資訊與網路安全技術：第 六章 訊息確認       下一頁

 

第六章  訊息確認

 簽收快遞包裹之後，如何來判斷它不是來自恐怖份子的炸彈包裹？或裡面的巧克力是否已被盜取了一大半？

6-1 訊息確認簡介

內容：

  • 6-1 訊息確認簡介

  • 6-2 萬整性檢查值 - ICV

  • 6-3 訊息確認碼 - MAC

當春嬌由網路收到一份由志明傳來的訊息（或郵件）時，春嬌率先考慮到的問題是：

  • 該訊息（或郵件）在傳遞當中是否遭受他人竄改。

  • 該訊息果真是由志明所發送或是他人冒名發送的？

解決上述第一個問題，僅需仰賴『完整性檢查』（Integrity Check）即可。至於要完全解決第一與第二個問題，則需要良好的『訊息確認』（Message Authentication）機制不可。換言之，欲保障所收到的訊息無誤的話，可區分為完整性檢查與訊息確認等兩個層次，至於決定採用何種機制視通訊環境需求而定。基本上，『訊息確認』與『數位簽章』（Digital Signature），都是被設計來解決上述兩大問題的技術。且兩者都需要使用鑰匙來表明身分，不過對鑰匙的來源，之間有很大的差異。一般來講，『訊息確認』是以雙方共享的秘密鑰匙（或會議鑰匙）來確認傳送者的身份；『數位簽章』大多是以傳送者的公開鑰匙來確定身份。至於兩者的應用範圍也有很大的區隔，一般『訊息確認』較著重於訊息傳輸方面；『數位簽章』則大多使用於身份識別方面（如 PKI 系統），但爾後的應用發展，實難預料。本章以訊息確認為主要介紹對象，至於數位簽章部分留於第七章再詳細介紹。

6-2 完整性檢查值 - ICV

所謂『完整性檢查值』（Integrity Check Value, ICV）是利用雜湊函數（如 MD4、MD5、SHA-1）而得。通常傳送端發送訊息之前，會先將訊息經過某一個雜湊函數計算出雜湊碼，再將此雜湊值附加在訊息的後面，一併傳送給接收端；接收端收到訊息之後，也以相同的雜湊函數計算出雜湊碼，如果所計算出的結果與訊息後面的雜湊值相同的話，即表示訊息在傳輸當中未遭受它人竄改。由於此雜湊碼為檢查訊息是否遭受竄改的依據，因此稱為『完整性檢查值』。

基本上，完整性檢查不會使用到鑰匙，並沒有利用到加密/解密機制，其安全性完全仰賴雜湊函數的強度而定。但就安全性通訊而言，強度再強的雜湊演算法都不能保證其絕對可靠性，因此，完整性檢查值大多在有保護的安全連線下傳輸。為配合各種安全連線的傳輸，ICV 可分下列兩種製作方式。

6-2-1 明文計算 ICV

明文計算 ICV 機制（如圖 6-1 (a) 所示），表示利用某一種雜湊函數直接將明文計算出一個 ICV 值，再將 ICV 附加在訊息後面傳送給對方；接收端也將所收到的訊息（M’）經過同一種雜湊函數計算出另一個 ICV 值，如果兩個 ICV 值相同的話，則表示訊息是正確的。在此機制下，ICV 值與訊息都是以明文傳送，並沒有任何安全考量；攻擊者取得訊息之後，可試著竄改訊息內容以得到相同的 ICV 值，如此一來，便可達到破壞攻擊的目的。至於攻擊者是否可偽造新的訊息並產生相同的 ICV 值的困難度，這完全視雜湊演算法的強度如何（第五章介紹）。由此可見，明文計算 ICV 機制僅適合於有安全保護下的連線使用；不然就得將訊息與 ICV 值一起加密後，再傳送給對方。

圖 6-1-1 完整性檢查製作方式

6-2-2 密文計算 ICV

密文計算 ICV 機制，表示訊息經過加密之後，再利用密文來計算 ICV 值，並將 ICV 值與密文一起傳送給接收端，如圖 6-1 (b) 所示。很明顯可看出，它的安全性會比明文計算高一點，攻擊者若想藉由修飾沒有規律的密文，產生相同的 ICV 值，似乎不是那麼容易，因此可以獨立作業，不一定非得在有安全保護的連線下傳輸。一般對比較不重要的訊息，利用此機制來傳輸即可（反正訊息已加密），不需要額外的安全連線。

圖 6-1-2 完整性檢查製作方式

6-3 訊息確認碼 - MAC

『訊息確認』（Message Authentication）必須包含兩層次的功能：一者為保證訊息的『完整性』；另一者為如何將秘密鑰匙加入訊息之內（如加密功能），以作為發送訊息者的身份確認，來達到『確認性』功能。就前者而言，傳送端一般都利用『雜湊函數』（Hash Function）計算出一個固定長度的雜湊值，作為一個獨一無二的訊息認證；並且該值必須隨輸入訊息的改變而改變，因此無法冒充，故可稱之為『完整性檢查碼』（ICV）。後者係將秘密鑰匙加入雜湊值（或 ICV）之中，成為一個可確認身份的『訊息確認碼』（Message Authentication Code, MAC）。當然，將鑰匙加入訊息之中，大多是採用加密演算法。但也不完全如此，因為將鑰匙加入雜湊值（或 ICV）的目的是要確定傳送者身份，並非要保護該雜湊值，因此，除了訊息確認碼較普遍的加密演算法（MAC-DES）之外，我們也會介紹其它相關的演算法（如 HMAC，6-5 節介紹）。

一般情況，MAC 機制大多採用秘密鑰匙系統（有些系統會採用公開鑰匙系統）。通訊之前雙方必須透過其它機制，使能共享一把秘密鑰匙。接收端則依據對方所使用的鑰匙是否和自己的相同，來確認訊息是否來自可信任的一方；因此，將共享鑰匙植入雜湊碼內，同時完成『完整性』與『確認性』的功能。圖 6-2 為訊息確認的功能圖，運作程序如下：首先將訊息經由雜湊演算法計算出雜湊值（H），再利用鑰匙加密（或植入）之後，得到一個稱之為『訊息確認碼』（MAC）；接著將它附加在訊息的後面，傳送給接收端；接收端收到訊息之後，利用相同的雜湊演算法將訊息（M’）計算出雜湊值（H’），再與解密（或植入）後的雜湊值（H）相比較，如果兩者相符，則表示訊息正確（或身份正確）；否則表示訊息也許在傳送中發生錯誤（被竄改），或是鑰匙不對（偽造訊息或仿冒身份）。至於傳送端如何將鑰匙加入雜湊碼之中成為 MAC 碼，又接收端如何驗證 MAC 碼中所植入鑰匙的正確性，則延伸有種演算法，本書僅介紹 MAC-DES 與 HMAC 等兩個 MAC 系統，以下分別介紹之。

圖 6-2 訊息確認的運作程序

翻轉工作室：粘添壽

 

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