TLS 的目的有3个：

  1. Confidentiality - Data is only accessible by Client and Server. 通过加密encription来实现
  2. Integrity - Data is not modified between Client and Server. 通过Hashing来实现
  3. Authentication - Client/Server are indeed who they say they are. 通过PKI(public key infrastructure)来实现

// Replay: 在Client和Server之间的第三者把截取的消息发送多次。
Anti-Replay:
1) Provided with build-in sequence numbers.
2) Built in to Integrity + Authentication mechanism.

// Repudiation: dishonest sender.
Non-Repudiation:
1) Sender cannot later deny sending a message
2) Byproduct of Integrity + Authentication
If the message is protected by Integrity and Authentication, then we know no one is modifying this message.

SSL/TLS ecosystem involves three key players:

  1. Client:
    • Entity initiating the TLS handshake
    • Web Browser
      • Phone, Apps, Smart Toaster, Internet of Things
      • Optionally authenticated (rare)
  2. Server:
    • Entity receiving the TLS handshake
    • Web Server
      • Apache, IIS, NginX, etc…
      • Load Balancer or SSL Accelerator
    • Always authenticatied
  3. Certification Authority (CA)
    • Governing Entity that issues Certificates
    • Trusted by Client and Server
    • Provides Trust Anchor
      • If we trust the CA, we trust what the CA trusts
    • Five organizations secure 98% of the Internet (IdenTrust, DigiCert, Sectigo, GoDaddy, GlobalSign)

Hashing 算法四原则：

  1. Infeasible to produce a given digest
  2. Impossible to extract original message
  3. Slight changes produce drastic differences
  4. Resulting digest is fixed width (length)

Sender光Hashing Message还不能保证Message不会被中间者篡改，因为中间者可以篡改Message并加上自己的Hashing值。
如果Sender Hashing (Secret Key+Message)，可以保证Message不会被中间者篡改，因为中间者得不到Secret Key。
如果Receiver 收到后验证Hash值正确，说明:

  1. 消息没有被篡改 //Integrity
  2. Sender有着同一个Secret Key //Authentication

MAC: Message Authentication Code

  • Concept combining Message + Secret Key when calculating digest
  • Provides Integrity and Authentication for Bulk data transfer
    HMAC: Hash Based Message Authentication Code (MAC的工业标准实现)
  • RFC 2104
  • 描述如何Combine Message 和 Key。Sender 和 Receiver都必须遵循同样的Combination，不然Hashing值还是不match。

Data Integrity:

  • Hashing Algorithm
    • INPUT: Message
    • OUTPUT: Digest
    • Example: MD5, SHA1, etc…
  • MAC - Message Authentication Code
    • INPUT: Message + Secret Key
    • OUTPUT: Digest
    • Example: HMAC (Hash Based Message Authentication Code)

Encryption:

  1. 简单的加密Message is not scalable。因为加密方法一样，如果接收到的加密结果一样，接收方1可以知道接收方2的Message。
  2. Key Based Encryption 针对每个接收方生成一个不同的Secret Key, allows encryption to scale to the whole Internet.
    • Combines industry vetted algorithm with a Secret Key
      • Algorithm is created by experts
      • Secret Keys can be randomly generated
  3. Two types of Key Based Encryption

    • Symmetric Encryption - Ideal for Bulk Data

      • Encrypt and Decrypt using the same keys
      • Strength: Faster - Lower CPU Cost
      • Strength: Cipher text is the same size as Plain Text
      • Weakness: Secret key must be shared - Less Secure
      • Examples:
        • DES 56 bit key
        • RC4 128 bit key
        • 3DES 168 bit key
        • AES 128, 192, or 256 bit keys
        • ChaCha20 128 or 256 bit keys

    • Asymmetric Encryption - Restricted to Limited Data

      • Encrypt and Decrypt using different keys
      • Two different keys are mathematically related
      • What one key Encrypts, only the other can Decrypts
        – One key will be made Public
        – Other key will be kept Private
      • Weakness: Slower - Requires much larger key sizes
      • Weakness: Cipher text expansion
      • Strength: Private Key is never shared - More Secure
      • Examples:
        • DSA
        • RSA - Recommended Key Size 2048 bits
        • Diffie-Hellman
        • ECDSA
        • ECDH
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