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密碼學與網路安全

第 7 章 對稱式的機密性

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對稱式加密的機密性 對稱式加密原本是用來保護訊息的機密性

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使用加密場合 兩個主要場合 連線加密 (link encryption) 在所有連線各

自加密 意味著必須在連線之間解密流量 每段連線需要一把共同的金鑰

點對點加密 (end-to-end encryption) 在原始來源與目的終端之間加密 兩端共用相同的金鑰，所以目的端也能解開

加密過的資料

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加密封包交換網路

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使用加密的場合 使用點對點加密必須必須讓標頭保持明文

網路才能正確的繞送資訊 因此點對點加密能維持使用者資料的安全，

但無法維持流量的安全 同時使用兩種加密

主機先以點對點加密的金鑰加密使用者資料 再以連線加密的金鑰加密整個封包

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使用加密的場合 OSI 參考模型的幾個地方能放置加密功能：

連線加密可以在第 1 或第 2 層 點對點加密可以在第 3 、 4 、 6 、 7 層

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使用加密的場合 前端處理器

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加密與協定層級之間的關係

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流量分析 流量分析可獲得的資訊：

識別同伴的身分 和同伴通訊的頻率 從訊息的樣式、長度或數量得知是否正在交換重要

的資訊 特定同伴之間的互有關聯的特定對話

利用流量的某些樣式來產生「隱密通道」 這是一種通訊設備設計者原本未預期的通訊形式

流量填充 traffic padding

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分送金鑰 若要讓對稱式加密運作

通訊雙方必須共用相同的金鑰 要保護這把金鑰，不能被他人存取 要經常更換金鑰，以降低被攻擊的機率

任何密碼系統的強度在於分送金鑰的技術 將金鑰傳遞到想要交換訊息的兩端，但又不

會讓其他人得知金鑰的方法

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分送金鑰 對 A 、 B 等兩端而言，以下數種方式能

分送金鑰：1. A 選擇金鑰並親自送給 B2. 第三者選擇金鑰，然後親自送給 A 和 B3. 若 A 和 B 最近曾用過某把金鑰，其中一方

可以舊金鑰加密新金鑰，然後將新金鑰傳送給另一方

4. 若 A 和 B 兩者皆與第三方 C( 金鑰分送中心 ) 有加密連線， C 就能以加密連線將金鑰傳給 A 和 B

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金鑰分送中心使用的階層架構 金鑰分送中心的使用，是根據金鑰的階層式架

構，而且至少會用到兩階層的金鑰 連線金鑰

臨時金鑰 用來加密使用者之間的資料 通常只用在邏輯連線，連線結束就會丟棄連線金鑰

主金鑰 用來加密連線金鑰 由金鑰分送中心與終端系統（或使用者）共用

shared by user & key distribution center

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金鑰分送的案例

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亂數產生器 亂數在各種加密應用扮演了重要角色

隨意值 連線金鑰 產生 RSA公開金鑰 單次金鑰加密的金鑰流

這些應用對產生亂數引發了不同且不相容的需求 ： 隨機性 不可預測性

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偽亂數產生器 Pseudorandom Number Generators （ PRNG ） 密碼學的應用程式通常是以演算法來產生

亂數 這些演算法都具決定性， 因此所產生的亂數序列都非統計上的亂數

但若所用的演算法夠好，所產生的亂數將能通過許多合理的亂數測試 這類數字稱為偽亂數 這類的演算法稱為偽亂數產生器

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線性同餘產生器 (skipped) 亂數序列可反覆經由以下列方程式獲得：

Xn+1 = (aXn + c) mod m 線性同餘演算法的強度，是選擇適當的乘數和模數 整個演算法除了選取的起始值 X0之外，演算法本身並不隨機

而且只要選定了 X0，也就決定了接下來所要產生的數字 這也暗示著這種演算法可被破解

如果攻擊者知道我們使用的是線性同餘演算法，而且也知道所使用的參數

那麼只要攻擊者發現一個數字，就能找出後續所有的數字 即使攻擊者只知道我們使用線性同餘演算法

但只要知道整組數字的一小部分，攻擊者就能找出演算法的參數

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總結 利用對稱式加密保護機密性 分送金鑰

階層式 金鑰的生命週期 金鑰的控管

亂數產生器