13.1 摘要认证的改进

• 本章只需了解摘要认证的基本概念和流程即可，关于 HTTP 的安全问题，重点关注下一章。
• 基本认证便捷灵活，但极不安全。用户名和密码都是以明文形式传送的，也没有采取任何措施防止对报文的篡改。安全使用基本认证的唯一方式就是将其与 SSL 配合使用。
• 摘要认证与基本认证兼容，但却更为安全。
• 摘要认证进行了如下改进：
  
  • 永远不会以明文方式在网络上发送密码。
  • 可以防止恶意用户捕获并重放认证的握手过程。
  • 可以有选择地防止对报文内容的篡改。
  • 防范其他几种常见的攻击方式。
• 摘要认证并不是最安全的协议。比如，与基于公有密钥的机制相比，摘要认证所提供的认证机制就不够强。同样，摘要认证除了能保护密码外，并没有提供保护其他内容的方式——请求和应答中的其余部分仍然可能被窃听。
• 摘要认证并不能满足安全 HTTP 事务的很多需求。对这些需求来说，使用传输层安全(Transport Layer Security，TLS)和安全 HTTP (Secure HTTP，HTTPS)协议更为合适一些。但摘要认证比它要取代的基本认证强大很多。

1. 用摘要保护密码

• 摘要认证遵循的箴言是“绝不通过网络发送密码”。客户端不会发送密码，而是会发送一个“指纹”或密码的“摘要”，这是密码的不可逆扰码。
• 客户端和服务器都知道这个密码，因此服务器可以验证所提供的摘要是否与密码相匹配。
• 只拿到摘要的话，除了将所有的密码都拿来试试之外，没有其他方法可以找出摘要是来自哪个密码的。
• 摘要认证简要工作原理：
  
  1. 图a，客户端请求了某个受保护文档。
  2. 图b，在客户端能够证明其知道密码从而确认其身份之前，服务器拒绝提供文档。服务器向客户端发起质询，询问用户名和摘要形式的密码。
  3. 图c，客户端传递了密码的摘要，证明它是知道密码的。服务器知道所有用户的密码，因此可以将客户提供的摘要与服务器自己计算得到的摘要进行比较，以验证用户是否知道密码。另一方在不知道密码的情况下，很难伪造出正确的摘要。
  4. 图d，服务器将客户端提供的摘要与服务器内部计算出的摘要进行对比。如果匹配，就说明客户端知道密码(或者很幸运地猜中了)。可以设置摘要函数，使其产生很多数字，让人不可能幸运地猜中摘要。服务器进行了匹配验证之后，会将文档提供给客户端——整个过程都没有在网络上发送密码。
     

2. 单向摘要

• 摘要是“对信息主体的浓缩”。摘要是一种单向函数，主要用于将无限的输入值转换为有限的浓缩输出值。理论上来讲，我们将数量无限的输入值转换成了数量有限的输出值，所以两个不同的输入值就可能映射为同一个摘要。这种情况被称为冲突(collision)。实际上，由于可用输出值的数量足够大，所以在现实生活中，出现冲突的可能是微乎其微的，对我们要实现的密码匹配来说并不重要。
• 常见的摘要函数 MD5 会将任意长度的字节序列转换为一个 128 位的摘要。MD5 表示“报文摘要的第五版”，是摘要算法系列中的一种。安全散列算法(Secure Hash Algorithm， SHA)是另一种常见的摘要函数。
• MD5 输出的 128 位的摘要通常会被写成 32 个十六进制的字符，每个字符表示 4 位。
• 有时也将摘要函数称为加密的校验和、单向散列函数或指纹函数。

3. 用随机数防止重放攻击

• 仅仅隐藏密码并不能避免危险，因为即便不知道密码，别有用心的人也可以截获摘要，并一遍遍地重放给服务器。摘要和密码一样好用。
• 为防止此类重放攻击的发生，服务器可以向客户端发送一个称为随机数(nonce)的特殊令牌，这个数会经常发生变化(可能是每毫秒，或者是每次认证都变化)。客户端在计算摘要之前要先将这个随机数令牌附加到密码上去。
• 随机数是在 WWW-Authenticate 质询中从服务器传送给客户的。

4. 摘要认证的握手机制

• 摘要认证在传统首部中添加了一些新的选项，还添加了一个新的可选首部 Authorization-Info。
• 摘要认证简要三步握手机制：
  
  1. 服务器会计算出一个随机数。
  2. 服务器将这个随机数放在 WWW-Authenticate 质询报文中，与服务器所支持的算法列表一同发往客户端。
  3. 客户端选择一个算法，计算出密码和其他数据的摘要。
  4. 将摘要放在一条 Authorization 报文中发回服务器。如果客户端要对服务器进行认证，可以发送客户端随机数。
  5. 服务器接收摘要、选中的算法以及支撑数据，计算出与客户端相同的摘要。然后服务器将本地生成的摘要与网络传送过来的摘要进行比较，验证其是否匹配。如果客户端反过来用客户端随机数对服务器进行质询，就会创建客户端摘要。服务器可以预先将下一个随机数计算出来，提前将其传递给客户端，这样下一次客户端就可以预先发送正确的摘要了。
     
• 这些信息中很多是可选的，而且有默认值。基本认证与摘要认证的语法对比：