作业五

Posted 2020-11-04 大果子lg

1.给出散列函数的具体应用。

A）消息验证

Hash码能够通过如下不同方法用于提供消息认证

 

a) 使用对称密码E加密消息和Hash码，由于只有A和B共享密钥K，所以消息必然发自A处，且可通过验证Hash码证明数据在传输过程中未被更改。

　b) 使用对称密码只对Hash码加密。由于明文无需加密性的应用，这种方案大大减少了加密操作的负担。

c) 不使用加密算法，仅使用Hash函数实现消息验证。该方案中，通信双方共享相同的秘密值S，发送方A将消息M和秘密值S串联后计算其Hash值，并将得到的Hash值附在消息M后发送。因为接收方B同时掌握S值，所以能够重新计算该Hash值进行验证。

d) 在方案c的基础上将整个消息和Hash值加密，以提供保密性。

B）数字签名

数字签名的应用比消息认证更加广泛。主要有如下两种方案：

a) 使用发送方的私钥利用公钥密码算法对Hash码进行加密。这种方法也可提供认证；由于只有发送方可以产生加密后的Hash码，所以这种方法也提供了数字签名。

b) 若既希望保证保密性又希望有数字签名，则先用发送方的私钥对Hash码加密，再用对称密码中的密钥对象消息和公钥算法加密结果进行加密，这种技术比较常用。

D)其他应用

对于Hash函数，通常还被用于产生单向口令文件。在操作系统中，存储口令的Hash值而不是口令本身，当用户输入口令时，操作系统将比对输入口令的Hash值和存储在口令文件中的Hash值来进行用户验证。

Hash函数还能用于入侵检测和病毒检测。将每个文件的Hash值H(F)存储在安全系统中(如CD-R)，随后就能通过重新计算H(F)来判断文件是否被修改过。入侵者只能够改变F，而不能改变H(F)

密码学Hash函数能够用于构建随机函数PRF或用作伪随机数发生器。基于Hash函数的PRF可用于对称密码中的密钥产生。

1. 结合生日攻击、以及2004、2005年王晓云教授有关MD5安全性和2017年google公司SHA-1的安全性，说明散列函数的安全性以及目前安全散列函数的发展。问题2的回答可以结合下面给出的第一个链接。

生日攻击

生日攻击是利用概率论中的生日问题，找到冲突的Hash值，伪造报文，使身份验证算法失效。

场景说明

A要对一个合同文件进行签名，然后把合同文件和签名一起发送给接收者。

签名的方法：计算文件的Hash值（m位），然后使用A的私钥对这个Hash值进行 加密。

接收者使用A的公钥进行解密，然后比较Hash值，这样他就能确认：

接收到的合同文件是A发送的，并且合同文件未被修改过。

 

攻击者B想要伪造一份假合同文件，然后发送给接收者，并使接收者仍然相信：

接收到的合同文件是A发送的，并且合同文件未被修改过。

攻击方法

B先准备 2^m/2 个有效合同文件（集合X），每个文件包含与原合同文件相同的意思。

B再准备 2^m/2 个伪造合同文件（集合Y），每个文件也都是希望的伪造合同的意思。

然后比较集合X和集合Y，找到Hash值相同的两个文件，分别是有效合同和伪造合同。

B成功的概率会大于0.5，如果没有找到匹配的文件，就准备更多的有效文件和伪造文件，直到找到一对匹配的文件。

B把找到的有效合同文件提供A，A看了一下，没什么问题，就做了签名，然后发送给接收者。

在接收者收到消息之前，B截获了这个消息，然后使用伪造合同替换有效合同，再把伪造合同和原签名一起发送给接收者。

因为伪造合同与有效合同的Hash值相同，所以它们产生相同的签名。

这样，即使B不知道A的私钥，他也能成功！

MD5

是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被"压缩"成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的大整数）。不管是MD2、MD4还是MD5，它们都需要获得一个随机长度的信息并产生一个128位的信息摘要。虽然这些算法的结构或多或少有些相似，但MD2的设计与MD4和MD5完全不同，那是因为MD2是为8位机器做过设计优化的，而MD4和MD5却是面向32位的电脑。

初始化处理后，MD5以512位分组来处理输入文本，每一分组又划分为16个32位子分组。算法的输出由四个32位分组组成，将它们级联形成一个128位散列值。

首先填充消息使其长度恰好为一个比512位的倍数仅小64位的数。填充方法是附一个1在消息后面，后接所要求的多个0，然后在其后附上64位的消息长度（填充前）。这两步的作用是使消息长度恰好是512位的整数倍（算法的其余部分要求如此），同时确保不同的消息在填充后不相同。

四个32位变量初始化为：

A=0x01234567

B=0x89abcdef

C=0xfedcba98

D=0x76543210

它们称为链接变量（chaining variable）

接着进行算法的主循环，循环的次数是消息中512位消息分组的数目。

将上面四个变量复制到另外的变量中：A到a，B到b，C到c，D到d。

主循环有四轮（MD4只有三轮），每轮很相似。第一轮进行16次操作。每次操作对a，b，c和d中的其中三个作一次非线性函数运算，然后将所得结果加上第四个变量，文本的一个子分组和一个常数。再将所得结果向右环移一个不定的数，并加上a，b，c或d中之一。最后用该结果取代a，b，c或d中之一。

SHA1

安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适用于数字签名标准 （Digital Signature Standard DSS）里面定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。当接收到消息的时候，这个消息摘要可以用来验证数据的完整性。在传输的过程中，数据很可能会发生变化，那么这时候就会产生不同的消息摘要。 SHA1有如下特性：不可以从消息摘要中复原信息；两个不同的消息不会产生同样的消息摘要,(但会有1x10 ^ 48分之一的机率出现相同的消息摘要,一般使用时忽略)。

 安全性

　　

　　

         

发展前景：

　　MD5 和 SHA1 是目前应用最广泛的Hash算法，而它们都是以 MD4 为基础设计的。MD4(RFC 1320）是 MIT 的Ronald L. Rivest在 1990 年设计的，MD 是 Message Digest 的缩写。它适用在32位字长的处理器上用高速软件实现--它是基于 32位操作数的位操作来实现的。

3.结合md5算法中的选择前缀碰撞以及第二个链接中的helloworld.exe和goodbyworld.exe两个可执行文件的md5消息摘要值和两个文件的执行结果说明md5算法来验证软件完整性时可能出现的问题。

　　传输过程中可能出现中断或者传输错误

　　文件可能被恶意篡改

 

 

引用资料：

　　https://www.cnblogs.com/block2016/p/5623902.html

　　https://blog.csdn.net/ddk3001/article/details/52647990