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基于HCPN模型的tls1.3协议安全性分析

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网络安全与数据治理 2022年第11期41卷 49-58页

作者：陈真好田学成南京天畅信息技术有限公司江苏南京211100 国电南京自动化股份有限公司江苏南京211100

传输层(Transport Layer Security,tls)协议是保证网络传输安全的重要标准协议,实现了数据加密和数据完整性以及身份验证。由于tls协议一直存在很多安全漏洞,因此不断更新。目前最新版本tls1.3(RFC 8846)已经发布,较之前tls1.2(RFC 5246... 详细信息

传输层(Transport Layer Security,tls)协议是保证网络传输安全的重要标准协议,实现了数据加密和数据完整性以及身份验证。由于tls协议一直存在很多安全漏洞,因此不断更新。目前最新版本tls1.3(RFC 8846)已经发布,较之前tls1.2(RFC 5246)在协议内容上有很大改进,提高了安全性和传输效率。使用层次着色Petri网(HCPN)的建模方法对tls1.3握手协议进行建模,同时添加Delov-Yao攻击模型,并分析了对应模型下的状态空间报告。实验结果表明新发布的tls1.3握手协议预主密钥有良好的机密性,并且身份认证满足协议规范的安全属性要求。目前国内在协议形式化分析方法的研究方面很少,本文研究在协议形式化分析方法上对其他协议分析具有理论指导意义。

关键词： tls1.3 CPN Tools tls1.3握手协议形式化分析

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基于tls1.3协议的智能电表安全设计

电子设计工程 2023年第16期31卷 162-166页

作者：季海涛张芳敏黄柳胜孙孟玉黄炳洁上海电力大学电子与信息工程学院上海200000 江苏林洋能源股份有限公司江苏启东226200

随着智能电网的发展,新旧设备共存,由于电表MCU主频及空间资源的限制,使得以纯软件方式实现加密算法耗时长,难以满足智能电表的通信需求。针对国外无硬件加密的智能电表需升级支持tls1.3安全协议的需求,设计了一种tls1.3协议的应用方案... 详细信息

随着智能电网的发展,新旧设备共存,由于电表MCU主频及空间资源的限制,使得以纯软件方式实现加密算法耗时长,难以满足智能电表的通信需求。针对国外无硬件加密的智能电表需升级支持tls1.3安全协议的需求,设计了一种tls1.3协议的应用方案。基于电表响应时间要求,裁剪优化tls1.3握手流程,结合加密套件及扩展协商的选择,保证电表安全强度的同时及时响应主站系统。通过设计证书预装方法,解决tls1.3协议中证书认证无法应用于电网基础设施薄弱的地区等难题。通过厂内的批量测试及现场运行,证明了所设计的基于tls1.3协议的通信安全方案在电表中运行稳定,无异常反馈。

关键词： tls1.3 智能电表通信安全智能电网

基于HCPN模型检测方法的IPP协议形式化安全评估与改进

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基于HCPN模型检测方法的IPP协议形式化安全评估与改进

作者：贝虹汝兰州理工大学

学位级别：硕士

互联网打印协议(Internet Printing Protocol,IPP)是最重要的打印协议之一。该协议声称其安全组件能够保证保密性、完整性和不可否认性。学界有多种方法验证协议安全属性,其中模型检测方法一种被广泛使用的方法。有研究人员使用Scyther... 详细信息

互联网打印协议(Internet Printing Protocol,IPP)是最重要的打印协议之一。该协议声称其安全组件能够保证保密性、完整性和不可否认性。学界有多种方法验证协议安全属性,其中模型检测方法一种被广泛使用的方法。有研究人员使用Scyther模型检测工具验证协议安全性,但是它完全封装了敌手模型的实现细节,无法详细了解协议运行过程中各个参与方的行为细节。与之相反,CPN Tools借助着色Petri网理论,可以很方便地观察各个参与实体的具体动作,有助于研究人员快速定位协议安全缺陷,所以本文采用CPN Tools模型检测工具对互联网打印协议预共享密钥模式下零往返时间认证机制进行研究。首先,本文对标准协议认证过程建模,并抽离出对协议安全性有影响的关键状态进行断点测试,确保所建模型与标准协议一致性后,引入改进的Dolev-Yao敌手模型对标准协议进行安全评估。通过限制会话参与方的数量和并发会话数量、采用状态缩减技术裁剪不必要的搜索路径、改进攻击模型选择性攻击序列等方法有效规避了模型检测方法中状态空间爆炸的问题,避免产生大量无效数据。使用CPN Tools软件完成实验后,模拟攻击结果显示:标准协议认证流程可以抵抗敌手对用户消息的篡改、伪造攻击,满足其完整性与不可否认性要求;但是却不能抵抗敌手对用户早期数据的重放攻击。然后,进一步分析协议实体的行为发现,不安全因素在于服务器在解密早期数据后,缺乏必要识别手段判断该数据是否是由敌手重放而来。针对上述缺陷,本文通过引入随机数签名的方式来增强服务器鉴别重放攻击的能力,实现对原始协议的改进,并再次引入改进的Dolev-Yao攻击模型对新方案安全属性进行分析验证。模拟攻击结果显示,相比原方案,改进方案的确能够抵抗敌手的重放攻击。本文所提改进方案,以客户端增加一个签名的微小代价,增强了服务器感知鉴别重放攻击的能力,能够快速终止非法用户认证请求流程,将潜在风险降到最低。本文所用研究方法,对于其他通信协议的安全分析同样具有参考意义。

关键词：着色Petri网互联网打印协议 tls1.3 零往返时间预共享密钥

工业控制系统EtherNet/IP协议安全性分析

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工业控制系统EtherNet/IP协议安全性分析

作者：田学成兰州理工大学

学位级别：硕士

工业控制系统(Industrial Control Systems,ICS)是一个国家的经济命脉,普遍应用在国民经济的各个领域,是我们国家很多关键基础设施的重要组成部分,其安全性不言而喻。而随着“中国制造2025”的提出,工业控制系统和网络互连已经成为不可... 详细信息

工业控制系统(Industrial Control Systems,ICS)是一个国家的经济命脉,普遍应用在国民经济的各个领域,是我们国家很多关键基础设施的重要组成部分,其安全性不言而喻。而随着“中国制造2025”的提出,工业控制系统和网络互连已经成为不可避免的趋势,目前由于我国在工业控制系统应用上缺乏核心技术,普遍采用国外的工业控制系统协议和工控设备,近几年在工业控制安全防御方面刚刚起步,目前对协议的安全分析迫在眉睫,而安全协议形式化分析是最方便有效的是基于模型的形式化分析方法。本文研究的tls协议用于保障工业网络控制系统中EtherNet/IP协议数据传输的安全。1.首先由于EtherNet/IP协议存在安全隐患,以此协议为主的工业控制系统存在信息被窃取以及篡改的威胁。其保障信息传输安全性取决于传输层和应用层之间的tls协议的安全保障能力,而目前EtherNet/IP协议任然使用tls1.2版本,为了提高安全性,在今后发展中必然会选择嵌入tls1.3来提高EtherNet/IP协议的整体安全性。本文使用使用CPN Tools形式化分析工具对tls1.3握手协议进行建模,模型实现了tls1.3握手协议的随机数生成、协议版本选择、预主密钥传输和双方身份认证模型。为了防止状态空间爆炸问题限制了随机数的范围,并实现了协议中非对称加密和解密过程的建模。2.目前在协议形式化分析方法和协议分析工具选择上存在一定的盲目性,本文分析EtherNet/IP协议的结构和安全属性,综合分析了协议形式化分析方法和协议分析工具的性能之后选择形式化分析工具CPN Tools和Scyther工具分析tls1.3握手协议的安全属性。验证了tls1.3握手协议的安全属性符合协议规范。从分析过程和结果上比较了两种分析工具的性能,CPN Tools在复杂协议分析上具有细化协议内容,更加详细的模拟协议全貌的优势。***协议是保证网络传输安全的重要标准协议,实现数据加密和数据完整性以及身份验证。由于tls协议的复杂性和身份认证的多样性,本文基于有限域上椭圆曲线密钥交换方式,使用层次着色Petri网(HCPN)的建模方法对tls1.3握手协议进行建模,并且添加了Delov-Yao攻击模型,分析了对应模型下的状态空间报告。实验结果表明新发布的tls1.3握手协议预主密钥有良好的机密性,并且身份认证满足协议规范的安全属性要求。使用Scyther工具验证tls1.3握手协议没有发现攻击,说明了在今后的EtherNet/IP协议中升级tls协议的迫切性。

关键词： tls1.3 协议安全形式化分析 CPN Tools 敌手模型

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抗量子攻击的传输层安全协议研究

网络安全技术与应用 2020年第12期 25-28页

作者：钟焰涛黄万巧杨炎张瑶郝琦深圳市网安计算机安全检测技术有限公司广东518071 广东安证计算机司法鉴定所广东518071

tls1.3协议是保证互联网传输层安全的最新版本协议,针对该协议未考虑量子计算发展的不足,使用Proverif模拟工具分析量子攻击对tls1.3握手协议的影响,发现具有量子计算能力的攻击者可以完全攻破协议的实体身份认证性、会话密钥机密性。... 详细信息

tls1.3协议是保证互联网传输层安全的最新版本协议,针对该协议未考虑量子计算发展的不足,使用Proverif模拟工具分析量子攻击对tls1.3握手协议的影响,发现具有量子计算能力的攻击者可以完全攻破协议的实体身份认证性、会话密钥机密性。为提升传输层协议安全性,对tls1.3握手协议进行改进,使用基于格的数字签名方案、密码学哈希算法分别进行签名验签和消息认证码计算及验证。安全性分析表明,改进协议能有效抵抗量子攻击,具有抗量子攻击安全性。利用C++语言对协议进行了仿真验证,结果表明相比原握手协议,改进后协议执行所需时间更少,效率更高。

关键词：网络协议 tls1.3 量子计算后量子密码学数字签名