网络安全之身份认证

Posted 2021-02-11

在网络环境下的信息世界，身份是区别于其他个体的一种标识。为了与其他个体有所区别，身份必须具有唯一性。当然，唯一性也是有范围的，如电话号码，在一个区域内是唯一的，如果考虑多个区域，可能会有相同的号码，但只要再添加区域号段，又能唯一区分开来。网络环境下的身份不仅仅用于标识一个人，也可以用于标识一个机器、一个物体，甚至一个虚拟的东西（如进程、会话过程等）。因此，网络环境下的身份是只在一定范围内用于标识事、物、人的字符串。
一、身份认证概述

网络环境下的认证不是对某个事物的资质审查，而是对事物真实性的确认。结合起来考虑，身份认证就是要确认通信过程中另一端的个体是谁（人、物、虚拟过程）。

那么，怎么知道通信的另一端是谁呢？通常，通信协议都要求通信者把身份信息传输过来，但这种身份信息仅用于识别，不能保证该信息是真实的，因为这个身份信息在传输过程中是可以被恶意篡改的。那么，怎样才能防止身份信息在传输过程中被恶意篡改呢？事实上要完全杜绝恶意篡改是不可能的，特别是在公共网络（如互联网）上传输的信息，而能做的，就是在身份信息被恶意篡改后，接收端可以很容易检测出来。

要识别真伪，首先要“认识”真实的身份。通过网络传递的身份可能是陌生人的身份，如何判断真伪？这里需要阐述一个观点：要识别真伪，必须先有信任。在网络环境下，信任不是对一个人的可靠性认可，而是表明已经掌握了被验证身份者的重要秘密信息，如密钥信息。假设A与B之间有一个得到确信的共享密钥，不管这个共享密钥是怎么建立的，他们之间就建立了相互信任。如果A确信掌握B的公开密钥，也可以说A对B建立了信任，但还不能说明B对A建立了信任。从上述讨论不难看到，在完全没有信任基础的情况下，新的信任是不能通过网络建立的，否则是不可靠的。

二、身份认证机制

身份认证的目的是鉴别通信中另一端的真实身份，防止伪造和假冒等情况发生。进行身份认证的技术方法主要是密码学方法，包括使用对称加密算法、公开密钥密码算法、数字签名算法等。

对称加密算法是根据Shannon理论建立的一种变换过程，该过程将一个密钥和一个数据充分混淆和置乱，使非法用户在不知密钥的情况下无法获得原始数据信息。当然一个加密算法几乎总伴随着一个对应的解密算法，并在对称密钥的参与下执行。典型的对称加密算法包括DES和AES。

公钥密码算法需要2个密钥和2个算法：一个是公开密钥，用于对消息的加密；一个是私钥（私有密钥），用于对加密消息的解密。根据名称可以理解，公开密钥是一个能公开的密钥，而私钥只能由合法用户掌握。典型的公钥密码算法包括RSA公钥密码算法和数字签名标准DSS。

数字签名实际是公钥密码的一种应用，其工作原理是，用户使用自己的私钥对某个消息进行签名，验证者使用签名者的公开密钥进行验证，这样就实现了只有拥有合法私钥的人才能产生数字签名（不可伪造性）和得到用户公钥的公众才可以进行验证（可验证性）的功能。

根据身份认证的对象不同，认证手段也不同，但针对每种身份的认证都有很多种不同的方法。如果被认证的对象是人，则有三类信息可以用于认证：（1）你所知道的（what you know），这类信息通常理解为口令；（2）你所拥有的（what you have），这类信息包括密码本、密码卡、动态密码生产器、U盾等；（3）你自身带来的（what you are），这类信息包括指纹、虹膜、笔迹、语音特征等。一般情况下，对人的认证只需要一种类型的信息即可，如口令（常用于登录网站）、指纹（常用语登录电脑和门禁设备）、U盾（常用于网络金融业务），而用户的身份信息就是该用户的账户名。在一些特殊应用领域，如涉及资金交易时，认证还可能通过更多方法，如使用口令的同时也使用U盾，这类认证称为多因子认证。

如果被认证的对象是一般的设备，则通常使用“挑战—应答”机制，即认证者发起一个挑战，被认证者进行应答，认证者对应答进行检验，如果符合要求，则通过认证；否则拒绝。移动通信系统中的认证就是一个典型的对设备的认证，这里设备标识是电话卡（SIM卡或USIM卡），认证过程则根据不同的网络有不同的方法，例如，GSM网络和3G网络就有很大区别，LTE网络又与前2种网络有很大不同，但都使用了“挑战—应答”机制。

在物联网应用环境下，一些感知终端节点的资源有限，包括计算资源、存储资源和通信资源，实现“挑战—应答”机制可能需要付出很大代价，这种情况下需要轻量级认证。为了区分对人的认证和对设备的认证，把这种轻量级认证称为对物的认证。其实，对物的认证不是很严格的说法，因为在具体技术上是对数据来源的认证。

三、对“人”的认证

人在网络上进行一些活动时通常需要登录到某个业务平台，这时需要进行身份认证。身份认证主要通过下面3种基本途径之一或其组合来实现：所知（what you know），个人所知道的或掌握的知识，如口令；所有（what you have），个人所拥有的东西，如×××、护照、信用卡、钥匙或证书等；个人特征（what you are），个人所具有的生物特性，如指纹、掌纹、声纹、脸形、DNA、视网膜等。