1、前言

本文深入分析了即時(shí)通信(IM)系統(tǒng)中所面臨的各種安全問(wèn)題，綜合利用對(duì)稱加密算法（DES算法）、公開(kāi)密鑰算法（RSA算法）和Hash算法(MD5)的優(yōu)點(diǎn)，探討組合加密算法在即時(shí)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(shí)系列文章中的第2篇，總目錄如下：

《即時(shí)通訊安全篇（一）：正確地理解和使用Android端加密算法》

《即時(shí)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(shí)通訊安全篇（三）：常用加解密算法與通訊安全講解》

《即時(shí)通訊安全篇（四）：實(shí)例分析Android中密鑰硬編碼的風(fēng)險(xiǎn)》

《即時(shí)通訊安全篇（五）：對(duì)稱加密技術(shù)在Android上的應(yīng)用實(shí)踐》

《即時(shí)通訊安全篇（六）：非對(duì)稱加密技術(shù)的原理與應(yīng)用實(shí)踐》

《即時(shí)通訊安全篇（七）：用JWT技術(shù)解決IM系統(tǒng)Socket長(zhǎng)連接的身份認(rèn)證痛點(diǎn)》

《即時(shí)通訊安全篇（八）：如果這樣來(lái)理解HTTPS原理，一篇就夠了》

《即時(shí)通訊安全篇（九）：你知道，HTTPS用的是對(duì)稱加密還是非對(duì)稱加密？》

《即時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)通訊安全篇（十三）：信創(chuàng)必學(xué)，一文讀懂什么是國(guó)密算法》

《即時(shí)通訊安全篇（十四）：網(wǎng)絡(luò)端口的安全防護(hù)技術(shù)實(shí)踐》

《即時(shí)通訊安全篇（十五）：詳解硬編碼密碼的泄漏風(fēng)險(xiǎn)及其掃描原理和工具》

3、即時(shí)通信應(yīng)用所面臨的安全問(wèn)題

即時(shí)通信系統(tǒng)大都采用C/S、B/S、P2P等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信的功能，軟件編制沒(méi)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(shí)，導(dǎo)致在使用即時(shí)通信系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)各種安全問(wèn)題。

3.1 信息竊取問(wèn)題

目前的IM系統(tǒng)在交換信息或傳輸文件時(shí)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(tīng)、竊取重要數(shù)據(jù)，這種泄密可能性給企業(yè)或個(gè)人造成不可估量的損失，尤其是對(duì)一些特殊行業(yè)，如金融和證券等行業(yè)，將會(huì)構(gòu)成巨大的商業(yè)安全威脅，這種攻擊的類(lèi)型是對(duì)信息機(jī)密性的攻擊。

3.2 信息篡改問(wèn)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(guò)程中，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)、竊取正常的信息流，對(duì)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(lèi)型是對(duì)信息完整性的攻擊。

3.3 信息偽造問(wèn)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(guò)來(lái)的簡(jiǎn)單信息進(jìn)行確認(rèn)，這樣就給攻擊者提供了機(jī)會(huì)。攻擊者通過(guò)令人誤導(dǎo)的昵稱或者迷惑性的語(yǔ)言，騙取對(duì)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(lèi)型是對(duì)信息真實(shí)性的攻擊。

3.4 其他問(wèn)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(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳送，而繞過(guò)網(wǎng)絡(luò)周邊安全防御設(shè)備。由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道直接傳至桌面計(jì)算機(jī)，因此受感染的文件借即時(shí)通信系統(tǒng)就能繞過(guò)防病毒網(wǎng)關(guān)的掃描，各種病毒如蠕蟲(chóng)、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(shí)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(guò)IM系統(tǒng)的安全漏洞對(duì)整個(gè)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(duì)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(lái)的， 是一種分組密碼，它用于對(duì)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(gè)比特的奇偶校驗(yàn)位，因而實(shí)際的密鑰長(zhǎng)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(cuò)亂的相互作用，把明文編制成密碼強(qiáng)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(duì)稱加密算法，即加密和解密共享同一個(gè)密鑰，主要用于解決數(shù)據(jù)機(jī)密性問(wèn)題。

4.2 公開(kāi)密鑰算法：RSA算法

RSA算法作為惟一被廣泛接受并實(shí)現(xiàn)的通用公共密鑰加密方法，是眾多闡述非對(duì)稱密碼體制的算法中最具代表性的，幾乎成了公開(kāi)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(xiě)）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(méi)有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的安全漏洞。RSA使用兩個(gè)密鑰，一個(gè)是公鑰(PubHc Key)，另一個(gè)是私鑰(Private Key)加密時(shí)把明文分戍塊，塊的大小可變，但不超過(guò)密鑰的長(zhǎng)度。RSA把明文塊轉(zhuǎn)化為與密鑰長(zhǎng)度相同的密文。其算法如下：

首先選擇兩個(gè)相異大質(zhì)數(shù)p、q，計(jì)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(duì)(n，e)為公鑰，數(shù)對(duì)(n，d)為私鑰在編碼時(shí)，假設(shè)資料為A，將其分戍等長(zhǎng)數(shù)據(jù)N塊，每塊為nKn。計(jì)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(shí)怨得到e，這樣就必須對(duì)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(duì)于p、q的選擇，一般來(lái)說(shuō)是足夠大的素?cái)?shù)，對(duì)于大數(shù)，并沒(méi)有一個(gè)確定的界限，因?yàn)殡S著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，破解能力正在逐步增強(qiáng)（根據(jù)摩爾定理計(jì)算能力18個(gè)月就翻一番）。RSA實(shí)驗(yàn)室的建議是，安全性要求相對(duì)較低時(shí)，p和q的乘積達(dá)到768位；安全性要求相對(duì)較高時(shí)，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(lái)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(méi)有被篡改或變化過(guò)，以保證數(shù)據(jù)的完整性。MD5算法有三個(gè)特性：

• 1）能處理任意大小的信息，并生成固定長(zhǎng)度128位的信息摘要；
• 2）具有不可預(yù)見(jiàn)性，信息摘要的大小與原始信息的大小沒(méi)有任何聯(lián)系，原信息的每一個(gè)微小變化都會(huì)對(duì)信息摘要產(chǎn)生很大的影響；
• 3）具有不可逆性，沒(méi)有辦法通過(guò)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(shí)現(xiàn)即時(shí)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(diǎn)，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(wèn)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(duì)方的公鑰或數(shù)字證書(shū)，A向B發(fā)送消息，其全過(guò)程如圖1所示。

對(duì)于IM系統(tǒng)中蠕蟲(chóng)病毒感染安全問(wèn)題的處理，通過(guò)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(shí)現(xiàn)即時(shí)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(shí)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型，該模型包含兩個(gè)層次的認(rèn)證，一是服務(wù)器與客戶機(jī)之間的雙向認(rèn)證，二是客戶機(jī)與客戶機(jī)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(shū)的CA認(rèn)證中心，認(rèn)證的所采用的密碼技術(shù)極為公開(kāi)密密鑰技術(shù)。

模型中的公開(kāi)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(jī)、客戶機(jī)與客戶機(jī)之間的身份鑒別和客戶機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的密鑰傳輸問(wèn)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(lái)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(duì)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(jī)密性問(wèn)題，具有加密速度快的特點(diǎn)；用公開(kāi)密鑰算法的加密技術(shù)解決了對(duì)稱密鑰在網(wǎng)絡(luò)中明文傳輸問(wèn)題；用Hash算法計(jì)算出摘要，再通過(guò)公開(kāi)密鑰算法的數(shù)字簽名技術(shù)對(duì)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(guò)程中，通過(guò)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(chóng)感染的幾率。

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