Cipher Block Chaining Mode(CBC 模式)

CBC 模式處理方式是加密演算法的輸入是由前一個密文區段的 64 位元與下一個明文區段的 64 位元經過 XOR 運算後所組成，其主要是改 良 ECB 模式在同樣內容的明文重複出現的情況下，不會產生相同的密 文輸出。因為一開始的明文區段並沒有前一個密文區段可以用，所以 必須另外準備「起始向量」(Initialization Vector,IV)給第一段明 文區段使用，而解密之時也只需要先將第一個密文區段和 IV 作 XOR 運

算之後就可以正常解密出明文，其作法如下所示：

圖 4-7 CBC 模式操作流程圖 4.5.3 Cipher Feedback Mode(CFB 模式)

DES 或其他對稱式區段加密演算法都是作用在固定長度區段上的加 密技巧，然而我們卻可以利用 CFB 模式將 DES 轉換成一個資料流加密 法(Stream Cipher)，使用資料流加密法的話就不需要將訊息長度補足 成固定區段大小的倍數，可以用即時處理的方式來運作，因此當我們 要傳送一連串字元時就可以採用 CFB 模式。

資料流加密法的特質就是密文與明文長度必須相同，因此我們如果 要傳送 8 位元的字元資料的話，每個字元就必須用 8 位元來加密，若 是超過 8 位元來加密就浪費傳輸容量了。

CFB 模式的操作方法是加密函數輸入是一個位移暫存器(Shift Register)，這個暫存器一開始會被設定成某個起始向量 IV，加密函數

的第一次輸出的最左邊的 j 個位元會與第一個明文單元 P1作 XOR 運

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

CFB Encrypt

圖 4-8 CFB 模式操作流程圖 4.5.3 Output Feedback Mode(OFB 模式)

OFB 模式的結構與 CFB 模式很類似，在 OFB 中回存到位移暫存器中

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

CFB Decrypt

DES Encrypt Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

OFB Decrypt

圖 4-9 OFB 模式操作流程圖

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

DES Encrypt K

Shift register 64-j bits | j bits

OFB Encrypt

第五章 SHA-1 介紹 5.1 何謂 SHA-1

安全雜湊演算法(Secure Hash Algorithm)簡稱 SHA，是由美國國 家標準與技術協會(NIST)所發展出來的，並且在 1993 年發布成為第 180 項美國聯邦資訊處理標準(FIPS PUB 180)，而在 1995 年底又將其 修訂版本發布為 FIPS PUB 180-1，所以我們通稱此版本為 SHA-1，SHA 是以 MD4(Message Digest Algorithm)為基礎，並且設計方式與 MD4 也很類似。

Message(K bits) 100...0

Y

⁰

Y

¹

… Y

^q

… Y

^L-1

512bits 512bits 512bits 512bits

Padding

(1 to 512bits) Message length

圖5-1 SHA-1演算法流程圖

5.2.1 SHA-1 訊息附加位元(Padding bits)

在訊息之後附加一些位元使訊息取 512 同餘之後等於 448，我們一 定要在訊息尾端附加位元即使訊息本身長度就已經符合我們需求，因 此我們附加的位元個數可以從 1 到 512 位元，而附加的方法是先加上 一個 1 然後再用 0 補到需要的長度，當然這需要在訊息末端加上一段 64 位元的資料，這段資料以一非負整數表示用來記錄原來訊息的長度。

5.2.2 設定 Message Digest 暫存區的初值

我們使用一個 160 位元的暫存區來存放這個雜湊函數的中間值及 最後結果，我們可以用 5 個 32 位元暫存器(A、B、C、D、E)來表示這 個暫存區，而這 5 個暫存器的起始初值如下(以 16 進位表示)：

5.2.3 處理訊息中 512 位元區段

此為 SHA-1 核心部分，這部分是由四個「處理回合」所組成的模組，

每個回合有 20 個步驟，運作邏輯我們可以由圖 5-2 看到，這四個回合 的結構都差不多，但是每個回合都用了一個不同的基本邏輯函數，這 些邏輯函數在這個規格中分別被標示成 F1、F2、F3及 F4。

每回合的輸入是我們正要處理的 512 位元區段(Yq)與 160 位元的暫 存區 ABCDE，這四個回合會分別更動這個暫存區的內容，每個回合還會 加上常數 Kt，我們用步驟編號 t 由 0 到 79 來表示四個回合中的 80 個 步驟，而實際上我們只用了四個不同的常數如下所示：

F2,K,W[0……19]

20 個步驟

F3,K,W[0……19]

20 個步驟

F4,K,W[0……19]

20 個步驟 F1,K,W[0……19]

20 個步驟

A B C D E

A B C D E

A B C D E

+ + + + +

Yq CVq

A B C D E

CVq

A B C D

圖5-2 SHA-1處理一個512位元區段流程圖

第四個回合的輸出(第 80 個步驟的輸入)會跟第一個回合的輸入(CVq) 加在一起，所產生的結果就是 CVq+1，相加的方法是暫存區中的四個字 元與 CVq中相對應的字元相加(字元間彼此獨立相加)，並且都要取 2³² 的同餘就可以得到結果。

5.2.4 SHA-1 輸出

當所有 512 位元的區段都處理過之後，最後一階段產生的輸出就是 我們要的 160 位元的訊息摘要值。我們可以將 SHA-1 的行為歸納如下：

CV₀ = IV

CVq+1 = SUM32(CVq， ABCDEq) MD = CVL

此處

IV = ABCDE 暫存區的初始值

ABCDEq = 訊息中第 q 個區段最後一回合的輸出

L = 訊息中的區段個數(包含以附加的位元及長度欄位)

SUM32 = 將兩個輸入區段的字元分別獨立相加之再取 2³²的同餘 MD = 最後的訊息摘要值

5.3 SHA-1 的壓縮函數

和特性也很相似，我們就根據 MD4 所定義的設計目標來比較這兩個演 算法。

對抗暴力法攻擊的安全程度：最明顯也是最重要的差別就是 SHA-1 的摘要值要比 MD5 的摘要值多了 32 個位元，如果我們想針對一摘 要值來求出訊息的話，MD5 需要執行 2¹²⁸個運算，而 SHA-1 則需要 執行 2¹⁶⁰個運算。此外如果想要找到兩個可以產生相同摘要值得訊 息的話，那 MD5 需要執行約 2⁶⁴個運算，而 SHA-1 則需要執行約 2⁸⁰ 個運算，因此就暴力破解法而言 SHA-1 是比較安全的。

對抗密碼破解的安全程度：近年來 MD5 在結構上被人發現是不安全 的，而 SHA-1 尚未有發現結構上的問題，加上 SHA-1 的設計策略和 DES 的 S-box 相同不為人知，所以目前看來比 MD5 要安全許多。

速度：這兩個演算法都大量的使用了取 2³²同餘的加法，所以他們 在 32 位元處理器上的表現都很好，但是 SHA-1 需要的步驟是 80 步 而 MD5 是 64 步，在暫存區的長度上 SHA-1 的 160 位元也比 MD5 的 128 位元要來的多，所以在同樣的電腦上 SHA-1 的執行速度要比 MD5 來的慢。

由上面幾點來看雖然 SHA-1 的執行速度較 MD5 為慢，但是 SHA-1 卻具 有較高的安全性強度，加上 MD5 被發現有結構上的缺點，所以我們當 然是採用 SHA-1。

第六章 Web Content Recovery System 程式介紹 6.1 安裝程式

此安裝程式主要負責幾項工作：

1. 拷貝 WCR 所有程式到使用者指定目錄。

2. 設定並建立 WCR 系統的設定檔(wcr.ini)。

3. 加入系統登錄檔註冊值，使檔案總管等程式之 POP 選單增加

「WCR 檔案加密」之選項。

4. 執行 Mkey.exe 來產生新的 DES 鑰匙並將其存放於指定的位置。

5. 藉由加密程式加密所有需要保護的網頁資料。

6. 建立程式集目錄和程式捷徑。

上述的步驟我們可以由下面的執行畫面 6-1~6-5 來看：

圖 6-1 WCR 安裝程式畫面 1

圖 6-2 WCR 安裝程式畫面 2

圖 6-3 WCR 安裝程式畫面 3

圖 6-4 WCR 安裝程式畫面 4

圖 6-5 WCR 安裝程式畫面 5

6.2 加密和備份程式

此程式則負責檔案的加密和加密之後的備份工作，以求發生網頁被 竄改之時能有還原網頁之能力，其使用和執行介面是經由 Windows 作 業系統上的檔案管理程式，不需另外開啟程式或特殊介面，我們可以 由圖 6-6 看到增加到 POP 右鍵選單上的「WCR 檔案加密」選項

圖 6-6 WCR 加密程式執行畫面 6.3 解密和還原程式

當檔案需要解密或是由備份中移除、還原時則由此程式來做，主要 用於網頁檔案 update 或是汰舊，另外因為我們的加密對象是檔案名 稱，所以所有檔名皆為無法認出的密文，為了讓使用者能夠方便的找

到檔案並作解密還原的動作，所以我們的解密還原程式就在讀取檔案 列表時即時的將檔名作 DES-X 解密動作，讓在 GUI 介面上看到的檔案 列表是未加密前的檔名，此做法不僅方便使用者另外一方面在解密檔 案時也不需要再作 DES-X 解密動作，其執行畫面如圖 6-7。

圖 6-7 解密還原程式執行畫面 6.4 WCR 主程式

功能說明

起始執行畫面如圖 6-8，主要可使用的功能有四個：

啟動：啟動 WCR TCP Proxy 的功能，啟動後才會開始執行 WCR 的功能。

重新載入虛擬目錄設定：當使用者在 WCR TCP Proxy 執行後修改虛擬

目錄的設定後，需執行此功能來重新載入設定，方能產生效果。

重新讀取設定：用來重新讀取其他細部的設定。

圖 6-8 WCR 主程式執行畫面

最小化：當點下右上角的最小化鍵後，WCR TCP Proxy 會縮到 task bar 上(如圖 6-9)，在 task bar 上的 icon 連點兩下，WCR TCP Proxy 會回 復原來的大小。

圖 6-9 WCR 在最小化在 task bar 畫面 執行結果

在 WCR TCP Proxy 功能啟動後，輸入原始的檔名後，網頁正確的 開啟(圖 6-10)，但實際網頁的名稱都已經經過加密(如圖 6-11)，直接 到 IIS 所在的 port 來開啟同樣的網頁，結果並無法成功的開啟(如圖 6-12)。

圖 6-10 開啟網頁測試畫面

圖 6-11 實際在主機上的檔名畫面

圖 6-12 直接送要求給 IIS 開啟網頁的測試畫面 第七章 WCR 系統架構和問題解決

7.1 WCR 系統架構

整體架構大致分為兩部分：On-line 的主程式和 Off-Line 的加解 密及備份還原程式，其簡單的結構可由圖 7-1 來看：

On-Line 主程式

Off-Line

圖 7-1 WCR 系統簡單架構圖 TCP Proxy

即時檢查 即時還原 即時通知

資料備份還原

檔案加解密 離線檢查

而處理 Client 端瀏覽器 Request 的流程也可以由圖 7-2 清楚了解

轉送到TCPProxy Client端 Web Service Web Service將 Reqeust的檔案 Response給 TCPProxy Client端

TCPProxy Client端將Response

轉送到TCPProxy Server端

TCP Proxy 會 bind 到 80 PORT，然後當 Request 進來時，先將檔名 經 DES-X 加密後再搜尋目錄下檔名以此密文開頭的檔案，找到之後再 將此檔的內容經過 SHA-1 來計算其摘要值，並與檔名中的摘要值部份 比對，以檢查檔案的完整性，如果沒問題再將 Request 中的檔名改為 加密後的檔名，再送往 Web Service，收到 Web Service 的 Response 後將傳回給 Client 端；如果檔案有問題便即時將他從備份檔中還原，

並記錄 log 再以 E-mail 方式通知管理者，最後都由 Web Service 的程 式作 Response 後將傳回給 Client 端。

7.1.1 WCR 加密和備份做法說明

我們使用 DES-X 來加密檔案名稱(不包含路徑)，而以 SHA-1 來計算 檔案內容的訊息摘要值，之後將兩者整合變成該加密後的檔案名稱，

也就是說我們的加密處理只變動檔名部分，不會對檔案內容作任何動 作或處理，至於檔案備份工作則是依照使用者設定的備份路徑將檔案 依照原本所在路徑的架構完整備份下來，舉例來說：當備份路徑為 D:\WCR\Backup 而加密過檔名為

E:\e5b7cd8e07106fbda28cee94b167af6fe8d74d8a014e76387d860346.html 則備份檔案為

D:\WCR\Backup\E\e5b7cd8e07106fbda28cee94b167af6fe8d74d8a014e76 387d860346.html。我們由圖 7-3 可以了解加密和備份程式處理檔案的 流程。

圖 7-3 WCR 加密備份程式流程圖

圖 7-3 WCR 加密備份程式流程圖

在文檔中 Web Content Recovery System (頁 37-0)