【25软考网工】第六章（5）应用层安全协议
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今天的笔记是是应用层安全协议，主要包括SSL/TLS，HTTPS和SHTTP，SET和PGP，S/MIME，Kerberos等相关安全协议。
目录
一、应用层安全协议
1.SSL/TLS
2.HTTPS和S-HTTP
1）HTTPS
2）S-HTTP
3）HTTP、HTTPS和SHTTP对比
关键区别说明
3. HTTPS协议栈与工作过程
1）例题#密钥名称
2）例题#HTTPS加密方式(网工2023年5月)
4. SSL/TLS算法总结
1）对称加密特点：
2）非对称加密特点：
3）哈希算法特点：
5. 应用案例
1）例题#SSL协议安全机制
4. SET和PGP
1）SET协议
2）PGP协议
5. S/MIME
1）基本概念
2）对比记忆
6. Kerberos
1）核心组件与流程
2）kerberos与PKI体系对比
3）例题#Kerberos防重放攻击
4）例题#Kerberos认证协议叙述判断
5）例题#Kerberos初始票据申请处
6）例题#Kerberos认证说法判断
7）例题#SSL子协议及其功能
8）例题#Kerberos认证说法判断
二、知识小结
一、应用层安全协议
1.SSL/TLS
- SSL是传输层安全协议，主要用于实现Web安全通信。
- TLS起源：IETF基于SSL3.0版本，制定了传输层安全标准TLS
- SSL包含三个部分：
- 记录协议：运行在传输层协议TCP上，用于封装各种上层协议。
- 警告协议
- 握手协议:用于协商参数
- SSL和IPSec都支持：数据保密、身份认证和完整性校验
- HTTPS协议栈：在应用层和传输层中间插入SSL
| HTTP 应用层 |
| SSL |
| TCP 传输层 |
| IP 网络层 |
- SSL协议栈
| SSL握手协议 | SSL改变密码协议 | SSL警告协议 | HTTP |
| SSL记录协议 |
| TCP |
| IP |
2.HTTPS和S-HTTP
1）HTTPS
- 基于SSL的超文本传输协议HTTPS（Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer):不是一个单独的协议，是两个协议的结合，即在加密的安全套阶层或传输层安全(SSL/TLS)上进行普通的HTTP交互传输。
- 功能：提供了一种免于窃听或中间人攻击的合理保护。
- HTTPS默认端口443，HTTP默认端口80（缝缝补补）
2）S-HTTP
- S-HTTP：安全的超文本传输协议（Security HTTP)
- 本质：还是HTTP，基本语法和HTTP一样
- 与HTTP区别：只是报文头有所区别，进行了数据加密。（另起炉灶）
- 端口：80
3）HTTP、HTTPS和SHTTP对比
| 特性 | HTTP | HTTPS | SHTTP (Secure HTTP) |
|---|---|---|---|
| 协议层级 | 应用层 | 应用层 + 传输层加密（SSL/TLS） | 应用层（独立加密） |
| 端口 | 80（明文传输） | 443（加密传输） | 通常 80（可自定义） |
| 加密方式 | 无加密 | 传输层加密（SSL/TLS） | 应用层加密（如 PGP、对称加密） |
| 安全性 | 低（明文传输，易被窃听、篡改） | 高（加密传输，支持身份验证） | 中等（端到端加密，但配置复杂） |
| 证书机制 | 无 | 需要 CA 颁发的数字证书 | 可选（需手动配置密钥） |
| 兼容性 | 所有浏览器和服务器支持 | 现代浏览器和服务器广泛支持 | 兼容性差（需双方支持，已淘汰） |
| 性能开销 | 低 | 中等（加密/解密增加计算开销） | 高（应用层逐条加密） |
| 主要用途 | 普通网页浏览 | 安全敏感场景（登录、支付、API） | 早期安全需求（现已被 HTTPS 取代） |
| 标准化 | RFC 2616（HTTP/1.1） | RFC 2818（HTTPS） | RFC 2660（S-HTTP） |
关键区别说明
加密层次：
- HTTP：无加密，数据明文传输。
- HTTPS：在传输层（TCP）通过 SSL/TLS 加密整个通信通道。
- SHTTP：在应用层对单个消息或文件加密（如对 HTTP 报文内容单独加密）。
安全机制：
- HTTPS：依赖证书颁发机构（CA）验证服务器身份，防止中间人攻击。
- SHTTP：需手动交换密钥或使用数字签名，未普及且配置复杂。
应用现状：
- HTTP：仍用于非敏感场景（如静态页面）。
- HTTPS：现代网站标配（Google 优先索引 HTTPS 页面）。
- SHTTP：已被 HTTPS 取代，仅在历史或特定旧系统中存在。
3. HTTPS协议栈与工作过程
- 建立连接：HTTPS基于TCP协议，首先需要完成三次握手建立连接
- 证书验证：服务器返回公钥证书（非私钥），客户端需验证证书有效性（包括验证证书需使用CA公钥验证、有效期检查等）
- 密钥交换：验证通过后，客户端生成随机数并用服务器公钥加密传输，服务器用私钥解密获得随机数
- 会话密钥：双方基于随机数R通过协商算法（如DH）生成相同的会话密钥
- 数据加密：后续通信使用会话密钥进行对称加密（如AES），提高加密效率
1）例题#密钥名称
- ①公钥证书：服务器返回的是包含公钥的数字证书（CA用私钥签名）
- ②服务器公钥：客户端用服务器公钥加密随机数（来自证书）
- ③服务器私钥：服务器用私钥解密获得随机数
- ④会话密钥：基于随机数通过协商算法生成（如DH算法）
- ⑤会话密钥：用于对称加密通信数据（如AES）
- 验证要点：CA签名验证需使用CA公钥验证证书真伪
2）例题#HTTPS加密方式(网工2023年5月)
43题答案D：
- 排除法：公钥加密会导致数据膨胀（如10T数据可能变为100T），实际采用会话密钥+对称加密
- 原理：会话密钥通过公钥算法交换，但数据加密使用对称加密
44题答案C：
- 证书撤销后果：客户端无法信任服务器，浏览器会显示安全警告
- 类比：与证书过期情况相同，都会中断信任链
45题答案B：
- 安全隐患：可能使用伪造公钥，导致会话密钥泄露，第三方可解密通信
- 攻击场景：中间人可能替换证书中的公钥，获取加密数据
考试技巧：该题型常考核心是区分对称/非对称加密的应用场景，证书信任机制是关键考点
4. SSL/TLS算法总结
1）对称加密特点：
- 使用相同密钥进行加解密
- 加密速度快，适合大数据量加密
- 不具备膨胀性（加密后数据量基本不变）
- 典型算法：AES、DES、3DES
2）非对称加密特点：
- 公钥公开，私钥保密（1vN关系）
- 用于身份验证和密钥协商
- 加密速度慢，不适合大数据量加密
- 典型算法：RSA、ECC、DH
3）哈希算法特点：
- 不可逆运算
- 输出长度固定
- 具有雪崩效应（微小输入变化导致输出巨大变化）
- 用于完整性校验
- 典型算法：MD5、SHA系列
5. 应用案例
1）例题#SSL协议安全机制
- SSL安全机制组成：
- 身份验证（11空）
- 数据加密（已给出）
- 消息完整性验证（12空）
- 算法应用原理：
- 非对称算法用于密钥交换：握手阶段通过公钥加密方式安全交换会话密钥
- 对称算法用于数据加密：使用协商好的对称密钥加密传输数据
- 记忆口诀："非对称传密钥，对称加密数据"
- 证书申请流程：
- 需向CA机构（14空）申请数字证书
- 注意区分CA和RA的职能（考试中通常只需答CA）
- 解题技巧：
- 题干中"为应用层建立安全连接"明确指向SSL而非IPsec
- 历年考题题干常包含解题线索，需仔细阅读
- 简答题抓住关键点即可得分，不必过度展开
典型错误：
- 混淆SSL与IPsec的应用层级
- 将RA作为证书申请主体（除非题目明确要求）
- 过度描述密钥交换细节（考试简答只需核心要点）
- 核心记忆点：
- SSL安全三要素：认证、加密、完整性
- 算法分工：非对称管密钥，对称管数据
- 证书申请主体：CA机构
- 核心记忆点：
4. SET和PGP
1）SET协议
- 安全电子交易（Secure ELectronic Transaction，SET）
- 应用场景: 主要用于解决用户、商家和银行之间通过信用卡支付的安全交易问题，类似于支付宝的支付功能。
- 安全目标: 保障支付信息机密性、支付过程完整性、商户及持卡人身份合法性以及系统可操作性。
- 加密算法:
- 对称加密: 默认使用DES算法
- 公钥加密: 采用RSA算法
- 散列函数: 使用SHA算法
- 考试重点: 主要考察选择题，需牢记三种算法的组合。
2）PGP协议
- PGP（Pretty Good Privacy）
- 功能定位: 完整的电子邮件安全软件包，工作在应用层。
- 核心功能:
- 数据加密
- 数字签名
- 数据完整性校验（虽未明确提及但实际具备）
- 技术实现:
- 身份验证: 使用RSA公钥证书
- 数据加密: 采用IDEA算法
- 完整性验证: 使用MD5算法
- 典型考题: 曾考察PGP不包含的功能（如数据压缩），需注意虽然实际PGP支持压缩功能，但考试侧重安全功能。
5. S/MIME
1）基本概念
- 安全多用途互联网邮件拓展协议（Security/Multiplurpose Internet Mail Extensions,S/MIME)，
- SMTP、MIMIE和S/MIME对比：
- SMTP：仅支持文本，发送ASCII码
- MIME：支持多媒体拓展，不安全
- S/MIMIE：保障安全
- 协议关系: 是MIME的安全增强版本，传统MIME仅支持多媒体邮件扩展但不具备安全功能。
- 核心功能: 提供电子邮件安全服务，包括但不限于加密和签名。
- 算法组合:
- 数字指纹: 使用MD5生成
- 数字签名: 采用RSA算法
- 签名加密: 使用3DES算法
- 区分要点: 必须注意带"S"前缀的版本才具有安全功能，普通MIME仅实现多媒体扩展。
2）对比记忆
- 技术差异: SET、PGP和S/MIME三者的算法实现各有特点，需对比记忆：
- SET：DES+RSA+SHA
- PGP：RSA+IDEA+MD5
- S/MIME：MD5+RSA+3DES
- 考试提示: 可能通过选择题考察各协议的技术组合，需特别注意算法间的对应关系。
6. Kerberos
1）核心组件与流程
- 作用：用于身份认证的
- 核心组件：包含密钥分发中心(KDC)、认证服务器(AS)、票据分发服务器(TGS)和应用服务器，其中KDC包含AS和TGS。关系如下
- 密钥分发中心KDC：
- 认证服务器AS
- 票据分发服务器TGS
- 应用服务器
- 密钥分发中心KDC：
- 票据功能：分发票据/凭证(Ticket)是Kerberos的核心功能，票据英文称为ticket。
- 工作流程：
- 认证阶段：用户向KDC的认证服务器AS提交身份认证，通过后获得初始许可凭证
- 授权阶段：用户持初始凭证向授权服务器TGS请求访问凭据，获取访问权限凭证
- 访问阶段：用户向应用服务器提交访问权限凭证，获取资源访问
- 权限控制：不同用户(如教师/学生)获得的初始票据不同，最终访问权限也不同
- 设计目的：避免频繁传输用户名密码，防止密码泄露(类比食堂饭票机制)
2）kerberos与PKI体系对比
- PKI核心：包含RA(注册机构)、CA(证书颁发机构)、证书三大组件
- Kerberos核心：KDC、AS、TGS、票据(ticket)
- 关键区别：
- PKI使用数字证书，Kerberos使用票据
- PKI采用非对称加密，Kerberos采用对称加密(DES/3DES)
- 认证服务器(AS)属于Kerberos体系，CA属于PKI体系
3）例题#Kerberos防重放攻击
- 考点：Kerberos防止重放攻击的机制
- 正确方法：加入时间戳或随机数(也可采用一次一密)
- 原理：使重复的请求失效
- 答案：B(时间戳)
4）例题#Kerberos认证协议叙述判断
- 选项分析：
- A错误：KDC只包含AS和TGS，不包括客户机
- B错误：采用对称加密(DES/3DES)，非公钥加密
- C错误：用户与AS服务器需要共享长期密钥，与应用服务器使用票据不需要长期共享密钥
- D正确：协议目的就是获取服务许可票据
- 答案：D
5）例题#Kerberos初始票据申请处
- 流程定位：认证流程第一步
- 正确组件：认证服务器(AS)
- 答案：A
6）例题#Kerberos认证说法判断
- 选项分析：
- B错误：公钥基础设施是PKI
- C错误：CA属于PKI体系
- D错误：应向AS申请票据
- 关键记忆：Kerberos采用单密钥体制(对称加密)
- 答案：A
7）例题#SSL子协议及其功能
- 核心知识：
- SSL子协议：记录协议、警告协议、握手协议
- 握手协议功能：协商加密算法及密钥等参数
- 排除法：AH和ESP属于IPsec协议
- 答案：
- (45)C(警告协议和握手协议)
- (46)B(握手协议)
8）例题#Kerberos认证说法判断
- 选项分析：
- A正确：开放网络身份认证
- B错误：CA不属于Kerberos体系
- C正确：KDC(实际是AS)保存用户凭证
- D正确：使用时间戳防重放
- 关键区分：CA与AS的体系归属
- 答案：B
二、知识小结
| 知识点 | 核心内容 | 考试重点/易混淆点 | 难度系数 |
| SSL/TLS协议 | 传输层安全协议，用于网页安全通信（HTTPS）。 SSL由网景公司开发，TLS基于SSL 3.0由IETF制定。 | 子协议：记录协议（封装数据）、握手协议（协商参数）、警告协议（错误告警）。 功能：数据保密性、身份认证、完整性校验。 | ⭐⭐⭐ |
| HTTPS协议栈 | HTTP + SSL/TLS = HTTPS，端口443（HTTP为80）。 工作流程： 1. 客户端请求证书； 2. 服务器返回公钥证书； 3. 客户端验证证书； 4. 生成随机数并用服务器公钥加密； 5. 服务器解密后生成会话密钥； 6. 对称加密通信。 | 关键点： - 证书验证用CA公钥。 - 会话密钥用于加密数据（对称加密）。 - 非对称加密仅用于密钥交换。 | ⭐⭐⭐⭐ |
| S-HTTP | 安全的HTTP协议（另起炉灶开发），端口仍为80，但未广泛应用。 | 与HTTPS区别： - HTTPS是HTTP+SSL补丁，S-HTTP是独立协议。 - 考试易混淆：哪种更常用？（HTTPS） | ⭐⭐ |
| PKI vs Kerberos | PKI：CA/RA/证书，用于公钥分发。 Kerberos：KDC（含AS和TGS）、票据（Ticket），用于身份认证。 | 易混淆点： - PKI用证书，Kerberos用票据。 - CA≠KDC，AS/TGS属于Kerberos体系。 | ⭐⭐⭐⭐ |
| Kerberos流程 | 1. 用户→AS认证→初始票据； 2. 用户→TGS→访问凭证； 3. 用户→应用服务器（凭票据访问）。 | 核心组件：AS（认证）、TGS（授权）、KDC（密钥分发中心）。 防重放攻击：时间戳/随机数。 | ⭐⭐⭐ |
| PGP/SET/S-MIME | PGP：邮件安全（RSA签名、IDEA加密、MD5校验）。 SET：电子交易（DES加密、RSA公钥、SHA哈希）。 S-MIME：安全邮件扩展（MD5/RSA/3DES）。 | 考试重点： - PGP功能（加密/签名/校验，不含压缩）。 - 各协议算法差异。 | ⭐⭐⭐ |
| SSL/TLS算法应用 | 对称加密（AES/3DES）→加密数据。 非对称加密（RSA/DH）→密钥交换。 哈希算法（SHA/MD5）→完整性校验。 | 易错点： - 非对称加密不用于加密大数据（速度慢/膨胀）。 | ⭐⭐⭐ |