生活中的『密码风云』

不知你是否看过一部名为《窃听风云》的电影?它似乎预言了个人通信安全危机的悄悄降临。
　　2009年底,德国计算机专家诺尔博士正式宣布破解了GSM制式手机的通信密码A5/1,并公开了破解方式。如今,你甚至不需要任何一件电影中那般专业的器材,而只需要下载一个软件,再购买一台滤波器,就可以轻易窃听到身边GSM制式手机的通话。
　　这样“耸人听闻”的开场白一定让你感到不安,不过可能更让你感到无奈的是:GSM在通信中使用的密钥其实早已经被解开了,对于业界来说,这早已不是一个新闻。可能你的通话在你不经意之间早就被人窃听。而且,受到波及的不只是手机通话,不久前爆出的MSN聊天监听门就曾使全世界的网络用户人心惶惶:只要安装一个软件,就可以监听到整个网段所有用MSN联系的内容;你平时浏览的网站、写的电邮、甚至网上购买的商品的信息,都会以明文的方式在他人眼皮底下流过。在不安全的信息传输过程中,你的个人信息会被人窥视得一清二楚。
　　
　　对称密钥与不对称密钥
　　
　　说到密码破解技术,我们首先要明白密码的含义。在当代社会,数字通信技术被广泛应用,而有数字通信的地方,就有密码技术。个人隐私、商业机密和国家安全都建立在高度发达的密码技术之上。简单地说,密码技术是将可理解的信息变换为一般人不可识别的信息,同时又可复原原信息的技术。
　　一个没有学过莫尔斯电码的人听到“滴答”声只会觉得是噪音,而懂得电码的人则能从滴答声中获得信息量巨大的情报。电影《风声》中所描述的,就是利用莫尔斯电码来传递暗杀命令的场景。而孩童时期的我们为了迷惑父母和老师,常将出去踢球说成“去补课”的行为,也同样可以被认为是一种密码设定,事实上,这就是最简单的加密。
　　明文信息变换为加密信息的过程称为“编码”或“加密”,复原密文的过程称为“译码”或“解密”。而编码和译码的关键就在于加密的方式,如同开锁的钥匙,称为“密钥”。
　　密码的初衷是为了保护我们的隐私,但随着破解手段的成熟,它倒可能反过来成为出卖你的罪魁祸首。二战时,美军正是因为破译了日军的电码密钥,才能在太平洋战场上屡屡占得先机。虽然其最主要的原因是美军打捞到了日军的密码本,进而通过密码本破解了电码;但更深层的原因是加密与解密使用的是同样的密钥—这种收发密文双方使用同样密钥的模式,称为“对称密钥”。其缺点很明显:一旦任何一方泄露了密钥,加密信息就形同虚设。
　　“对称密钥”还有一点不安全,在于通信双方无法鉴别对方身份。比如美军在破解日军密码后,便可以伪装成日军部队与本部及其他部队通信而无法被发现。为了克服这一缺陷,专家们提出了“不对称密钥”。与对称加密技术不同,不对称加密技术在加密解密中使用两种密钥,一个称为“公钥”,另一个称为“私钥”。两把密钥互为补充,一个负责加密,另一个就负责解密。用公钥加密的信息,只有用私钥才能解密,反之亦然。而由于“私钥”与“公钥”具有方向性,所以可以很容易就确认通信双方的身份。
　　
　　数字签名
　　
　　由于技术限制,在GSM制式最初的研发中并没有采用不对称密钥,而是使用了对称密钥进行鉴权(确认身份)与通信。鉴权的加密方式由于SIM卡克隆技术与“黑手机”技术的出现已经形同虚设,其本身并不需要破解密钥,只需要复制信息即可;只不过,盗用身份的技术其实并不用于窃听,而主要用于盗窃话费。另外,技术专家也有相应的防范措施。
　　而对通信的加密建立在两个前提之上:首先,通信的加密方式是建立在鉴权基础之上的;其次,通信与鉴权的加密方式是不同的。每次发起通话时,GSM网络都会根据手机密钥生成一个临时的通信密钥,而诺尔博士破解了这个生成临时通信密钥的变换程序,换句话说,从此,任何人都可以手拿“万能钥匙”打开GSM通信的大门。
　　为了防止这种手拿“万能钥匙”到处闯空门的做法,密码专家在不对称密钥的基础上提出了“数字签名”,加入了数据验证环节。数字签名技术除了使得保密性更高、身份验证更完备以外,用户数据的完整性也得到了保障。这就杜绝了黑客在数据传输过程中虽无法破解加密,但能够恶意篡改密文而导致译码失败的情况。因此,数字签名获得了在法律上与签字画押同样的效应。而你在生活中可能早就接触过这个名词:在网上购物,或是在手机上安装软件时,都会跳出“数字签名”的窗口要求你确认。
　　
　　伪造身份
　　
　　但数字签名也不完全是安全的。数字签名检验信息完整性最常用的算法是MD5函数,这是20世纪90年代麻省理工学院开发出的一套校验算法。无论数据的大小如何,MD5函数都能将其变换为一个唯一的固定长度的数值,如同一个人的指纹,具有独特性。经常下载软件的人大概都知道,为了鉴别软件是否曾被第三方更改,发布方都会提供一个MD5的校验码,哪怕对软件进行一个字节的改动,都会导致MD5校验码改变。
　　但在2005年的国际密码年会上,来自中国山东大学的王小云教授提出了MD5算法的漏洞,并对其进行了破译。这一漏洞最直接的后果就是,两份不同的文件可以得出同一个MD5校验码,而这时,数字签名就失去了作用。在信息已经被修改的情况下,身份是否能被确认已经不重要了—即便进入了房间也毫无意义,因为你连房间都进错了。
　　更糟糕的是,由于MD5算法的广泛使用,结合普通密钥,它可以直接被用来作为“鉴权”的方式,而不必再用复杂的“数字签名”中的特殊算法。当你登录邮箱输入密码时,系统后台会使用MD5算法来校验你输入的密码信息,但这并不是明文表示的;而当你忘记密码时,管理员会发给你一个随机密码,不过管理员自己却看不到这个密码,因为他只能看到MD5计算后的校验值。GSM制式被破解的部分是密钥,而王小云教授的算法不能看到信息的明文,但却能伪造身份。设想一下,当你认为你在与最好的朋友聊天的时候,对方实际上却是你不认识的人,这有多可怕。
　　
　　“绝对安全”并不存在
　　
　　但并非所有黑客都能像王教授这样,在算法的基础层面上将整个密码系统彻底动摇。更多的时候,他们的做法并不触及密钥,而是采用更经济、技术手段更低的方式来危害用户安全,这才是绝大多数信息犯罪惯用的方式。这些黑客大多利用系统漏洞,采用字典破解法与穷举破解法来获得用户的密码,进而获得操作权限与有价值的信息来进行犯罪。要预防这样的手段,除了使用正版系统并第一时间升级外,还要注意自身的密码保护。
　　归根结底,由人所设计的密码必然会被人所破解。在密码学中,完全的安全称为“无条件安全”,是指密文透露的明文信息不够多,而导致无法从密文确定到唯一的明文。这就像是破译古代文字,若是没有一定的确定解读方式,那么便可以有无数种解读方法,只不过,这些解读结果几乎没有意义。而密码学家比较关心的是第二种安全—“计算安全”,这是指在一定的计算条件下,密码在一定长的时间内不能被破解。但随着电脑技术的发展,计算速度已经完全超出了人类的想象,A5/1密码在问世之初,曾被证明使用一台电脑得花上10万年才能计算出密钥,然而诺尔博士只用了80台电脑在3个月内就将其破译了。
　　或许你会对诺尔博士或王小云教授这样的密码专家提出异议:为什么要去破解密钥或算法?实际上,以GSM制式通信加密技术被破解为例,早在20世纪就有人破解了当时GSM通信中较弱的A5/2算法,从而迫使各移动通信运营商使用了更强的A5/1算法;在这之后又有组织提出了未公开的破解方式,不过,这种新式的不公开破解方式让GSMA(制定GSM标准的国际组织)及运营商无从下手,而正是诺尔博士的公开破解让我们有了补救机会。王小云教授等专家提醒了我们:密码使用中总有被忽视的环节,正如同没有绝对的盾一般,绝对的安全也是不存在的。
　　(孙丹梅摘自中新网,刘展国图)
（作者：李世一）