1、前言
本文深入分析了即時通信(IM)系統(tǒng)中所面臨的各種安全問題，綜合利用對稱加密算法（DES算法）、公開密鑰算法（RSA算法）和Hash算法(MD5)的優(yōu)點，探討組合加密算法在即時通信中的應(yīng)用。
技術(shù)交流：
2、IM安全系列文章
本文是IM通訊安全知識系列文章中的第2篇，總目錄如下：
《即時通訊安全篇（一）：正確地理解和使用Android端加密算法》
《即時通訊安全篇（二）：探討組合加密算法在IM中的應(yīng)用》（本文）
《即時通訊安全篇（三）：常用加解密算法與通訊安全講解》
《即時通訊安全篇（四）：實例分析Android中密鑰硬編碼的風(fēng)險》
《即時通訊安全篇（五）：對稱加密技術(shù)在Android上的應(yīng)用實踐》
《即時通訊安全篇（六）：非對稱加密技術(shù)的原理與應(yīng)用實踐》
《即時通訊安全篇（七）：用JWT技術(shù)解決IM系統(tǒng)Socket長連接的身份認(rèn)證痛點》
《即時通訊安全篇（八）：如果這樣來理解HTTPS原理，一篇就夠了》
《即時通訊安全篇（九）：你知道，HTTPS用的是對稱加密還是非對稱加密？》
《即時通訊安全篇（十）：為什么要用HTTPS？深入淺出，探密短連接的安全性》
《即時通訊安全篇（十一）：IM聊天系統(tǒng)安全手段之通信連接層加密技術(shù)》
《即時通訊安全篇（十二）：IM聊天系統(tǒng)安全手段之傳輸內(nèi)容端到端加密技術(shù)》
《即時通訊安全篇（十三）：信創(chuàng)必學(xué)，一文讀懂什么是國密算法》
《即時通訊安全篇（十四）：網(wǎng)絡(luò)端口的安全防護(hù)技術(shù)實踐》
《即時通訊安全篇（十五）：詳解硬編碼密碼的泄漏風(fēng)險及其掃描原理和工具》
3、即時通信應(yīng)用所面臨的安全問題
即時通信系統(tǒng)大都采用C/S、B/S、P2P等技術(shù)來實現(xiàn)即時通信的功能，軟件編制沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得IM系統(tǒng)本身存有多種安全漏洞，加上用戶缺乏安全意識，導(dǎo)致在使用即時通信系統(tǒng)時出現(xiàn)各種安全問題。
3.1 信息竊取問題
目前的IM系統(tǒng)在交換信息或傳輸文件時僅僅采用了弱加密甚至不加密的方式，攻擊者利用此缺陷監(jiān)聽、竊取重要數(shù)據(jù)，這種泄密可能性給企業(yè)或個人造成不可估量的損失，尤其是對一些特殊行業(yè)，如金融和證券等行業(yè)，將會構(gòu)成巨大的商業(yè)安全威脅，這種攻擊的類型是對信息機密性的攻擊。
3.2 信息篡改問題
信息篡改又稱中間人攻擊，是攻擊者試圖在IM系統(tǒng)信息交互過程中，通過監(jiān)聽、竊取正常的信息流，對信息進(jìn)行修改后再發(fā)往信息接收方。只要信息存在，就可能出現(xiàn)這種攻擊，它還可能攻擊傳輸中的信息，這種攻擊的類型是對信息完整性的攻擊。
3.3 信息偽造問題
在現(xiàn)有的IM系統(tǒng)中，接收方一般只根據(jù)發(fā)送方的ID或發(fā)送過來的簡單信息進(jìn)行確認(rèn)，這樣就給攻擊者提供了機會。攻擊者通過令人誤導(dǎo)的昵稱或者迷惑性的語言，騙取對方的信任，從而套取信息、詐騙或達(dá)到其他不良目的。這種攻擊的類型是對信息真實性的攻擊。
3.4 其他問題
由于IM系統(tǒng)的文件傳輸采取了P2P模式，它可以將文件作為附件通過點對點方式傳送，而繞過網(wǎng)絡(luò)周邊安全防御設(shè)備。由于點對點隧道直接傳至桌面計算機，因此受感染的文件借即時通信系統(tǒng)就能繞過防病毒網(wǎng)關(guān)的掃描，各種病毒如蠕蟲、特洛伊木馬等可以借此輕松地進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，很多被病毒感染的文件則可能利用即時通信系統(tǒng)進(jìn)行傳播。
攻擊者也可以用緩沖區(qū)溢出、拒絕服務(wù)等攻擊方式，通過IM系統(tǒng)的安全漏洞對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊或傳播病毒。
4、主流的加密算法介紹
4.1 對稱加密：DES算法
DES即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，這種加密算法是由IBM研究提出來的， 是一種分組密碼，它用于對64比特的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。DES算法所用的密鑰也是64比特，但由于其中包含了8個比特的奇偶校驗位，因而實際的密鑰長度是56比特。DES算法多次組合替代算法和換位算法，利用分散和錯亂的相互作用，把明文編制成密碼強度很高的密文。DES算法的加密和解密的流程是完全相同的，區(qū)別僅僅是加密與解密使用子密鑰序列的順序正好相反n1。DES算法屬于對稱加密算法，即加密和解密共享同一個密鑰，主要用于解決數(shù)據(jù)機密性問題。
4.2 公開密鑰算法：RSA算法
RSA算法作為惟一被廣泛接受并實現(xiàn)的通用公共密鑰加密方法，是眾多闡述非對稱密碼體制的算法中最具代表性的，幾乎成了公開密鑰密碼學(xué)的同義詞。它是麻省理工大學(xué)的Rivest，Shamir和Adleman（RSA算法即為三人名字的縮寫）于1977年研制并于1978年首次發(fā)表的一種算法。該算法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是數(shù)論的歐拉定理，它的安全性依賴于大數(shù)的因子分解的困難性，該算法至今仍沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的安全漏洞。RSA使用兩個密鑰，一個是公鑰(PubHc Key)，另一個是私鑰(Private Key)加密時把明文分戍塊，塊的大小可變，但不超過密鑰的長度。RSA把明文塊轉(zhuǎn)化為與密鑰長度相同的密文。其算法如下：
首先選擇兩個相異大質(zhì)數(shù)p、q，計算n=pq，取小于n的數(shù)e與（p-l）(q-l)互質(zhì)。根據(jù)給定的e，再選擇d滿足ed除以z的模余數(shù)是1（即滿足ed mod (p-l)(q-l)=1），根據(jù)歐幾里得算法(a=bn+c，則a與b的最大公因子就等于b與c的最大公因子)，這樣的d-定可以找到。這樣數(shù)對(n，e)為公鑰，數(shù)對(n，d)為私鑰在編碼時，假設(shè)資料為A，將其分戍等長數(shù)據(jù)N塊，每塊為nKn。計算C=llle mod n，則c就是編碼后的資料。至于解碼，取III=Cd mod n。黑客攻擊時怨得到e，這樣就必須對n進(jìn)行因式分解，選擇足夠大的質(zhì)數(shù)p、q便能阻止分解因式。
對于p、q的選擇，一般來說是足夠大的素數(shù)，對于大數(shù)，并沒有一個確定的界限，因為隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，破解能力正在逐步增強（根據(jù)摩爾定理計算能力18個月就翻一番）。RSA實驗室的建議是，安全性要求相對較低時，p和q的乘積達(dá)到768位；安全性要求相對較高時，乘積達(dá)到1024位以上。
RSA算法還可以用于“數(shù)字簽名”，即用私鑰進(jìn)行加密，公鑰來解密。
4.3 Hash算法：MD5算法
MD5算法并不是加密算法，但卻能形成信息的數(shù)字“指紋”，主要用途是確保數(shù)據(jù)沒有被篡改或變化過，以保證數(shù)據(jù)的完整性。MD5算法有三個特性：
- 1）能處理任意大小的信息，并生成固定長度128位的信息摘要；
- 2）具有不可預(yù)見性，信息摘要的大小與原始信息的大小沒有任何聯(lián)系，原信息的每一個微小變化都會對信息摘要產(chǎn)生很大的影響；
- 3）具有不可逆性，沒有辦法通過信息摘要直接恢復(fù)原信息。
5、應(yīng)用探討：組合加密算法實現(xiàn)即時通信系統(tǒng)的認(rèn)證模型
本文綜合利用以上算法的優(yōu)點，在IM系統(tǒng)中建立以下消息發(fā)送模型，以解決IM系統(tǒng)所面臨的信息竊取、篡改、偽造等安全問題。模型中用戶A和B為IM系統(tǒng)的客戶端，用戶A和B之間彼此擁有對方的公鑰或數(shù)字證書，A向B發(fā)送消息，其全過程如圖1所示。
對于IM系統(tǒng)中蠕蟲病毒感染安全問題的處理，通過以下模型進(jìn)行處理，如圖2所示。
6、應(yīng)用探討：組合加密算法實現(xiàn)即時通信系統(tǒng)的通信模型
按照以上加密認(rèn)證模型，建立如圖3所示的安全即時通信系統(tǒng)的實現(xiàn)模型，該模型包含兩個層次的認(rèn)證，一是服務(wù)器與客戶機之間的雙向認(rèn)證，二是客戶機與客戶機之間的雙向認(rèn)證，即在兩端連接發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須協(xié)商并交換密鑰信息。服務(wù)器作為自簽署證書的CA認(rèn)證中心，認(rèn)證的所采用的密碼技術(shù)極為公開密密鑰技術(shù)。
模型中的公開密鑰技術(shù)充當(dāng)了加密共享密鑰和數(shù)字簽名的作用，以解決服務(wù)器與客戶機、客戶機與客戶機之間的身份鑒別和客戶機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的密鑰傳輸問題。在Java密碼術(shù)體系結(jié)構(gòu)中，密鑰生成和操作可以使用keytool程序來執(zhí)行。
7、應(yīng)用探討：組合加密算法應(yīng)用模型的安全性及效率分析
在以上模型中，利用對稱加密算法處理消息、文件的加密，以解決信息、文件傳送的機密性問題，具有加密速度快的特點；用公開密鑰算法的加密技術(shù)解決了對稱密鑰在網(wǎng)絡(luò)中明文傳輸問題；用Hash算法計算出摘要，再通過公開密鑰算法的數(shù)字簽名技術(shù)對摘要進(jìn)行簽名，既提高了效率，又保證了信息文件傳輸?shù)蔫b別和不可否認(rèn)性；在文件處理過程中，通過病毒掃面和組合加密雙重處理，減少了網(wǎng)絡(luò)中文件傳輸病毒蠕蟲感染的幾率。
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