Windows操作系統(tǒng)的密碼解決方案

摘  要  本文從密碼學(xué)的角度對Windows操作系統(tǒng)進(jìn)行了分析，指出了Windows操作系統(tǒng)是如何通過程序來實(shí)現(xiàn)密碼安全功能的，并描述了Windows操作系統(tǒng)的安全特征及實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證的技術(shù)細(xì)節(jié)。   

關(guān)鍵詞  CSP；MS-CAPI；數(shù)字證書；ActiveX控件；COM組件；NTLM；域控制器

1  引言    在安全方面，微軟開發(fā)并免費(fèi)提供一套密碼接口API(MS-CAPI)，使用這套API能夠解決Windows操作系統(tǒng)中的密碼安全問題。  像JAVA中的JCA/JCE一樣，MS-CAPI隱藏了密碼算法本身的一些繁瑣內(nèi)容，而僅體現(xiàn)出功能上的要求。MS-CAPI同樣使用了引擎和類的方式，但它有自己的術(shù)語描述方法。

在MS-CAPI中，提供者類等同于我們常說的CSP(Cryptographic Service Providers)。不同的廠家提供的CSP在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)代碼上可能不盡相同，但是在對外接口上按照微軟的定義都是完全一樣的。MS-CAPI提供一套通用的但需要CSP支持的外包接口，應(yīng)用程序開發(fā)者通過使用這套接口來實(shí)現(xiàn)密碼安全功能。CSP的內(nèi)部內(nèi)容對于應(yīng)用程序的開發(fā)者來說是透明的。MS-CAPI自帶默認(rèn)的微軟CSP，這個(gè)CSP也可被其它第三方的CSP所替代。

CSP實(shí)際上就是一個(gè)DLL文件，這個(gè)文件必須經(jīng)過微軟的簽名才能保證它在Windows操作系統(tǒng)中的可用性，目前，微軟免費(fèi)對第三方的CSP進(jìn)行簽名。在應(yīng)用過程中，Windows操作系統(tǒng)首先要驗(yàn)證簽名合法性后才能正常使用。

2  MS-CAPI    我們來看一段用VB寫的小程序，這是運(yùn)用MS-CAPI來生成數(shù)字簽名的例子。//給需要簽名的明文分配一個(gè)變量strPlainText    strPlainText = ”明文數(shù)據(jù)”    //通過CAPICOM數(shù)字簽名類創(chuàng)建一個(gè)對象，給對象命名oDigSig    set oDigSig = CreateObject(“CAPICOM.SignedData”)    //在數(shù)字簽名對象和明文建立關(guān)聯(lián)    oDigSig.Content = strPlainText    //設(shè)置輸出數(shù)據(jù)僅為簽名結(jié)果而不包含明文    fDetached = TRUE    //生成明文。

通過調(diào)用數(shù)字簽名對象的Sign方法，同時(shí)傳遞相應(yīng)參數(shù)到方法中，變量signature包含簽名結(jié)果    signature = oDigSig.Sign(Nothing，fDetached)    和JCA/JCE類似，MS-CAPI的最大優(yōu)點(diǎn)就在于它是完全公開的，用戶可以自由的使用。而且，它已經(jīng)成為了IE和Windows2000以上操作系統(tǒng)的一部分。在未來的日子里，依靠微軟的品牌效應(yīng)再加上Windows操作系統(tǒng)龐大的用戶群，很可能使得MS-CAPI成為相當(dāng)流行的密碼安全類軟件。 MS-CAPI另一大優(yōu)點(diǎn)在于CAPICOM。CAPICOM是一個(gè)COM客戶端，可以通過ActiveX控件或COM組件的形式進(jìn)行密碼函數(shù)的自動(dòng)調(diào)用，CAPICOM用于處理基本的密碼操作，如簽名驗(yàn)證，數(shù)字信封，解密數(shù)字信封，加解密數(shù)據(jù)，檢查數(shù)字證書的有效性等。CAPICOM可以用VB或VC 進(jìn)行調(diào)用。

3  安全與Windows操作系統(tǒng)

3.1  安全特征   

(1)安全登錄與反欺騙措施：安全登錄要求管理員為所有用戶設(shè)置一個(gè)口令用于登錄。黑客會(huì)開發(fā)一個(gè)能夠給用戶顯示登錄界面的程序，然后通過某種方式在用戶終端上運(yùn)行，而不加懷疑的用戶往往會(huì)認(rèn)為這個(gè)登錄界面就是系統(tǒng)的登錄界面，并在其中輸入自己的用戶ID和口令，攻擊者以此方式輕易地就能夠截獲用戶ID和密碼，并顯示一個(gè)登錄失敗的錯(cuò)誤信息給用戶。

Windows2000以上操作系統(tǒng)通過要求用戶使用CTRL-ALT-DEL結(jié)合的方式進(jìn)行登錄來防止上述攻擊。鍵盤驅(qū)動(dòng)程序在捕捉到CTRL-ALT-DEL的序列以后，會(huì)通知系統(tǒng)調(diào)用正確的登錄顯示界面。在Windows中，是沒有辦法屏蔽CTRL- ALT-DEL三鍵組合消息的，因此，使得黑客欺騙變得無機(jī)可乘。

(2)任意訪問控制：這種機(jī)制允許資源如文件的擁有者能夠決定誰并且能夠以哪種方式來訪問資源。   

(3)權(quán)限訪問控制：這種機(jī)制允許系統(tǒng)管理員在出現(xiàn)問題的情況下，超越任意訪問控制的范圍。   

(4)地址空間保護(hù)：Windows2000以上操作系統(tǒng)給每個(gè)進(jìn)程提供獨(dú)立的受保護(hù)的虛擬地址空間，這樣就有效地防止了惡意的進(jìn)程攻擊。  

 (5)新頁歸零：這種機(jī)制保證了任何新頁都是從內(nèi)存地址二進(jìn)制０開始的，這樣一來，一個(gè)進(jìn)程就無法知道它前面的那個(gè)進(jìn)程到底做了些什么。   

(6)安全審計(jì)：利用這個(gè)機(jī)制，系統(tǒng)管理員能夠通過查詢系統(tǒng)產(chǎn)生的日志了解系統(tǒng)的相關(guān)安全事件。    每個(gè)Windows2000的用戶和用戶組會(huì)被分配一個(gè)惟一的SID，這個(gè)SID由一個(gè)隨機(jī)數(shù)和一個(gè)短的二進(jìn)制的頭標(biāo)志組成。每個(gè)SID在全世界惟一。進(jìn)程和線程只有在用戶的SID下才能運(yùn)行。每個(gè)進(jìn)程在Windows2000下都有一個(gè)包含SID和其它信息的可訪問令牌。系統(tǒng)中的每個(gè)資源(如文件)又都有一個(gè)對應(yīng)的安全描述符，該描述符描述了哪個(gè)SID允許做哪些操作。

3.2  用戶認(rèn)證    Windows 2000使用Kerberos協(xié)議來完成用戶身份認(rèn)證。同時(shí)系統(tǒng)也支持Windows NT的挑戰(zhàn)／響應(yīng)機(jī)制，這種機(jī)制又被稱之為NTLM。NTLM以挑戰(zhàn)／響應(yīng)機(jī)制為基礎(chǔ)，同時(shí)避免明文口令的簡單傳遞。NTLM的工作原理如下：   

(1)用戶在登錄界面上輸入用戶ID和口令。用戶的計(jì)算機(jī)計(jì)算出口令的摘要值，同時(shí)在內(nèi)存中銷毀用戶輸入的口令。   

(2)客戶端將用戶ID的明文傳遞到服務(wù)端。   

(3)服務(wù)器傳送１６字節(jié)的隨機(jī)數(shù)到客戶端。   

(4)客戶端用口令計(jì)算出的摘要加密隨機(jī)數(shù)，客戶端將加密結(jié)果(客戶端響應(yīng)值)傳送到服務(wù)器端。   

(5)服務(wù)器將用戶ID、傳給客戶端的隨機(jī)數(shù)、客戶端響應(yīng)值(即客戶端加密結(jié)果)傳遞給一臺(tái)特殊的機(jī)器，我們稱之為域控制器。在域控制器上保留著所有的用戶ID和口令的消息摘要值。   

(6)域控制器接收到從服務(wù)器端傳來的上述數(shù)據(jù)以后，從數(shù)據(jù)庫(SAM)中可以得到當(dāng)前用戶對應(yīng)的口令消息摘要值，并且用它來加密從服務(wù)器端傳來的隨機(jī)數(shù)。   

(7)域控制器通過比較從服務(wù)器端傳來隨機(jī)數(shù)加密結(jié)果(第５步)和自身計(jì)算得到的結(jié)果(第６步)的一致性，來判斷用戶的身份是否合法。