安全認(rèn)證技術(shù)是信息安全技術(shù)的重要組成部分，主要指其基本思想是通過驗(yàn)證被認(rèn)證對象的屬性來完成。被認(rèn)證對象的屬性包括且不限于：用于身份認(rèn)證的口令或聲音、容貌、指紋、虹膜、DNA等生理特征，用于內(nèi)容認(rèn)證的數(shù)字摘要、數(shù)字簽名等特征。安全認(rèn)證技術(shù)分為兩種：身份認(rèn)證和消息認(rèn)證。

概念形成過程

安全認(rèn)證是信息安全的重要任務(wù)之一，用于非信任環(huán)境下的安全通信，以證實(shí)操作對象身份是否真實(shí)、有效、合法，以及/或者通信內(nèi)容是否真實(shí)、有效、完整。主要基于密碼學(xué)算法來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，無論是身份驗(yàn)證還是內(nèi)容驗(yàn)證，都可以抽象為信息驗(yàn)證，因?yàn)樗鼈儗?shí)質(zhì)上都是某種類型的數(shù)據(jù)信息。

密碼學(xué)有悠久的歷史，可以追溯到數(shù)千年前。早在幾千年前的古埃及人就學(xué)會(huì)了使用初級(jí)的密碼；公元前50年左右，凱撒大帝使用了著名的古凱撒密碼；在美國的南北戰(zhàn)爭時(shí)期，使用了柵欄密碼。第二次世界大戰(zhàn)使密碼學(xué)的理論和應(yīng)用得到極大發(fā)展，在指導(dǎo)思想上，形成了密碼算法公開，密鑰保護(hù)的設(shè)計(jì)思路，在技術(shù)手段上形成了基于代替和置換的高次迭代設(shè)計(jì)方法。到20世紀(jì)70年代，密碼學(xué)家找到了一種可以緩解尋找代替集合復(fù)雜度的法伊斯特爾（Feistel）結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)形成了著名的對稱加密（DES）分組密碼算法。法伊斯特爾結(jié)構(gòu)影響了隨后的數(shù)十年間幾乎所有的分組加密算法的設(shè)計(jì)理念，但是這種對稱加密算法無法直接用于安全認(rèn)證。直到1975年，美國學(xué)者W.迪菲和M.赫爾曼發(fā)表《加密算法新方向》（New Direction in Cryptography），第一次提出了公開密鑰密碼算法的概念。

從此以后，基于公鑰密碼學(xué)的優(yōu)秀研究成果不斷涌現(xiàn)出來。1978年，R.L.李維斯特（R.L.Rivest，羅納德·李維斯特，1947～　?。.薩莫爾（A.Shamir，阿迪·薩莫爾，1953～　　）和L.阿德曼（L.Adleman，倫納德·阿德曼，1955～　?。┨岢隽薘SA公鑰密碼體制，已成為使用最廣的公鑰密碼體制之一；基于RSA算法的簽名方案，其安全性源于大整數(shù)因子分解的困難性。1979年，M.拉賓（Micheal Rabin，米歇爾·拉賓）提出了Rabin公鑰密碼體制，基于Rabin算法的簽名方法，其安全性依賴于大整數(shù)因子分解的困難性。1985年，N.科布利茨（Neal Koblitz，尼爾·科布利茨，1957～　?。┖蚖.S.米勒（Victor Saul Miller，1953～　?。┓謩e提出了利用橢圓曲線來構(gòu)建公鑰密碼體制，基于橢圓曲線公鑰體制的數(shù)字簽名方案，其安全性依賴于橢圓曲線離散對數(shù)問題的困難性。同年，T.蓋莫爾（Taher Elgamal，塔希爾·蓋莫爾，1963～　　?。┨岢錾w莫爾（elgamal）簽名算法，是一種基于離散對數(shù)問題的公鑰密碼體制，其修正版已被美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)會(huì)NIST作為簽名標(biāo)準(zhǔn)。

公開密鑰體制為安全認(rèn)證技術(shù)提供了可行的技術(shù)支撐，其基本思路：待驗(yàn)證者與驗(yàn)證者均采用相同的公鑰體制，采用相同的公鑰加密算法，并擁有對方的公開密鑰。信息的真實(shí)性，可以使用信息擁有者的私鑰進(jìn)行加密，發(fā)給驗(yàn)證者，驗(yàn)證者則采用擁有者的公鑰進(jìn)行解密，與待驗(yàn)證的信息進(jìn)行比對而得到驗(yàn)證。

1991年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)會(huì)NIST發(fā)布了數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)（digital signature standard，DSS），并于1993年和1996年作了修訂。在數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)中采用的是數(shù)字簽名算法（digital signature algorithm，DSA）。在認(rèn)證協(xié)議方面，20世紀(jì)80年代麻省理工學(xué)院（MIT）開發(fā)了基于對稱加密體制的Kerberos認(rèn)證系統(tǒng)，主要解決在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶訪問網(wǎng)絡(luò)資源的安全認(rèn)證問題。同時(shí)期，零知識(shí)證明（zero-knowledge proof）由美國學(xué)者S.戈德瓦塞爾（Shafi Goldwasser，沙菲·戈德瓦塞爾，1943～　?。?、S.米卡利（Silvio Micali，斯文·米卡利，1954～　?。┘癈.羅科夫（Charles Rackoff，卡洛斯·羅科夫，1956～　?。凰缸C明者能夠在不向驗(yàn)證者提供任何有用的信息的情況下，證明自己是某種權(quán)益的合法擁有者。

哈希（hash）函數(shù)是一種有損壓縮函數(shù)，通常是任意長度的輸入，其計(jì)算結(jié)果是固定長度的輸出，因此從原理上講存在碰撞。也就是說，存在不同的輸入，其計(jì)算結(jié)果為同樣的輸出結(jié)果的情況。哈希函數(shù)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要任務(wù)就是，使其在理論上是不可能為相同的哈希輸出找到兩個(gè)不同的輸入。另一個(gè)主要任務(wù)是，輸入的1個(gè)比特（bit）變化應(yīng)導(dǎo)致輸出一半左右的比特（bit）發(fā)生變化。哈希函數(shù)主要用于確保通信內(nèi)容完整、不可篡改和不可抵賴。1990年，美國密碼學(xué)家R.L.李維斯特（R.L.Rivest，羅納德·李維斯特，1947～　?。┰O(shè)計(jì)了稱為信息摘要算法（MD4）的哈希算法，該算法所采用的分塊壓縮，以及壓縮函數(shù)中的論函數(shù)設(shè)計(jì)的手段，影響了后來幾乎所有的哈希函數(shù)的設(shè)計(jì)，直到基于彈性結(jié)構(gòu)的第三代安全散列算法（SHA-3）問世。

安全認(rèn)證過程中使用哈希函數(shù)的主要原因之一是公鑰加密的過程需要花費(fèi)大量的時(shí)間空間資源，經(jīng)過哈希計(jì)算之后，將大大減少公鑰加密的計(jì)算量。

主要代表人物

美國數(shù)學(xué)家C.E.香農(nóng)（Claude Elwood Shannon，1916-04-30～2001-02-24）是信息論的創(chuàng)始人。

美國科學(xué)家W.迪菲和M.赫爾曼合作發(fā)明了著名的公共密鑰密碼體系，共同獲得2015年圖靈獎(jiǎng)。

基本內(nèi)容

認(rèn)證（authentication）是證實(shí)實(shí)體身份的過程，是保證系統(tǒng)安全的重要措施之一。安全認(rèn)證技術(shù)包括兩種：①身份認(rèn)證。即鑒別通信過程中用戶的身份。②消息認(rèn)證。即保證通信內(nèi)容的完整性和抗否認(rèn)性。

在通信過程中，要鑒別通信雙方身份的合法、有效性，檢驗(yàn)信息內(nèi)容是否被第三方篡改或偽造，就要利用安全認(rèn)證。

身份認(rèn)證

身份認(rèn)證是指通信系統(tǒng)確認(rèn)操作者身份的過程。通信系統(tǒng)是一個(gè)虛擬的數(shù)字世界，在這個(gè)虛擬世界中，所有用戶的身份信息都是用一組特定的數(shù)據(jù)來表示的，對用戶的所有授權(quán)也是基于用戶數(shù)字身份的授權(quán)。而現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)真實(shí)的物理世界，每個(gè)人都擁有獨(dú)一無二的物理身份。如何保證基于數(shù)字身份進(jìn)行活動(dòng)的操作者就是該數(shù)字身份合法擁有者，即保證操作者的物理身份與數(shù)字身份相對應(yīng)，成為一個(gè)很重要的問題。身份認(rèn)證技術(shù)的誕生就是為了解決這個(gè)問題。

在真實(shí)世界中，驗(yàn)證一個(gè)人的身份主要通過三種方式判定：一是根據(jù)你所知道的信息來證明你的身份，假設(shè)某些信息只有某個(gè)人知道，比如暗號(hào)等，通過詢問這個(gè)信息就可以確認(rèn)這個(gè)人的身份；二是根據(jù)你所擁有的東西來證明你的身份，假設(shè)某一個(gè)東西只有某個(gè)人有，比如印章等，通過出示這個(gè)東西也可以確認(rèn)個(gè)人的身份；三是直接根據(jù)你獨(dú)一無二的身體特征來證明你的身份，比如指紋、面貌等。在信息系統(tǒng)中，一般來說，有三個(gè)要素可以用于認(rèn)證過程，即：用戶的知識(shí)（knowledge），如口令等；用戶的物品（possession），如IC卡等；用戶的特征（characteristic），如指紋等。

現(xiàn)在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中常用的身份認(rèn)證方法如下：①口令認(rèn)證。傳統(tǒng)的認(rèn)證技術(shù)主要采用基于口令的認(rèn)證方法。當(dāng)待認(rèn)證對象要訪問提供服務(wù)的系統(tǒng)時(shí)，提供服務(wù)的認(rèn)證方要求待認(rèn)證對象提交口令，認(rèn)證方收到口令后，將其與系統(tǒng)中存儲(chǔ)的用戶口令進(jìn)行比較，以確認(rèn)被認(rèn)證對象是否為合法訪問者。這種認(rèn)證方法的優(yōu)點(diǎn)在于：一般的系統(tǒng)（如UNIX/Linux，Windows NT/XP，NetWare等）都提供了對口令認(rèn)證的支持，對于封閉的小型系統(tǒng)來說不失為一種簡單可行的方法。②雙因素認(rèn)證。在雙因素認(rèn)證系統(tǒng)中，用戶除了擁有口令外，還擁有系統(tǒng)頒發(fā)的令牌訪問設(shè)備。當(dāng)用戶向系統(tǒng)登錄時(shí)，用戶除了輸入口令外，還要輸入令牌訪問設(shè)備所顯示的數(shù)字。該數(shù)字是不斷變化的，而且與認(rèn)證服務(wù)器是同步的。③一次口令機(jī)制。一次口令機(jī)制其實(shí)采用動(dòng)態(tài)口令技術(shù)，是一種讓用戶的密碼按照時(shí)間或使用次數(shù)不斷動(dòng)態(tài)變化，每個(gè)密碼只使用一次的技術(shù)。它采用一種稱之為動(dòng)態(tài)令牌的專用硬件，內(nèi)置電源、密碼生成芯片和顯示屏，密碼生成芯片運(yùn)行專門的密碼算法，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間或使用次數(shù)生成當(dāng)前密碼并顯示在顯示屏上。認(rèn)證服務(wù)器采用相同的算法計(jì)算當(dāng)前的有效密碼。用戶使用時(shí)只需要將動(dòng)態(tài)令牌上顯示的當(dāng)前密碼輸入客戶端計(jì)算機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)身份的確認(rèn)。由于每次使用的密碼必須由動(dòng)態(tài)令牌來產(chǎn)生，只有合法用戶才持有該硬件，所以只要密碼驗(yàn)證通過就可以認(rèn)為該用戶的身份是可靠的。而用戶每次使用的密碼都不相同，即使黑客截獲了一次密碼，也無法利用這個(gè)密碼來仿冒合法用戶的身份。④生物特征認(rèn)證。生物特征認(rèn)證是指采用每個(gè)人獨(dú)一無二的生物特征來驗(yàn)證用戶身份的技術(shù)，常見的有指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等。從理論上說，生物特征認(rèn)證是最可靠的身份認(rèn)證方式，因?yàn)樗苯邮褂萌说奈锢硖卣鱽肀硎久恳粋€(gè)人的數(shù)字身份，不同的人具有相同生物特征的可能性可以忽略不計(jì)，因此幾乎不可能被仿冒。⑤USB Key認(rèn)證。基于USB Key的身份認(rèn)證方式是一種方便、安全、經(jīng)濟(jì)的身份認(rèn)證技術(shù)，它采用軟硬件相結(jié)合一次一密的強(qiáng)雙因子認(rèn)證模式，很好地解決了安全性與易用性之間的矛盾。USB Key是一種USB接口的硬件設(shè)備，它內(nèi)置單片機(jī)或智能卡芯片，可以存儲(chǔ)用戶的密鑰或數(shù)字證書，利用USB Key內(nèi)置的密碼學(xué)算法實(shí)現(xiàn)對用戶身份的認(rèn)證?；赨SB Key身份認(rèn)證系統(tǒng)主要有兩種應(yīng)用模式：一是基于沖擊/響應(yīng)的認(rèn)證模式，二是基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）體系的認(rèn)證模式。⑥數(shù)字證書。數(shù)字證書的原理是利用公鑰密碼體制（身份認(rèn)證機(jī)構(gòu)）申請注冊取得一個(gè)數(shù)字證書，當(dāng)數(shù)字簽名時(shí)，用自己本人知道的私鑰對消息摘要進(jìn)行加密，附加在消息后面。而接受者向身份認(rèn)證機(jī)構(gòu)求證是否真的是用你的密鑰簽發(fā)的文件，以確認(rèn)發(fā)送消息者的安全可靠性。當(dāng)然公鑰加密系統(tǒng)允許任何人在發(fā)送信息時(shí)使用公鑰進(jìn)行加密，但接收者不可能百分之百確信發(fā)送者的真實(shí)身份，而只能在密碼系統(tǒng)未被破譯的情況下才有理由確信，此重要性在財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)上的鑒權(quán)表現(xiàn)得尤為突出，并且數(shù)字證書具有保障數(shù)據(jù)的完整性和不可抵賴性等特點(diǎn)。

消息認(rèn)證

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對傳輸過程中信息的保密性提出了更高的要求，主要包括：①對敏感的文件進(jìn)行加密，即使別人截取文件也無法得到其內(nèi)容。②保證數(shù)據(jù)的完整性，防止截獲人在文件中加入其他信息。③對數(shù)據(jù)和信息的來源進(jìn)行驗(yàn)證，以確保發(fā)信人的身份。

業(yè)界普遍通過加密技術(shù)方式來滿足以上要求，實(shí)現(xiàn)消息的安全認(rèn)證。消息認(rèn)證就是驗(yàn)證所收到的消息確實(shí)是來自真正的發(fā)送方且未被修改的消息，也可以驗(yàn)證消息的順序和及時(shí)性。消息認(rèn)證實(shí)際上是對消息本身產(chǎn)生一個(gè)冗余的信息：MAC（消息認(rèn)證碼），其主要利用密鑰對待認(rèn)證的消息產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)塊，并對數(shù)據(jù)塊加密而生成。它對于待保護(hù)的信息是唯一的，一旦原始數(shù)據(jù)發(fā)送變化，相應(yīng)的消息認(rèn)證碼也會(huì)隨之而變，因此通過驗(yàn)證消息認(rèn)證碼是否發(fā)生改變，可以有效地保護(hù)消息的完整性，確保消息的不可抵賴和不能偽造。

消息認(rèn)證技術(shù)可以防止數(shù)據(jù)被偽造和被篡改，證實(shí)消息來源的有效性隨著密碼技術(shù)與計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，消息認(rèn)證技術(shù)已廣泛應(yīng)用于信息網(wǎng)絡(luò)。消息認(rèn)證碼的實(shí)現(xiàn)方法也在不斷改進(jìn)和更新之中，多種實(shí)現(xiàn)方式會(huì)為更安全的消息認(rèn)證碼提供保障。

數(shù)字簽名（又稱公鑰數(shù)字簽名、電子簽章）是一種常用的消息認(rèn)證技術(shù)。數(shù)字簽名是一個(gè)加密的、用于確認(rèn)發(fā)送方身份和消息完整性的消息摘要，是只有信息發(fā)送者才能產(chǎn)生、且別人無法偽造的一段數(shù)字串，這段數(shù)字串同時(shí)也是對信息的發(fā)送者和發(fā)送信息真實(shí)、完整的一個(gè)有效證明。最常用的一些公鑰數(shù)字簽名算法有RSA算法和數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)算法（DSS）。DSS由美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究所提出，它建立在蓋莫爾（elgamal）公鑰算法的基礎(chǔ)之上的開發(fā)出來的加密技術(shù)，它與RSA相比，DSS在生成密鑰時(shí)速度更快一些，在生成簽名時(shí)的性能差不多，但進(jìn)行簽名驗(yàn)證時(shí)要慢得多。

未來發(fā)展方向

量子密碼技術(shù)是密碼學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，采用量子態(tài)作為信息載體，經(jīng)由量子通道在合法用戶之間傳遞密鑰。量子密碼技術(shù)可達(dá)到經(jīng)典密碼學(xué)所無法達(dá)到的兩個(gè)最終目的：一是合法的通信雙方可察覺潛在的竊聽者并采取相應(yīng)的措施；二是使竊聽者無法破解量子密碼，無論企圖破解者有多么強(qiáng)大的計(jì)算能力。將量子密碼技術(shù)的不可竊聽性和不可復(fù)制性用于認(rèn)證技術(shù)則可以用來認(rèn)證通信雙方的身份，原則上提供了不可破譯、不可竊聽和大容量的保密通訊體系。真正做到了通信的絕對安全。主要有三類量子身份認(rèn)證的實(shí)現(xiàn)方案：基于量子密鑰的經(jīng)典身份認(rèn)證系統(tǒng)；基于經(jīng)典密鑰的量子身份認(rèn)證系統(tǒng)；純量子身份認(rèn)證系統(tǒng)。

基于身份加密（IBE）是一種將用戶公開的字符串信息（如郵件地址、手機(jī)號(hào)碼、身份證號(hào)碼等）用作公鑰的公鑰加密方式。1984年，美國學(xué)者A.薩莫爾（Adi Shamir，阿迪·薩莫爾，1953～　?。┦紫忍岢隽藢?shí)現(xiàn)該方式的可能性。2001年，美國斯坦福大學(xué)的D.博納什（Dan Boneh，丹·博納什，1969～　?。┖图永Ｄ醽喆髮W(xué)戴維斯分校的M.富蘭克林（Matt Franklin，馬特·富蘭克林，1961～　　）共同提出了具有開創(chuàng)性意義的基于標(biāo)識(shí)的IBE算法。

思維認(rèn)證是一種全新的身份認(rèn)證方式，它是以腦-機(jī)接口技術(shù)為基礎(chǔ)并有望替代傳統(tǒng)的身份認(rèn)證方式。其原理：當(dāng)受試主體的大腦產(chǎn)生某種動(dòng)作意識(shí)之后或者受到外界刺激后，其神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。這種變化可以通過一定的手段檢測出來，并作為意識(shí)發(fā)生的特征信號(hào)試驗(yàn)表明即使對于同一個(gè)外部刺激或者主體在思考同一個(gè)事件的時(shí)候，不同人的大腦所產(chǎn)生的認(rèn)知腦電信號(hào)是不同的。也就是說，這些思維的信號(hào)攜帶有主體的獨(dú)一無二的特性，因此人們可以通過探測被試者的腦部的響應(yīng)變化來進(jìn)行身份認(rèn)證。

行為認(rèn)證技術(shù)有別于傳統(tǒng)的認(rèn)證技術(shù)，它是以用戶的行為為依據(jù)的全新的認(rèn)證技術(shù)。行為認(rèn)證技術(shù)的基本思想：對于一個(gè)固定的用戶，其行為總是遵循一定的習(xí)慣，表現(xiàn)為在行動(dòng)操作中存在規(guī)律性。行為認(rèn)證技術(shù)正是基于對用戶的行為習(xí)慣來判斷用戶的身份是否假冒。

自動(dòng)認(rèn)證技術(shù)是認(rèn)證技術(shù)的演進(jìn)方向，可以融合多種認(rèn)證技術(shù)（標(biāo)識(shí)認(rèn)證技術(shù)、基于量子密碼的認(rèn)證技術(shù)、思維認(rèn)證技術(shù)、行為認(rèn)證技術(shù)等），可以接受多種認(rèn)證手段（口令、Key、證書、生物特征信息等），提供接入多元化、核心架構(gòu)統(tǒng)一化、應(yīng)用服務(wù)綜合化的智能認(rèn)證技術(shù)。自動(dòng)認(rèn)證技術(shù)的原理：綜合利用各個(gè)認(rèn)證因子作為整個(gè)認(rèn)證系統(tǒng)的輸入，利用專家知識(shí)系統(tǒng)對其進(jìn)行判斷，對沒有通過認(rèn)證的和假冒成功的綜合因子的特征信息通過免疫技術(shù)學(xué)習(xí)進(jìn)化使得專家知識(shí)庫不斷更新，同時(shí)通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來識(shí)別專家知識(shí)庫中不斷進(jìn)化的潛在威脅。

擴(kuò)展閱讀

范明鈺．網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議理論與技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，2009．

TANENBAUM A S, WETHERALL D J．Computer networks. 5th ed．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

KRUL J．Authentication Method and System for Authenticating Security Documents, Security Document and Security Element．2008．