分布式系统中的认证协议解析
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发布时间: 2025-08-24 02:02:00 阅读量: 2 订阅数: 11 
分布式计算：原理、算法与系统
### 分布式系统中的认证协议解析
#### 1. 基于非对称密码系统的协议
认证机构（CA）有在线和离线两种工作模式。在线CA支持交互式查询，积极参与认证交换；离线CA在主体首次注册时颁发公钥证书，主体保存证书并在认证交换时转发，避免单独向CA查询，且证书由CA签名，无法伪造。
##### 1.1 Needham - Schroeder协议
Needham - Schroeder公钥协议使用可信密钥服务器颁发包含用户公钥的证书。协议步骤如下：
```plaintext
(1) A →S : AB
(2) S →A : KbB K−1
s
(3) A →B : NaA Kb
(4) B →S : BA
(5) S →B : KaA K−1
s
(6) B →A : Na, Nb Ka
(7) A →B : Nb Kb
```
该协议可看作两个逻辑不相交协议的交织：消息1、2、4和5用于获取公钥，消息3、6和7用于A和B的认证。
此协议存在弱点，它无法保证获取的公钥是当前的，而不是旧的、可能已被泄露的密钥的重放。解决方法有：服务器S在消息2和5中包含时间戳，但这需要进程时钟同步；A在消息1中发送随机数，S在消息2中返回相同随机数。
攻击者可以对该协议进行伪装攻击，具体步骤如下：
```plaintext
(1.3) A →I : NaA Ki
(2.3) IA →B : NaA Kb
(2.6) B →IA : NaNb Ka
(1.6) I →A : NaNb Ka
(1.7) A →I : Nb Ki
(2.7) IA →B : Nb Kb
```
攻击的主要原因是步骤6中不包含响应者的身份。若在协议步骤6中包含响应者的身份：
```plaintext
(6) B →A : BNaNb ka
```
则攻击的步骤2.6将变为：
```plaintext
(2.6) B →IA : BNaNb ka
```
攻击者I无法在步骤1.6成功重放此消息，因为A期望收到包含I身份的消息。
##### 1.2 SSL协议
安全套接层（SSL）协议由Netscape开发，是互联网安全通信的标准协议。安全超文本传输协议（HTTPS）是在万维网上计算机之间传输加密信息的通信协议，它基于SSL。SSL位于TCP/IP和上层应用之间，无需更改应用层，通常用于服务器和客户端之间以确保连接安全，且与应用协议无关。
SSL协议具有以下特点：
- 端点认证：确保服务器是客户端想要通信的真实一方。
- 消息完整性：能检测与服务器交换的数据是否被修改。
- 保密性：数据被加密，黑客无法通过查看网络数据包读取信息。
SSL握手协议步骤如下：
1. SSL客户端发送“client hello”消息，列出加密信息，如SSL版本、支持的CipherSuites等，并包含一个随机字节串。
2. SSL服务器以“server hello”消息响应，包含选择的CipherSuite、会话ID和另一个随机字节串，同时发送数字证书。若需要客户端认证，还会发送“client certificate request”。
3. SSL客户端验证服务器数字证书的数字签名，并检查服务器选择的CipherSuite是否可接受。
4. SSL客户端根据握手过程中生成的数据创建预主密钥，该密钥用服务器公钥加密。
5. 若服务器发送了“client certificate request”，客户端发送签名数据、加密的预主密钥和数字证书，或“no digital certificate alert”。
6. SSL服务器验证客户端证书的签名。
7. SSL客户端向服务器发送“finished”消息，用密钥加密，表示客户端握手完成。
8. SSL服务器向客户端发送“finished”消息，用密钥加密，表示服务器握手完成。
9. 在SSL会话期间，服务器和客户端使用共享对称密钥加密消息进行交换。
SSL通过非对称密钥对中的一个密钥加密数据，另一个密钥解密数据来提供认证。对于服务器认证，客户端用服务器公钥加密用于计算密钥的数据；对于客户端认证，服务器用客户端证书中的公钥解密客户端发送的数据。交换加密的“finished”消息确认认证完成。
认证所需证书如下表所示：
|角色|仅服务器认证|服务器和客户端认证|
| ---- | ---- | ---- |
|SSL服务器|CA Y颁发的个人证书、服务器私钥|CA Y颁发的个人证书、服务器私钥、CA X的CA证书或CA X颁发给客户端的个人证书|
|SSL客户端|CA Y的CA证书或CA Y颁发给服务器的个人证书|CA X颁发的个人证书、客户端私钥、CA Y的CA证书或CA Y颁发给服务器的个人证书|
下面是SSL握手协议的merma
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```csharp
else
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<%
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Flat
Squar
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