密码学的三大目标
Confidentiality 机密性（保密性）：确保信息未经非授权的访问，避免信息泄露。
Integrity 完整性：防止信息非法的修改和毁坏，包括保证信息的不可抵赖性和真实性。
Availability 可用性：保证信息及时且可靠地访问和使用
Hash函数
Hash函数主要用于数据完整性、数字签名、消息认证等。
Hash函数的特性如下：
（1）单向性（Oneway）：已知x，求x=h（m）的m在计算上是不可行的。
（2）抗弱碰撞性（Weakly Collision-free）：对于任意给定的消息m，如果找到另一个不同消息n，使得h（m）=h（n）在计算上是不可行的。
（3）抗强碰撞性（Strongly Collision-free）：对于任意一对不同的消息m和n，使得h（m）=h（n）在计算上是不可行的。
2016年真题
【说明】用户的身份认证是许多应用系统的第一道防线，身份识别对确保系统和数据的安全保密及其重要。以下过程给出了实现用户B对用户A身份的认证过程。
（1）A→B：A
（2）B→A：{B，Nb}pk（A）
（3）A→B：h（Nb）
此处A和B是认证的实体，Nb是一个随机值，pk（A）表示实体A的公钥；{B，Nb}pk（A）表示用 A的公钥对消息B进行加密处理, h（Nb）表示用哈希算法h对Nb计算哈希值。
【问题1】
认证与加密有哪些区别？
参考答案（这里从目标不同出发）：加密用于确保数据的机密性，阻止信息泄露。认证用于确保报文发送者和接收者身份的真实性以及报文的完整性，阻止如冒充、篡改等攻击。
【问题2】
(1)包含在消息2中的“Nb”起什么作用？
参考答案：Nb是一个随机值，只有发送方B和A知道，起到抗重放攻击作用。
(2) “Nb”的选择应满足什么条件？
参考答案：应具备随机性（不可预测性），不易被猜测。
【问题3】
为什么消息3中的Nb要计算哈希值？
参考答案：哈希算法具有单向性，经过哈希值运算之后的随机数，即使被攻击者截获也无法对该随机数进行还原，获取该随机数Nb的产生信息。
【问题4】
上述协议存在什么安全缺陷？请给出相应的解决思路。
参考答案（1）：存在重放攻击和中间人攻击缺陷。
解决方案：针对重放攻击加入时间戳、验证码等；针对中间人攻击加入针对身份的双向验证。
参考答案（2）：存在中间人攻击的安全缺陷。
解决方案：在响应中包含能够证明自己身份和挑战来源的信息。可以在消息2和消息3中加入身份标识。
2019年真题
【说明】假设用户A和用户B为了互相验证对方的身份，设计了如下通信协议：
（1）A→B：RA
（2）B→A：f（PAB || RA）RB
（3）A→B：f（PAB || ）
其中：RA、RB是随机数，PAB是双方事先约定并共享的口令，“||”表示连接操作。f是哈希函数。
【问题1】
身份认证可以通过用户知道什么、用户拥有什么和用户的生理特征等方法来验证。请问上述通信协议是采用哪种方法实现的？
参考答案：通过用户知道什么来验证。
【问题2】
根据身份的互相验证需求，补充协议第3步的空白内容。
参考答案：RB
试题解析：协议的目标是互相验证。
第1步：A向B发送随机数RA，作为对B的挑战。
第2步：B收到了RA，用共享口令PAB和RA计算出f（PAB || RA），这是对A挑战的响应。同时，B生成了自己的随机数RB发送给A，作为对A的挑战。
第3步：A收到了B的响应和挑战。A需要首先验证B的身份，通过自己计算f（PAB || RA）并与收到的值比对。验证通过后，A需要响应B的挑战RB。因此，A需要计算f（PAB || RB）并发送给B。
第4步：B收到了A的响应。B需要验证A的身份，通过自己计算f（PAB || RB）并与收到的值比对。
【问题3】
通常哈希函数 f 需要满足下列性质：单向性、抗弱碰撞性、抗强碰撞性。
如果某哈希函数具备：找到任何满足f（x）=f（y）的偶对（x，y）在计算上是不可行的，请说明其满足哪条性质。
参考答案：满足抗强碰撞性。
【问题4】
上述协议不能防止重放攻击，以下哪种改进方式能使其防止重放攻击？
（1）为发送消息加上时间参量。
（2）为发送消息加上随机数。
（3）为发送消息加密。
参考答案：（1）和（2）
【问题5】
如果将哈希函数替换成对称加密函数，是否可以提高该协议的安全性？为什么？
参考答案：不能。
参考原因（1）：对称加密方式密钥不具备哈希函数的单向性。
参考原因（2）：这个协议最主要的安全风险是暴力破解攻击。将哈希函数替换为对称加密函数并没有解决这个核心的安全风险，所以无法提高协议的安全性。
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