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BUPT-SCSS-2021-Review

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Muel - Nova
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01 网络空间安全导论-基本理论及技术体系框架​

网络空间​

继海、陆、空、太空之后的第五空间

动态虚拟空间，包括了各种计算系统、网络、硬件软件、数据和信息

网络空间安全​

研究信息在产生、传输、储存、处理的过程中和网络和系统面临的威胁和防御措施

信息安全的主要特征​

机密性 Confidentiality​

信息安全诞生就有的性质

确保信息不能被非授权访问，即使被非授权访问也不能使用

完整性 Integrity​

维护了信息的一致性

确保信息在产生、传输、储存、处理过程中不发生人为或非人为的非授权篡改

可用性 Availability​

保障信息随时可提供服务的能力

确保信息能被授权用户根据需要随时访问

不可否认性​

信息真实的同一性

确保信息在事后无法被用户否认生成、签发、接收

可控制性​

信息、信息系统的监控

信息传播及内容的控制

可审查性​

使用审计、监控、签名等手段使得用户的行为有证可查

有利于事后追责

网络空间安全的主要内容​

物理安全​

基础设施的安全

设备安全、电磁安全

运行安全​

信息系统的安全

系统安全、网络安全

数据安全​

信息自身的安全 加密保护

内容安全​

信息利用的安全

内容识别、大数据隐私

网络空间安全的目标​

  • 进不来（访问控制机制）
  • 拿不走（授权机制）
  • 看不懂（加密机制）
  • 改不了（数据完整性机制）
  • 逃不掉（审计、监控、签名机制）
  • 打不垮（数据备份与灾难恢复机制）

APPDRR 动态安全模型​

PPDR、PDRR - > APPDRR

Assessment 风险分析​

掌握网络安全面临的风险信息，进而采取必要的处置措施

Policy 安全策略​

原则性的指导地位

应根据风险评估及安全的需要做相应的更新

Protection 系统防护​

主动安全防护体系

防火墙、访问控制、数据加密

Detection 实时监测​

网络安全事件检测

入侵检测、流量分析

Reaction 实时响应​

恶意代码防范与应急响应技术

对 DDOS、僵尸网络等资源消耗型攻击的抵御

Restoration 灾难恢复​

提高网络与信息系统的生存性、抗毁性和可靠性

数据远程备份及快速恢复

灾难迁移与恢复

02 网络空间安全导论-密码 V2​

密码系统的组成​

明文(Plaintext)​

信息的原始形式

密文(Ciphertext)​

明文经过编码变换所生成的

加密算法​

对明文经过编码变换的过程叫做加密（Encryption），编码的规则叫做加密算法

解密算法​

将密文恢复出明文的过程叫做解密（Decryption），恢复的规则叫做解密算法

密钥​

控制明文与密文之间相互转换的，分为加密密钥和解密密钥

密码体制的分类​

按数据处理特点分类​

  • 分组密码：加密数据以组为单位
  • 序列密码：以比特为单位

按密码发展阶段分类​

  • 传统密码（古典密码）
    • 置换密码：打乱明文顺序（滚筒密码）
    • 代换密码：改变明文的字母（凯撒密码）
  • 现代密码

按密码特点分类​

  • 对称密码
  • 非对称密码（公钥密码）

分组密码和序列密码可以看作是对称密码的分类

密码设备应具有的要素​

安全、性能、易用、成本

分组的设计思想及其含义​

混乱​

密钥、密文、明文之间的依赖关系复杂，使密码分析者难以利用

扩散​

明文的每一位数字影响密文的很多位数字，隐蔽明文数字统计特征

密钥的每一位数字影响密文的很多位数字，防止对密钥逐段破解

Enigma 密码机​

接线板​

增加密钥量

转子​

增加算法复杂度

反射器​

加解密算法相同

每日密钥​

密钥加密密钥

通信密钥​

会话密钥

密码本​

密码本是核心。

密码算法公开，安全依赖密钥

五要素​

  • 明文：明文
  • 密文：密文
  • 加密算法：单表代换+多表代换
  • 解密算法：相同
  • 密钥：接线板设置、转子排序、转子位置

~DES 加密算法​

分组密码，将明文64bits分组，以56bits的密钥，生成48bits的子密钥加密，生成64bits的密文分组

子密钥生成算法​

简单、生成快

密钥的所有 bit 对每个子密钥 bit 的影响大致相同

轮函数​

  • 非线性：体现算法复杂度
  • 可逆性：实现解密
  • 雪崩效应

序列密码中密码序列产生器的要求​

  • 种子密钥长度长
  • 极大周期
  • 随机性
  • 不可逆性
  • 雪崩效应
  • 密钥序列不可预测（知道前半段不能推后半段）

对称密码​

优点​

运算速度快

密钥相对比较短

无数据拓展

缺点​

密钥分发难以实现

需秘密保存的密钥量大，难以维护

难以实现数字签名和认证的功能

公钥密码​

意义​

公钥密码体制是现代密码学的一个标志，是目前为止密码学史上最大且唯一真正的革命

思想​

加密密钥是公钥

解密密钥是私钥

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优点​

密钥分发容易

需秘密保存的密钥量小

可以实现数字签名和认证的功能

不足​

运算速度慢

密钥长度长

有数据拓展

来自哈希和认证： 在没有证书的情况下无法确认对方获得公钥的身份

~Diffie-Hellman 密钥交换​

方案​

公开协商 p 和 g

Alice 和 Bob 各自选取一个数 a, b

计算g^a mod p = Ka 和 g^b mod p = Kb传送给对方

有Ka^b mod p = Kb^a mod p = K

K 就是密钥

成就​

解决了不可能的问题

不足​

必须同时在线

RSA 公钥密码​

单项陷门函数​

已知 P 和 M，计算 C=P(M)容易

已知 C 不知 S，计算 M 困难

已知 C 和 S，计算 M=S(C)容易

~算法​

  • 选取两个大素数 p 和 q

  • 计算 n=p*q

  • 选取 e，满足 gcd(e,φ(n))=1

  • d*e ≡1（mod φ(n)）

p 和 q 保密

e 和 n 为公钥

d 为私钥

Ø 加密算法：c=E(m)≡m^e(mod n)

Ø 解密算法：m=D(c)≡c^d(mod n)

简评​

  • 第一个实用的公开密钥算法。
  • 目前使用最多的一种公钥密码算法。
  • RSA 的理论基础是数论的欧拉定理。
  • RSA 的安全性依赖于大数的素因子分解的困难性。
  • 密码分析者既不能证明也不能否定 RSA 的安全性。
  • 既能用于加密也能用于数字签名。
  • 目前密钥长度1024 位是安全的。

基于公钥密码的密钥分配​

看不懂，是不是说 Ks(Ks(N1)) = D ?

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中间人攻击​

C 替换了 B 的公钥为 C 的公钥，

劫持 A 发送给 B 的消息（实际上用了 C 的公钥加密），

使用 C 的私钥解密读取信息，

再使用 B 的公钥加密信息再发送给 B

03 网络空间安全导论-哈希和认证​

Hash 函数的性质​

特点​

  • 输入任意长
  • 输出定长
  • 容易计算
  • 单向性

安全性​

  • 抗弱碰撞

  • 抗强碰撞

  • 雪崩效应

Hash 函数的实现基本过程​

以 SHA-1 为例

初始值和消息分组 M0 作为 Hash 的参数传入，得到一个 160bits 的 output1

将输出与 M1 作为 Hash 的参数传入，得到一个 160bits 的 output2

...

最后得到 Hash 值

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消息认证​

目的​

  • 消息源认证：来源真实
  • 消息完整性认证：未被篡改

消息认证码(Messages Authentication Codes)​

与单向哈希函数类似，但多了一个密钥作为参数，不同的密钥会产生不同的 hash 值。即可以在确定消息未被篡改的同时验证发送者

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数字签名​

特点​

  • 签名是可信的：任何人都可以验证
  • 签名是不可伪造的：除了消息发送者任何人伪造签名都是困难的
  • 签名是不可复制的：一个消息的签名不可用于另一个消息
  • 签名的消息是不可篡改的：签名后的消息被篡改后任何人都可以发现
  • 签名是不可抵赖的：签名者不能抵赖自己的签名

签名方案的组成​

五元空间{P, S, K, Sig, Ver}

  • P：明文空间
  • S：签名空间
  • K：密钥空间
  • Sig：签名算法
  • Ver：验证算法

签名过程​

  • 系统初始化过程：生成签名者的公私钥对等（上面的五元空间）
  • 签名生成过程：利用私钥使用签名算法对消息产生签名
  • 签名验证过程：利用公钥使用验证算法对消息验证

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消息认证与数字签名的区别​

消息认证数字签名
发送者用对称密钥计算 MAC用私钥生成签名
接受者用对称密钥计算 MAC用公钥验证签名
密钥分发问题存在不存在，但公钥需要另外认证
效率高低
完整性支持支持
认证性支持(仅限通信双方)支持(可适用于任何第三方)
不可否认性不支持支持

数字证书​

将证书持有者的公钥及身份信息进行绑定的文件

内容​

  • 版本号
  • 序列号：CA 分配的唯一编号
  • 认证机构表示
  • 主体标识：证书持有者的名字
  • 主体公钥
  • 证书有效期：分为开始有效期和失效期
  • 证书用途
  • 扩展内容：证书附加信息
  • 发证机构签名：以以上内容用发证机关的私钥生成的签名

特点​

  • 证书是文件，可复制
  • 任何具有 CA 公钥的人都可以进行认证
  • 除了 CA 外不能伪造、篡改证书
  • 证书安全性依赖于 CA 的私钥

04 网络空间安全导论-恶意代码与计算机病毒​

恶意代码​

含义​

未经授权在信息系统中安装执行达到不正当目的的程序

狭义：计算机病毒、木马、后门、逻辑炸弹等恶意编制的计算机代码

广义：狭义的基础上，可能造成影响或隐患的垃圾软件、广告软件等

特征​

  • 可执行代码：嵌入正常程序 \ 独立程序
  • 恶意目的：经济利益 \ 成就感
  • 强制安装：漏洞 \ “误”操作
  • 难以卸载：不提供通用卸载方法，甚至可能复活
  • 破坏性

计算机病毒​

含义​

编制者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或数据、影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码

特征​

  • 传染性：病毒的基本、必备特征
  • 执行性：一段可执行程序，但一般不是完整的程序
  • 寄生性：嵌入到宿主程序中、依赖宿主程序
  • 非授权性：病毒的执行是对用户未知的
  • 隐蔽性：自身及传染过程是隐蔽的
  • 衍生性：逃避查杀可以有多个变种
  • 破坏性

生命周期​

  • 创造期
  • 感染期：传播过程
  • 传播期：复制与传播过程
  • 发病期
  • 发现期
  • 根除期
  • 灭绝

主要组成​

  • 引导模块：随系统或程序的执行进入内存
  • 传染模块：实现感染
  • 表现模块：实施破坏

关键点​

  • 传播方式
  • 寄生方式：动态（内存中） | 静态（磁盘等介质上）；消灭静态病毒就不会出现动态病毒
  • 激活方式

发展趋势​

  • 计算机网络（互联网、物联网）成为计算机病毒的主要传播途径
  • 计算机病毒变形的速度快并向混合型、多样化发展
  • 传播方式和运行方式的隐蔽性
  • 计算机病毒技术与黑客技术将日益融合
  • 物质利益或特殊目的将成为推动计算机病毒发展的最大动力。

木马​

含义​

附着在应用程序或单独存在的恶意程序

一般利用TCP/IP协议，采用C/S（Client / Server)结构，实现对感染计算机的控制

组成​

  • 服务端（Server）

  • 客户端（Client）

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技术手段​

  • 植入技术
    • 主动：利用漏洞或病毒
    • 被动：诱骗下载
  • 自动启动技术
  • 隐蔽技术
  • 远程监控技术

与病毒的区别​

病毒木马
主要区别具有传染性不能自我复制
目标进行破坏行为以偷盗为主

新 05-+网络攻击​

攻击技术​

攻击的含义​

任何非授权的行为

网络攻击的含义​

任何非授权的攻击者通过计算机网络 入侵目标系统的行为，包括查看、偷取、修改、控制、破坏等

攻击方法​

攻击​

  • 物理攻击：断电、断网
  • 非物理攻击：网络的远程攻击

网络攻击​

从网络的安全属性看，可分为

  • 被动攻击：截取攻击（收集信息）：针对机密性；流量分析
  • 主动攻击：
    • 阻断攻击：针对可用性；DOS 攻击
    • 篡改攻击：针对完整性；替换攻击
    • 伪造攻击：针对真实性；欺骗攻击
    • 重放攻击

DNS​

Domain Name System，IP 和域名相互映射的分布式数据库

DoS​

含义​

拒绝服务攻击

阻止或拒绝合法使用者存取网络服务的一种破坏性攻击手段

原理​

正常 TCP 三次握手：

  • ->SYN 请求
  • <-SYN/ACK 响应
  • ->ACK 数据包

DoS 攻击：

  • 提供虚假的 IP 源地址的 SYN
  • 服务器响应，向虚假 IP 发送 SYN/ACK 并保持连接等待 ACK
  • 无响应，服务器重试并等待一段时间

DDoS:

利用僵尸网络分布式进行拒绝服务攻击

  • 探测：扫描有漏洞的主机
  • 植入：向有漏洞的主机上植入木马
  • 管理：选出 MasterServer，放置守护程序
  • 命令：发送给 MasterServer 命令，准备启动攻击
  • 实施：MasterServer 发送攻击信号给其他主机，开始攻击
  • 结果：目标系统被伪造请求淹没，无法相应正常用户请求

~APT 攻击​

定义​

高级持续性攻击

新 06+网络防御(防火墙)​

防火墙​

含义​

一种高级访问控制设备，置于不同网络安全域之间，通过安全策略来控制（允许、拒绝、记录）进出网络的访问行为

功能​

基于时间

基于流量

NAT 功能

VPN 功能

日志审计

不足​

  • 传输延迟、瓶颈和单点失效
  • 不能实现一些安全功能
    • 内部的攻击
    • 不通过防火墙的连接
    • 利用标准协议缺陷的攻击
    • 数据驱动式的攻击（缓存区溢出）
    • 策略配置不当的威胁
    • 本身安全漏洞的威胁

趋势​

  • 多功能化
  • 性能优化
  • 分布式防火墙
  • 强大审计和自动分析
  • 与其他网络安全技术结合

包过滤​

基于 IP 地址来监视和过滤网络上流入和流出的 IP 包，只允许与指定的 IP 通信

NAT​

含义​

Network Address Translation，网络地址转换

一对一和多对一的地址转换

好处​

  • 缓解 IP 地址匮乏
  • 内部网络可以使用私有 IP 地址
  • 隐藏内部网络结构，提高安全性

VPN​

含义​

Virtual Private Network，虚拟专用网

通过一个公共网络建立一个临时、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全和稳定的隧道，能提供与专用网络一样的安全和功能保障

好处​

  • 数据完整性：通过公共网络传输的信息不可篡改
  • 数据保密性：信息即使被截获也不会泄密
  • 身份认证：验证用户身份；限制非授权用户的访问；用户对资源的访问控制
  • 多协议支持（透明性）：能够嵌入公共网络的常用协议

入侵检测（IDS）​

含义​

记录数据、分析异常数据、透过伪装抓住实际内容

入侵防御检测(IPS)​

含义​

检测入侵的发生、通过一定的响应中止入侵的发生和发展

使得 IDS 和防火墙走向统一

漏洞扫描系统​

含义​

自动检测远程或本地主机在安全性方面弱点和隐患的程序包

漏洞​

含义​

硬件、软件或策略上存在的安全缺陷，从而使得攻击者能够在未授权的情况下访问、控制系统。

安全漏洞​

含义​

为堵塞安全漏洞而开发的原软件升级或结合的程序

07 信息系统安全-身份认证技术​

信息系统安全​

内容​

软件

  • 信息系统自身安全
    • 身份认证
      • 作用：确保资源只被授权的人使用
      • 意义：信息系统安全的第一道防线
    • 访问控制
    • 安全审计
    • 数据备份
  • 网络安全
  • 操作系统安全

硬件

  • 硬件安全
  • 环境安全

零知识证明​

在不提供任何有用的信息的情况下，向 V 证明某个论断是正确的。

Alice 告诉 Bob 她有房间的钥匙，但她不把钥匙展示出来。

取而代之的，她取出了只有房间里才有的一件物品，Bob 不得不相信她有钥匙，但是 Bob 始终没有办法看到钥匙。

基于 Hash 函数的口令认证​

好处​

  • 口令不存放在任何地方
  • 口令以散列值的形式存储
  • 口令不会被管理员知道

更改口令​

  1. 使用原口令的 hash 值作为密钥加密新口令的哈希值
  2. 使用数据库中原口令的哈希值解密密文得到新口令的哈希值
  3. 替换哈希值

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认证过程​

  1. 生成一个随机数，作为提问值。以随机数和口令的哈希值作为参数生成新哈希值
  2. 随机数与数据库的哈希以同样的方式生成哈希值，与传输的哈希值进行匹配

基于密码技术的单向身份认证​

基于对称密码的单向身份认证​

A 和 B 的互相认证：A 发出请求后 A 认证 B，认证后的发送让 B 认证 A

  1. IDA 和 rA 通过公开信道传输给 B
  2. B 收到后生成 Ks 和 rB，利用 Kab 加密发送加密后的 Ks，IDB，rA，rB 给 A
  3. A 使用 Kab 解密得到明文的 Ks，IDB，rA 和 rB，确认 rA=rA，证明消息来源于 B，A 认证 B 成功。Ks 加密 rB 发送给 B
  4. B 使用 Ks 解密 rB，确认 rB=rB，B 认证 A 成功

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基于证书的单向身份认证（没看懂）​

  1. A 生成 Ks，rA，使用 B 的公钥加密 Ks，对 rA，IDA，IDB 签名，给 B 发送加密后的 Ks、A 的证书和签名

  2. B 验证 A 的证书获取 A 的公钥，验证 S 的有效性后认证 A 是 A，使用私钥解密得到 Ks

  3. B 选取 rB，使用 Ks 加密 rB 发送给

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指纹身份认证​

重要安全指标​

  • 错误接受率：本应拒绝的而接受了
  • 错误拒绝率

主要方式​

  • 辨识：一对多
  • 验证：一对一

访问控制​

简介​

实现既定安全策略的系统安全技术，通过某种方法管理者所有资源的访问请求。

安全审计​

简介​

最后一道防线

对与安全有关的相关信息进行识别、记录、存储、分析

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