第8章 网络安全

8.4 网络安全机制与措施
1. 安全机制 网络安全机制（security mechanisms）可分为两类：一 类与安全服务有关，另一类与管理功能有关。 ISO7498-2建议 （1）加密机制 （2）数字签名机制 （3）访问控制机制 （4）数据完整性机制 （5）认证机制 （6）信息流填充机制 （7）路由控制机制 （8）公证机制


私钥好比数字指纹，同时具有解密和加密功能。个人保管，不公 开。 公钥好比安全性极高的挂号信箱地址，公开。
公开密钥密码体制，是由Whitfield Diffie 和Martin Hellman 1976年在国际计算机会议上首次提出来的，并进 一步阐述了非对称密钥的思路：加密使用专门的加密密钥， 解密使用专门的解密密钥；从其中一个密钥不可能导出另 外一个密钥；使用选择明文攻击不能破解出加密密钥。
（1）公私钥生成 ① 随机选定两个大素数p, q ② 计算公钥和私钥的公共模数 n = pq . ③ 计算模数n的欧拉函数 φ(n) . ④ 选定一个正整数e, 使1 < e < φ(n) , 且e与φ(n)互质. ⑤ 计算d, 满足 de ≡ 1 (mod φ(n) ), (k为某个正整数). ⑥ n与e决定公钥, n与d决定私钥. （2）加解密 该过程为小张给小李发消息，公钥为小李的公钥(n & e), 私钥为小 李的私钥(n & d). 小张欲给小李发一个消息M, 他先把M转换为一个大数m < n, 然后用 小李的公钥(n & e)把m加密为另一个大数: c = me mod n 小李收到小张发来的大数c, 着手解密. 通过自己的私钥(n & d), 得到 原来的大数m: m = cd mod n 再把m转换为M, 小李即得到小张的原始消息.
8.5.2 数字认证技术
1. 一次性口令身份认证技术 OTP：在登录过程中加入不确定因素，使每次登录过程中传 送的信息都不相同，以提高登录过程的安全性
2. 数字签名技术 是公开密钥加密技术的一种应用,是指用发送方的私有密钥加 密报文摘要,然后将其与原始的信息附加在一起,合称为数字 签名。这种数据或变换允许数据单元的接收者用以确认数据 单元的来源和数据单元的完整性并保护数据,防止被人进行伪 造。 为使数字签名能代替传统的签名，必须满足下面三个条 件： （1）接收者能够核实发送者对报文的签名； （2）发送者事后不能抵赖对其报文的签名； （3）接收者无法伪造对报文的签名。
发送方通过使用自己的私有密钥对消息加密，实现签名； 接收方通过使用发送方的公共密钥对消息解密，完成验
证
A：
hashing hashing 加 密 器 加 密 器 解 密 器
B：
比 较
摘要
消息正文 摘要
签名 公钥B
解 密 器
私钥A
私钥B 公钥A
数据加密和数字签名的区别 数据加密的作用
保证信息的机密性
2. 公开密钥（非对称）加密技术
特点：
• 公共密钥加密系统的密钥分配和管理比较简单。
对于有n个用户的网络，就只需要n个私有密钥和n个公共密钥
• 安全性更高 • 公共密钥加密系统计算非常复杂，它的速度远赶不上对称密钥加
密系统 实际应用： 公共密钥加密系统通常被用来加密关键性的、核心的机密数据， 而对称密钥加密系统通常被用来加密大量的数据
8.1.2 网络安全的概念与特征 网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到 保护，不会由于偶然或恶意的原因而遭到破坏、更改、泄 露，系统可以连续地、可靠地、正常地运行，并提供相应 的网络服务 网络安全的特征 （1）可靠性 （2）完整性 （3）可用性 （4）保密性
8.1.3 威胁网络安全的原因
1. 包过滤防火墙 数据包过滤用在内部主机和外部主机之间， 过滤系统是 一台路由器或是一台主机。过滤系统根据过滤规则来决定是 否让数据包通过。 通过屏蔽特定的端口可以禁止特定的服务。包过滤系统 可以阻塞内部主机和外部主机或另外一个网络之间的连接， 例如，可以阻塞一些被视为是有敌意的或不可信的主机或网 络连接到内部网络中。
“我们下午5点老地方见!”
“我们下午5点老地方见!”
“???…”
数据加密
•
将明文转换成一种加密的密文，如果没有通信双方共 享的密钥，则无法理解密文。 通过对不知道密钥的人隐藏信息达到保密的目的。
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•
1. 对称密钥加密技术 美国数据加密标准DES AES(高级加密标准) 欧洲数据加密标准IDEA。
网络安全威胁
恶意程序 攻击 被动攻击
计算机病毒 计算机蠕虫 特洛伊木马 逻辑炸弹
截获
2. 网络系统的脆弱性 （1）操作系统的脆弱性 （2）计算机系统本身的脆弱性 （3）电磁泄漏 （4）数据的可访问性 （5）通信系统和通信协议的弱点 （6）数据库系统的脆弱性 （7）网络存储介质的脆弱
8.3 网络安全策略
（Decryption）
举例
为什么要进行数据加密?
窃听:
“我们下午5点老地方见!”
“嘿嘿嘿…”
篡改:
“我们下午5点老地方见!”
“我们下午三点老地方见 !”
重放:
“我们今天下午三点钟见面!”
一天以后: “我们今天下午三点钟见面!”
采用数据加密技术以后
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访问控制限制某些用户对某些资源的操作。防火墙是基于网络的访问控 制技术，工作在网络层、传输层和应用层，完成不同粒度的访问控 制。
(3)防病毒软件与个人防火墙
个人防火墙是防火墙和防病毒的结合。它运行在用户的系统中，并控制 其他机器对这台机器的访问。个人防火墙除了具有访问控制功能外， 还有病毒检测，甚至有入侵检测的功能
优点：
• • • •
当前加密算法非常强大，仅凭密文不掌握密钥几乎不可能解密。
加密方法的安全性依赖于密钥的保密性，而不是算法的保密性。 加密解密速度快
标准：美国数据加密标准(AES)和欧洲数据加密标准（IDEA）
缺点：
• 密钥的分发和管理非常复杂、代价高昂
如果有n个用户的网络，需要n(n－1)/2个密钥，对于用户数目很 大的大型网络，密钥的分配和保存就成了很大的问题。
(4)数据加密
加密技术保护数据在存储和传输中的保密性安全。
(5)鉴别技术
2. 检测 安全策略的第二个安全屏障是检测，即如果入侵发生就 检测出来，这个工具是入侵检测系统（IDS）。 防护主要修补系统和网络的缺陷，增加系统的安全性能， 从而消除攻击和入侵的条件。检测并不是根据网络和系 统的缺陷，而是根据入侵事件的特征去检测的。 入侵检测系统（IDS）是一个硬件系统和软件程序，它的功 能是检测出正在发生或已经发生的入侵事件。这些入侵 已经成功地穿过防护战线。一个入侵检测系统有很多特 征，其主要特征为：检测环境和检测算法。
对称加密，双方具有共享的密钥,只有在双方都知道密钥 的情况下才能使用，通常应用于孤立的环境之中，比如在 使用自动取款机（ATM）时，用户需要输入用户识别号码 （PIN），银行确认这个号码后，双方在获得密码的基础 上进行交易，如果用户数目过多，超过了可以管理的范围 时，这种机制并不可靠。 非对称加密，也称为公开密钥加密，密钥是由公开密钥 和私有密钥组成的密钥对，用私有密钥进行加密，利用公 开密钥可以进行解密，但是由于公开密钥无法推算出私有 密钥，所以公开的密钥并不会损害私有密钥的安全，公开 密钥无须保密，可以公开传播，而私有密钥必须保密，丢 失时需要报告鉴定中心及数据库。
3. 响应 响应就是已知一个攻击（入侵）事件发生之后，进行处 理。 入侵事件的报警可以是入侵检测系统的报警，也可以是通过 其他方式的汇报。响应的主要工作也可以分为两种。第 一种是紧急响应；第二种是其他事件处理。紧急响应就 是当安全事件发生时采取应对措施，其他事件主要包括 咨询、培训和技术支持。
4. 恢复 恢复是事件发生后，把系统恢复到原来的状态，或者比原 来更安全的状态。恢复也可以分为两个方面： 系统恢复：指修补该事件所利用的系统缺陷，不让黑客再 次利用这样的缺陷入侵。系统恢复的另一个重要工作是除 去后门。 系统恢复都是根据检测和响应环节提供有关事件的资料进行 的。 信息恢复：包括系统升级、软件升级和打补丁等。
数字签名的作用
保证信息的完整性 保证信息的真实性 保证信息的不可否认性
8.6 防火墙
8.6.1 防火墙的基本概念 防火墙（firewall）是设置在被保护网络和外部网络之间的 一道屏障，以防止发生不可预测的、潜在破坏性的侵入。在 逻辑上，防火墙是一个分离器，一个限制器，也是一个分析 器，它有效地监控了内部网和Internet之间的任何活动， 保证了内部网络的安全。
RSA简介
RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和 LenAdleman在MIT（美国麻省理工学院）开发的，1978年 首次公布。RSA是目前最有影响的公钥加密算法，它能够 抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公 钥数据加密标准。 RSA算法中，每个通信主体都有两个钥匙，一个公钥一个私 钥。 权威数字认证机构（CA）给所有通信主体（个人或组织） 颁发公钥和私钥，彼此配对，分别唯一。
第8章 网络安全与网络管理
8.1 网络安全基础
8.1.1 网络安全事例
案例1： 美国NASDAQ事故 1994年8月1日，由于一只松鼠通过 位于康涅狄格网络主计算机附近的一条电话线挖洞，造成电源紧 急控制系统损坏，NASDAQ电子交易系统日均超过3亿股的股票 市场暂停营业近34分钟。 案例2：美国纽约银行EFT损失 1985年11月21日，由于计算机软 件的错误，造成纽约银行与美联储电子结算系统收支失衡,发生 了超额支付,而这个问题一直到晚上才被发现,纽约银行当日帐务 出现230亿短款。 案例3：江苏扬州金融盗窃案 1998年9月，郝景龙、郝景文两兄弟 通过在工行储蓄所安装遥控发射装置，侵入银行电脑系统，非法 取走26万元。这是被我国法学界称为全国首例利用计算机网络 盗窃银行巨款的案件。