密码编码学与网络安全（第五版）课件：01-概论.ppt

1、信息保障与安全信息保障与安全主讲主讲: :郭曦郭曦华中农业大学华中农业大学（E-mail: 2022-1-20华中农业大学信息学院22022-1-202教材和参考书教材和参考书n教材：教材：qWilliam Stallings, Cryptography and network security: principles and practice, 5rd Edition q密码编码学与网络安全密码编码学与网络安全原理原理与实践（第五版），电子工业与实践（第五版），电子工业出版社，出版社，2012.012022-1-20华中农业大学信息学院32022-1-203教材和参考书教材和参考书n参考教材

2、：参考教材：q马建峰马建峰. 计算机系统安全（第二版）计算机系统安全（第二版） ，西安电子科，西安电子科技大学出版社，技大学出版社，2007.q卢开澄计算机密码学卢开澄计算机密码学计算机网络中的数据保密计算机网络中的数据保密与安全（第与安全（第3版）版） 清华大学出版社，清华大学出版社， 2003.qBruce Schneier. Applied Cryptography, Protocols, algorithms, and source code in C (2nd Edition)，1996 (中译本：应用密码学协议、算法与中译本：应用密码学协议、算法与C源程序，源程序， 机械工业出版社

3、机械工业出版社，2000.1)q闵嗣鹤闵嗣鹤 ，初等数论，高等教育出版社，初等数论，高等教育出版社，2003.q2022-1-20华中农业大学信息学院4学习目标学习目标n理解信息安全的基本原理和技术;n了解一些最新研究成果;n掌握网络与信息安全的理论基础,具备研究与实践的基本能力。2022-1-20华中农业大学信息学院5主要安全内容主要安全内容n密码学n计算机安全n网络安全nInternet安全2022-1-20华中农业大学信息学院6课程内容课程内容n第一部分第一部分 对称密码对称密码q对称密码，古典算法和现代算法，对称密码，古典算法和现代算法，DES和和AESn第二部分第二部分 公钥密码公钥

4、密码q公钥密码，公钥密码，RSA和和ECC，公钥密码的应用，公钥密码的应用n第三部分第三部分 网络安全网络安全q密码算法和安全协议的应用，用户认证、电子邮件、密码算法和安全协议的应用，用户认证、电子邮件、IP安安全和全和Web安全安全n第四部分第四部分 系统安全系统安全q系统安全措施，入侵、病毒、蠕虫和防火墙技术系统安全措施，入侵、病毒、蠕虫和防火墙技术2022-1-20华中农业大学信息学院7考核方式考核方式n方式：方式：q课堂讲授课堂讲授q课外阅读课外阅读n考试：考试：q 闭卷考试闭卷考试2022-1-20华中农业大学信息学院8引引 言言2022-1-20华中农业大学信息学院9三个关键概念三

5、个关键概念n计算机安全（计算机安全（Computer Security）q对于一个自动化的信息系统，采取保护措施确保信息系统资源（包括硬件、软件、固件、信息/数据和通信）的保密性、完整性、可用性。NIST计算机安全手册n网络安全网络安全（ Network Security ）q 保护数据在传输中安全的方法n互联网安全（互联网安全（ Internet Security ） q 保护数据安全通过互联网络的方法2022-1-20华中农业大学信息学院10网络安全核心需求网络安全核心需求n网络安全核心地位的三个关键目标网络安全核心地位的三个关键目标q保密性（保密性（Confidentiality）n数据

6、保密性数据保密性n隐私性隐私性q完整性（完整性（Integrity）n数据完整性数据完整性n系统完整性系统完整性q可用性（可用性（Availability）q可认证性（可认证性（Authenticity）q可审计性（可审计性（Accountability）2022-1-20华中农业大学信息学院11网络安全现状网络安全现状nInternet一方面成为人们离不开的信息工具，同一方面成为人们离不开的信息工具，同时也成为公开的攻击对象目标。时也成为公开的攻击对象目标。n网络的全球性、开放性、无缝连通性、共享性、网络的全球性、开放性、无缝连通性、共享性、动态性，使任何人都可以自由地接入动态性，使任何人都

7、可以自由地接入Internet，其中有善者，也有恶者。其中有善者，也有恶者。n恶意者时刻在试图穿透别人的系统，捣毁别人的恶意者时刻在试图穿透别人的系统，捣毁别人的信箱、散布破坏性信息、倾泻信息拉圾。信箱、散布破坏性信息、倾泻信息拉圾。2022-1-20华中农业大学信息学院12EmailWebISP门户网站门户网站E-Commerce电子交易电子交易复杂程度复杂程度时间时间Internet 变得越来越重要变得越来越重要2022-1-20华中农业大学信息学院13网络安全问题日益突出网络安全问题日益突出混合型威胁 (Red Code, Nimda)拒绝服务攻击(Yahoo!, eBay)发送大量邮件

8、的病毒(Love Letter/Melissa)多变形病毒(Tequila)特洛伊木马病毒网络入侵70,00060,00050,00040,00030,00020,00010,000已知威胁的数量2022-1-20华中农业大学信息学院14CERT有关安全事件的统计有关安全事件的统计 计算机紧急响应组织（计算机紧急响应组织（CERT） 年份年份事件报道数目事件报道数目198861989132199025219914061992773199313341994234019952412199625731997213419983734199998592000217562001526582022-1-20

9、152022-1-20华中农业大学信息学院162011年网络安全事件年网络安全事件n2011年末，中国公众经历了一次大规模个人信息泄露事件年末，中国公众经历了一次大规模个人信息泄露事件的洗礼，几乎人人自危。的洗礼，几乎人人自危。CSDN、天涯等众多互联网公司、天涯等众多互联网公司的账户密码信息被公开下载；的账户密码信息被公开下载；n12月月4日伊朗捕获了一架美国日伊朗捕获了一架美国RQ-170“哨兵哨兵”无人机；无人机；n4月，索尼迄今为止遭遇到的规模最大的黑客攻击；月，索尼迄今为止遭遇到的规模最大的黑客攻击；n3月，月，RSA被网络钓鱼；被网络钓鱼；n美国花旗银行美国花旗银行6月月8日证实，

10、该银行系统日前被黑客侵日证实，该银行系统日前被黑客侵入，入，21万北美地区银行卡用户的姓名、账户、电子邮万北美地区银行卡用户的姓名、账户、电子邮箱等信息或遭泄露；箱等信息或遭泄露；n 2022-1-20华中农业大学信息学院17谁在攻击网络？谁在攻击网络？通过何种手段攻击网络？通过何种手段攻击网络？2022-1-20华中农业大学信息学院18Who is Attacking Systems?2022-1-20华中农业大学信息学院19网络中存在的安全威胁网络中存在的安全威胁n系统穿透系统穿透(System penetration)n违反授权原则违反授权原则(Autherization violati

11、on)n植入植入(Planting)n通信监视通信监视(Communicutions monitoring)n通信窜扰通信窜扰(Communications tampering)n中断中断(Interruption)n拒绝服务拒绝服务(Denial of service)n否认否认(Repudiation)n病毒病毒2022-1-20华中农业大学信息学院20OSI 安全框架安全框架nITU-T X.800 “Security Architecture for OSI”即即OSI安全框架；安全框架；n提供了一个定义和提供安全需求的系统化方法；提供了一个定义和提供安全需求的系统化方法；n提供了一个

12、有用的学习研究的概貌。提供了一个有用的学习研究的概貌。ITU: 国际电信联盟国际电信联盟OSI: 开放式系统互联开放式系统互联2022-1-20华中农业大学信息学院21OSI 安全框架安全框架n安全攻击安全攻击，security attackq任何危及系统信息安全的活动。任何危及系统信息安全的活动。n安全服务安全服务，security serviceq加强数据处理系统和信息传输的安全性的一种服加强数据处理系统和信息传输的安全性的一种服务。目的在于利用一种或多种安全机制阻止安全务。目的在于利用一种或多种安全机制阻止安全攻击。攻击。n安全机制安全机制，security mechanismq用来保护

13、系统免受侦听、阻止安全攻击及恢复系用来保护系统免受侦听、阻止安全攻击及恢复系统的机制。统的机制。2022-1-20华中农业大学信息学院22安全攻击安全攻击n攻击攻击/威胁？威胁？n攻击的类型攻击的类型q被动攻击被动攻击q主动攻击主动攻击2022-1-20华中农业大学信息学院23被动攻击被动攻击（1）2022-1-20华中农业大学信息学院24被动攻击（被动攻击（2）n是在未经用户同意和认可的情况下将信息或数据是在未经用户同意和认可的情况下将信息或数据文件泄露给系统攻击者，但不对数据信息做任何文件泄露给系统攻击者，但不对数据信息做任何修改。修改。 n常见手段：常见手段：q搭线监听；搭线监听； q无

14、线截获；无线截获； q其他截获。其他截获。 n不易被发现。不易被发现。 n重点在于预防重点在于预防 ，如使用虚拟专用网（，如使用虚拟专用网（VPN）、采）、采用加密技术保护网络以及使用加保护的分布式网用加密技术保护网络以及使用加保护的分布式网络等。络等。 2022-1-20华中农业大学信息学院25主动攻击（主动攻击（1）2022-1-20华中农业大学信息学院26主动攻击（主动攻击（2）n涉及某些数据流的篡改或虚假流的产生。涉及某些数据流的篡改或虚假流的产生。 n通常分为：通常分为：q假冒；假冒；q重放；重放；q篡改消息；篡改消息；q拒绝服务。拒绝服务。 n能够检测出来。能够检测出来。n不易有效

15、防止，具体措施包括自动审计、入侵检不易有效防止，具体措施包括自动审计、入侵检测和完整性恢复等。测和完整性恢复等。 2022-1-20华中农业大学信息学院27安全机制安全机制n要具备检测、防御或从安全攻击中恢复的能力要具备检测、防御或从安全攻击中恢复的能力n没有单一的机制能够提供所有的安全服务没有单一的机制能够提供所有的安全服务n一个机制往往构成其它安全机制的基础，如一个机制往往构成其它安全机制的基础，如:q加密技术加密技术2022-1-20华中农业大学信息学院28安全机制安全机制(X.800)n特定的安全机制特定的安全机制（specific security mechanisms）:q加密，

16、数字签名， 访问控制，数据完整性，认证交换，流量填充，路由控制，公证等n普遍的安全机制普遍的安全机制（pervasive security mechanisms）:q可信功能，安全标签，事件检测，安全审计跟踪，安全恢复等2022-1-20华中农业大学信息学院29安全服务安全服务q强化一个组织的数据处理系统和信息传输中的安强化一个组织的数据处理系统和信息传输中的安全性全性q对安全攻击的反击对安全攻击的反击q采用一个或更多的安全机制采用一个或更多的安全机制 q对文档进行安全地分发对文档进行安全地分发n例如签名，对信息进行保护以免披露、损害或毁坏例如签名，对信息进行保护以免披露、损害或毁坏2022-

17、1-20华中农业大学信息学院30安全服务安全服务nX.800: 为系统协议层提供的服务，用来保证系统或数据的传输有足够的安全性。nRFC 2828: 一种由系统提供的对系统资源进行特殊保护的处理或通信服务，安全服务通过安全机制来实现安全策略。2022-1-20华中农业大学信息学院31安全服务安全服务 ( X.800 )n可认证性可认证性 - assurance that the communicating entity is the one claimedn访问控制访问控制 - prevention of the unauthorized use of a resourcen机密性机密性 Co

18、nfidentiality-protection of data from unauthorized disclosuren完整性完整性 Integrity- assurance that data received is as sent by an authorized entityn不可否认性不可否认性 Non-repudiation- protection against denial by one of the parties in a communicationn可用性可用性 - availability2022-1-20华中农业大学信息学院32安全服务与机制间的关系安全服务与机制间

19、的关系表1.62022-1-20华中农业大学信息学院33网络安全模型网络安全模型2022-1-20华中农业大学信息学院34网络安全模型网络安全模型n设计安全服务应包含四个方面内容：设计安全服务应包含四个方面内容： 1.设计执行安全相关传输的算法设计执行安全相关传输的算法 2.产生算法所使用的秘密信息产生算法所使用的秘密信息 3.设计分配和共享秘密信息的方法设计分配和共享秘密信息的方法 4.指明通信双方使用的协议，该协议利用安全指明通信双方使用的协议，该协议利用安全算法和秘密信息实现安全服务算法和秘密信息实现安全服务2022-1-20华中农业大学信息学院35网络访问安全模型网络访问安全模型202

20、2-1-20华中农业大学信息学院36网络访问安全模型网络访问安全模型n需要做到需要做到: 1.选择合适的门卫功能以识别用户选择合适的门卫功能以识别用户 2.实现安全控制以确保只有授权用户才可以实现安全控制以确保只有授权用户才可以访问被指定的信息或资源访问被指定的信息或资源 n可信计算机系统可信计算机系统 2022-1-20华中农业大学信息学院37国外网络安全标准（国外网络安全标准（1）n美国国防部TCSEC可信计算机系统标准评估准则(桔皮书)。n该标准是美国国防部制定80年代的。它将安全分为4个方面:安全政策、可说明性、安全保障和文档。在美国国防部虹系列(Rainbow Series)标准中有

21、详细的描述。该标准将以上4个方面分为7个安全级别,从低到高依次为D、C1、C2、B1、B2、B3和A1级：qA1级：验证设计级；qB3级：安全域级qB2级：结构化保护级qB1级：标记安全保护级q完全可信网络安全（B1、B2、B3）；qC2级：受控存取保护级； qC1级：自主安全保护剂qD级：不可信网络安全。n问题：以保密和单点机为主。2022-1-20华中农业大学信息学院38国外网络安全标准（国外网络安全标准（2）n欧洲ITSEC 与TCSEC不同,它并不把保密措施直接与计算机功能相联系,而是只叙述技术安全的要求,把保密作为安全增强功能。另外,TCSEC把保密作为安全的重点,而ITSEC则把完

22、整性、可用性与保密性作为同等重要的因素。ITSEC定义了从E0级(不满足品质)到E6级(形式化验证)的7个安全等级,对于每个系统,安全功能可分别定义。ITSEC预定义了10种功能,其中前5种与桔皮书中的C1-B3级非常相似。2022-1-20华中农业大学信息学院39国外网络安全标准（国外网络安全标准（3）n加拿大加拿大CTCPEC 该标准将安全需求分为4个层次:机密性、完整性、可靠性和可说明性。对产品和评估过程强调功能和保证。分为7个保证级，通常称为EAL-1到EAL-7。n美国联邦准则(FC) 该标准参照了CTCPEC及TCSEC,其目的是提供TCSEC的升级版本,同时保护已有投资,但FC有

23、很多缺陷,是一个过渡标准,后来结合ITSEC发展为联合公共准则CC。 2022-1-20华中农业大学信息学院40国外网络安全标准（国外网络安全标准（4）n信息技术安全评价通用准则(CC)CC的目的是想把已有的安全准则结合成一个统一的标准。该计划从1993年开始执行,1996年推出第一版。CC结合了FC及ITSEC的主要特征,它强调将安全的功能与保障（安全功能的可信度）分离,并将功能需求分为11类 63族,将保障分为7类 29族。n 99.7通过国际标准化组织认可,为ISO/IEC 15408信息技术安全评估准则。2022-1-20华中农业大学信息学院41国外网络安全标准（国外网络安全标准（5）

24、nISO安全体系结构标准安全体系结构标准 在安全体系结构方面,ISO制定了国际标准ISO7498-2-1989信息处理系统开放系统互连基本参考模型第2部分安全体系结构。该标准为开放系统互连(OSI)描述了基本参考模型,为协调开发现有的与未来的系统互连标准建立起了一个框架。其任务是提供安全服务与有关机制的一般描述,确定在参考模型内部可以提供这些服务与机制的位置。2022-1-20华中农业大学信息学院42国外网络安全标准（国外网络安全标准（6）n信息保障技术框架信息保障技术框架(IATF)。n安全观点的演变：安全观点的演变：2022-1-20华中农业大学信息学院43国外网络安全标准（国外网络安全标

25、准（7）n信息保障技术框架 (IATF) 企图解决什么问题q 怎样定义信息保护需求和解决方案？q 现有的何种技术能够满足我的保护需求？q 什么样的机构资源能够帮助找到所需的保护？q 当前有哪些信息保障产品和服务市场?q 对IA方法和技术的研究关注点应放在哪里？q 信息保障的原则是什么？n提出了“深度保卫战略深度保卫战略”原则和“信息系统安全工程信息系统安全工程”的概念。 2022-1-20华中农业大学信息学院44国外网络安全标准（国外网络安全标准（8）深度保卫战略的原则深度保卫战略的原则 培训培训 意识培养意识培养 物理安全物理安全 人事安全人事安全 系统安全管系统安全管理理 深度保卫技术深度

26、保卫技术框架领域框架领域 安全标准安全标准 IT/IA 采购采购 风险评估风险评估 认证和授权认证和授权 评估评估 监视监视 入侵检测入侵检测 警告警告 响应响应 恢复恢复2022-1-20华中农业大学信息学院45安全产品类型安全产品类型2022-1-20华中农业大学信息学院46小小 结结n安全安全:q计算机安全，网络安全，互联网安全计算机安全，网络安全，互联网安全nX.800 标准标准n安全攻击、安全机制、安全服务安全攻击、安全机制、安全服务n网络安全标准网络安全标准n网络安全模型网络安全模型n网络访问安全模型网络访问安全模型作业n思考题q1.2 q1.3q1.52022-1-20华中农业大学信息学院47