《電子技術應用》
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基于HCPN模型的TLS1.3协议安全性分析
网络安全与数据治理 5期
陈真好1,田学成2
(1.南京天畅信息技术有限公司,江苏 南京211100;2.国电南京自动化股份有限公司,江苏 南京211100)
摘要: 传输层(Transport Layer Security,TLS)协议是保证网络传输安全的重要标准协议,实现了数据加密和数据完整性以及身份验证。由于TLS协议一直存在很多安全漏洞,因此不断更新。目前最新版本TLS1.3(RFC 8846)已经发布,较之前TLS1.2(RFC 5246)在协议内容上有很大改进,提高了安全性和传输效率。使用层次着色Petri网(HCPN)的建模方法对TLS1.3握手协议进行建模,同时添加Delov-Yao攻击模型,并分析了对应模型下的状态空间报告。实验结果表明新发布的TLS1.3握手协议预主密钥有良好的机密性,并且身份认证满足协议规范的安全属性要求。目前国内在协议形式化分析方法的研究方面很少,本文研究在协议形式化分析方法上对其他协议分析具有理论指导意义。
中圖分類號: TN915.08
文獻標識碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2097-1788.2022.05.008
引用格式: 陳真好,田學成. 基于HCPN模型的TLS1.3協議安全性分析[J].網絡安全與數據治理,2022,41(5):49-58.
Security analysis of TLS1.3 protocol based on HCPN model
Chen Zhenhao1,Tian Xuecheng2
(1.Nanjing Tianchang Information Technology Co.,Ltd.,Nanjing 211100,China; 2.Guodian Nanjing Automation Co.,Ltd.,Nanjing 211100,China)
Abstract: The Transport Layer Security(TLS) protocol is an important standard protocol for ensuring network transmission security, which realizes data encryption, data integrity, and identity verification. TLS protocol has been updated because there are many security vulnerabilities.Currently, the latest version is TLS1.3(RFC 8846) which has been released. Compared with the previous TLS1.2(RFC 5246), the content of the protocol has been greatly improved, improving security and transmission efficiency. In this paper, a hierarchical colored Petri net(HCPN) modelling method is used to model the TLS1.3 handshake protocol. At the same time, a Delov-Yao attack model is added, and we also analyze the state space report under the corresponding model. Finally,the experimental results show that the newly released pre-master key of the TLS1.3 handshake protocol has good confidentiality, and the identity authentication meets the security attribute requirements of the protocol specification. At present, there are few types of research on formal analysis methods of protocols in China. Therefore,This paper has theoretical guidance significance for other protocol analysis in terms of formal analysis methods of protocols.
Key words : TLS1.3;CPN Tools;TLS1.3 handshake protocol;formal analysis

0 引言

TLS協議作為一種協議安全機制最初是由Netscape Communications公司與1995年開發的安全套接層(Secure Sockets Layer,SSL)演變而來的[1],之后由國際互聯網工程任務組(Internet Engineering Task Force,IETF)指定規范并逐漸升級到TLS1.2。在不斷的使用過程中發現TLS協議存在很多安全風險[2]。新發布的TLS1.3版本協議內容上較之前有較大的改變,增強了算法的安全性,同時減少了會話次數,提高了效率[3]。在TLS1.3協議安全研究方面,Cas Cremers等人使用Tamarin工具對協議做符號形式化的分析[4],但該工具攻擊模型需要手動輸入,設置比較復雜很難掌握,并且不能反映協議執行細節問題。王小峰等人使用基于Applied PI演算對TLS1.3做形式化建模[5],使用分析工具ProVerify驗證了握手協議的認證性和預主密鑰的機密性,但該工具在協議漏洞發現上存在欠缺,只能用來驗證協議的安全屬性是否符合規范。 

本文使用CPN Tools形式化建模工具分析TLS1.3握手協議。CPN Tools建模工具可以直觀地描述協議執行的細節問題,并且根據需要添加網絡時間延遲,更加細致地模擬協議執行過程。它提供狀態空間分析方法和模型檢測來驗證協議安全性能。因為TLS握手協議密鑰建立方式的復雜性和身份認證的多樣性,本文基于密鑰建立方式為有限域上的橢圓曲線方法[3]。基于層次著色Petri網(HCPN)[6]的建模方法使用CPN Tools工具對TLS1.3握手協議進行建模,分析其狀態空間,并添加Delov-Yao[7]敵手攻擊模型,驗證協議的安全屬性,根據狀態空間輸出的數據判斷TLS1.3握手協議預主密鑰和身份認證的安全性是否滿足協議規范的安全屬性要求。




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作者信息:

陳真好1,田學成2

(1.南京天暢信息技術有限公司,江蘇 南京211100;2.國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京211100)



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