消息认证与杂凑算法：安全威胁与MAC功能解析

"安全威胁二-消息认证和杂凑算法" 在信息安全领域，确保信息的完整性和来源的真实性至关重要。本话题主要探讨了消息认证和杂凑算法在抵御安全威胁中的应用，特别是针对伪造消息的防范。 首先，描述中提到的伪造方式揭示了安全威胁的一种常见手段。Oscar利用两个消息x和x'，它们的哈希值相同（h(x)=h(x')），通过获取Bob对x的摘要签名，可以创建一个看似合法的伪造消息对(x',y)。这强调了散列函数在防止此类攻击中的关键作用。 散列函数，尤其是强无碰撞的散列函数，是消息认证的核心。定义2指出，强无碰撞散列函数意味着在实际计算中几乎不可能找到两个不同的输入x和x'，它们的哈希输出相同。这是因为强无碰撞性质确保了即使攻击者尝试找到碰撞，也会因计算复杂度过高而失败，从而增加了消息安全性的保障。 消息认证码（MAC）是另一种关键的安全机制，它结合了密钥和消息来生成固定长度的数据块，即MAC，用于验证消息的完整性和来源。MAC有三个主要功能：确保消息未被篡改、确认消息来源以及在包含顺序码的情况下保证消息顺序。MAC函数与加密函数类似，但不需可逆性，因此在数学上更难被攻击。 MAC的使用有多种方式，包括仅用于消息鉴别、同时用于鉴别和保密（分别与明文或密文连接）。在(a)中，MAC仅用于鉴别，提供A和B之间的互认；在(b)中，除了鉴别，还提供了保密性；而在(c)中，鉴别和保密是分开实现的，分别使用不同的密钥。 MAC函数的特性包括其多对一映射性质，这意味着对于所有可能的密钥和消息，MAC的输出数量远小于密钥和消息的组合。由于攻击者可能通过穷举所有可能的密钥来尝试伪造MAC，但因为密钥空间大于MAC空间，攻击者会遇到多个密钥产生相同MAC的情况，这使得攻击者难以确定正确的密钥。 此外，保密性和真实性是信息安全的两个不同方面。虽然加密主要提供保密性，但其代价较高，特别是在公钥算法中。而鉴别函数则专注于真实性，适用于不需要保密性的场景，如广播信息、网络管理信息或官方公告。 总结来说，消息认证和杂凑算法在对抗安全威胁，尤其是消息伪造方面起着至关重要的作用。通过使用强无碰撞的散列函数和MAC，可以有效地保护信息的完整性和来源的真实性，同时，根据具体需求，可以灵活地结合保密性功能。