信息安全导论1概论2007课件

2022/9/13

信息安全导论第一讲概论华中科技大学图象所信息安全研究室

hphu@2022/9/13概论课程说明什么是信息安全?信息为什么不安全?安全服务与网络安全模型信息安全的重要性与产业化情况信息安全的标准化机构信息安全保障体系2022/9/13先修要求程序设计计算机网络操作系统2022/9/13课程目标了解和掌握信息安全的基本原理、技术、及最新研究成果。具有解决信息安全方面的工程实践问题的能力，并具备进行信息安全研究的理论基础。基本课堂讲授+专题讲座的教学方式。2022/9/13讲授内容概论对称密码现代对称密码算法流密码非对称密码算法散列函数、数字签名密码技术身份鉴别访问控制IP的安全和Web安全电子邮件的安全防火墙技术及其应用黑客与病毒防范技术入侵检测与安全审计系统安全2022/9/13学习用书刘玉珍、王丽娜等译，《密码编码学与网络安全：原理与实践》（第三版），电子工业出版社，2003，10张仕斌、谭三编著，《网络安全技术》，清华大学出版社，2004，82022/9/13本教材的辅助材料网址/Crypto3e.html2022/9/13概论课程说明什么是信息安全?信息为什么不安全?安全服务与网络安全模型信息安全的重要性与产业化情况信息安全的标准化机构信息安全保障体系2022/9/13信息安全在IT中的位置信息安全在IT中的位置芯片是细胞电脑是大脑网络是神经智能是营养信息是血浆信息安全是免疫系统2022/9/13什么是信息（information）？广义地说，信息就是消息，是事物的一种属性。人的五官是信息的接收器。然而，大量的信息是我们的五官不能直接感受的。人类正通过各种手段，发明各种仪器来感知它们。信息可以被交流、存储和使用。2022/9/13什么是安全（Security）？安全就是采取保护，防止来自攻击者的有意或无意的破坏。2022/9/13保密：保证信息为授权者享用而不泄漏给未经授权者。数据完整性：保证数据未被未授权篡改或者损坏。实体鉴别：验证一个实体的身份。数据源鉴别：验证消息来自可靠的源点，且没有被篡改。签名：一种绑定实体和信息的办法。授权：把官方做某件事情或承认某件事情的批准传递给另一实体。访问控制：限制资源只能被授权的实体访问。抗否认：防止对以前行为否认的措施。……信息安全的目标2022/9/13数字世界中的信息安全复制后的文件跟原始文件没有差别对原始文件的修改可以不留下痕迹无法象传统方式一样在文件上直接签名或盖章不能用传统的铅封来防止文件在传送中被非法阅读或篡改难以用类似于传统的保险柜来防止文件在保管中被盗窃、毁坏、非法阅读或篡改信息安全更重要:信息社会更加依赖于信息，信息的泄密、毁坏所产生的后果更严重总而言之：信息安全无法完全依靠物理手段和行政管理2022/9/13信息安全含义的历史变化通信安全（COMSEC）：60-70年代

-信息保密信息安全（INFOSEC）：80-90年代

-机密性、完整性、可用性、可控性、不可否认性信息保障（IA）：90年代以后2022/9/13基本的通讯模型通信的保密模型

通信安全60-70年代（COMSEC）发方信源编码信道编码信道传输通信协议发方收方敌人信源编码信道编码信道传输通信协议密码收方信息安全的含义（60-70年代）2022/9/13信息安全的含义（80-90年代）信息安全的三个基本方面保密性（Confidentiality）保证信息为授权者享用而不泄漏给未经授权者。完整性（Integrity）数据完整性，未被未授权篡改或者损坏。系统完整性，系统未被非授权操纵，按既定的功能运行。可用性（Availability）保证信息和信息系统随时为授权者提供服务，对非授权者拒绝服务。2022/9/13信息安全的其他方面信息的不可否认性（Non-repudiation）

要求无论发送方还是接收方都不能抵赖所进行的传输鉴别（Authentication）确认实体是它所声明的。适用于用户、进程、系统、信息等。审计（Accountability）

确保实体的活动可被跟踪。可靠性（Reliability）

特定行为和结果的一致性。2022/9/13信息安全的含义（90年代以后）信息保障（InformationAssurance）保护（Protect）检测（Detect）反应（React）恢复（Restore）保护Protect检测Detect反应React恢复Restore美国人提出的概念2022/9/13P2DR安全模型(动态的自适应网络安全模型)

策略：模型的核心，具体的实施过程中，策略意味着网络安全要达到的目标。防护：安全规章、安全配置、安全措施。检测：异常监视、模式发现。响应：报告、记录、反应、恢复。安全策略防护

检测响应ISS（InternetSecuritySystemsInC.)提出2022/9/13物理安全策略物理安全策略的目的是保护计算机系统、网络服务器、打印机等硬件设备和通信链路免受自然灾害、人为破坏和搭线攻击；验证用户的身份和使用权限，防止用户越权操作；确保计算机系统有一个良好的电磁兼容工作环境；建立完备的安全管理制度，防止非法活动的发生。2022/9/13防火墙控制策略在网络边界上通过建立起来的相应网络通信监控系统来隔离内部和外部网络，以阻挡外部网络的侵入。

2022/9/13信息加密策略信息加密的目的是保护网内的数据、文件、口令和控制信息，保护网上传输的数据。常用的方法有链路加密、端到端加密和节点加密三种。链路加密的目的是保护网络结点之间的链路信息安全；端到端加密的目的是对源端用户到目的端用户的数据提供保护；节点加密的目的是对源节点到目的节点之间的传输链路提供保护。2022/9/13P2DR安全模型安全=执行策略（包括风险分析）＋防护＋漏洞监测＋实时响应特点安全管理的持续性、安全策略的动态性。以实时监视网络活动、发现威胁和弱点来调整和填补系统缺陷。可测性（即可控性）。通过经常性对网络系统的评估把握系统风险点，及时弱化甚至堵塞安全漏洞。利用专家系统、统计分析、神经网络方法对现有网络行为实时监控和分析风险。2022/9/13安全概念模型2022/9/13整体安全策略的控制和指导。综合运用防护工具

-如防火墙、操作系统身份认证、加密等手段。利用检测工具

-如漏洞评估、入侵检测等,系统了解和评估系统的安全状态。

将系统调整到“最安全”和“风险最低”的状态。

2022/9/13对抗模型所有者攻击者

对策

漏洞

风险

威胁

资产2022/9/13动态模型/风险模型所有者攻击者

对策

漏洞

风险

威胁

资产2022/9/13效益安全模型所有者攻击者

对策

漏洞

风险

威胁

资产2022/9/13动态模型的需求动态的攻击动态的系统动态的组织发展的技术……2022/9/13时间PtDtRt安全—及时的检测和处理2022/9/13动态模型基于时间的模型可以量化可以计算Pt>Dt+RtP2DR安全模型2022/9/13关于安全的另外一种描述把信息安全保密内容分为：实体安全、运行安全、数据安全和管理安全四个方面。（沈昌祥）计算机安全包括：实体安全、软件安全、运行安全、数据安全。（教科书）一个组织要实现安全的目标需要实体、运行、数据、管理等多个层面实现安全。2022/9/13网络信息安全的分类入侵的自卫与反击应急的措施组织应急管理安全系统管理人员管理行政管理安全密钥管理技术的管理多级安全加密技术的管理多级安全用户鉴别技术的管理技术管理安全管理安全纠偏建议量刑起诉犯罪起诉监控威胁定位损害确定入侵发现违规监控查验察监安全信息安全说明分类技术2022/9/13信息安全宣传与普及教育奖惩与扬抑办学、办班认知安全有关信息安全的政策、法令、法规立法安全入侵告警与系统恢复等审计跟踪访问控制运行安全数据备份数据存储安全数据加密数据安全软件安全性能的测试软件加密软件的安全复制与升级软件的安全开发与安装软件安全网络与设备安全建筑安全(防雷、防水、防鼠等)环境安全(温度、湿度、气压等)实体安全技术安全信息安全说明分类技术2022/9/13概论课程说明什么是信息安全?信息为什么不安全?安全服务与网络安全模型信息安全的重要性与产业化情况信息安全的标准化机构信息安全保障体系2022/9/13信息为什么不安全信息需要共享...信息需要使用...信息需要交换...信息需要传输...信息源信息目的地2022/9/13安全的信息交换应满足的性质保密性（Confidentiality）完整性（Integrity）数据完整性，未被未授权篡改或者损坏。系统完整性，系统未被非授权操纵，按既定功能运行。可用性（Availability）合法用户能够访问并按要求顺序使用信息的特性。鉴别（Authenticity）实体身份的鉴别，适用于用户、进程、系统、信息等。不可否认性（Non-repudiation）防止源点或终点的抵赖。2022/9/13安全性攻击分类被动攻击特性是针对窃听和监测攻击者的目的是获取传输的信息不涉及对数据的更改，所以很难察觉通过加密的手段阻止这种攻击是可行处理被动攻击的重点是预防，而不是检测信息内容泄漏和流量分析就是两种被动攻击信息内容泄漏：例如电子邮件信息和传输的文件都可能含有敏感或秘密的信息，这些信息可能被攻击者获得。流量分析：加密是隐藏内容的常用技巧。但是即使如此，攻击者仍可能获得这些消息模式——既可以确定通信主机的身份和位置，也可以观察传输消息的频率和长度。2022/9/13主动攻击：主动攻击包括对数据流进行篡改或伪造数据流，主动攻击难以防止，但容易检测，所以重点在于检测并从破坏中恢复。可分为四类：伪装：某实体假装别的实体。伪装攻击的例子有：捕获认证信息，并在其后利用认证信息进行重放，这样它就可能获得其他实体所拥有的权限。重放：将获得的信息再次发送以在非授权情况下进行传输。消息篡改：修改合法消息的一部分或延迟消息的传输以获得非授权作用。拒绝服务：阻止或禁止正常的使用或管理通信设施。这种攻击可能有具体的目标。比如，某实体可能会查禁所有发向某目的地的消息。拒绝服务的另一种形式是破坏某实体网络，或者是使网络失败，或者是使其过载以降低其性能。2022/9/13通信系统典型攻击破坏保密性:窃听、业务流分析破坏完整性:篡改、重放、旁路、木马破坏鉴别：冒充破坏不可否认性：抵赖破坏可用性：拒绝服务、蠕虫病毒、中断2022/9/13正常信息流动信息安全包括数据安全和系统安全设信息是从源地址流向目的地址，那么正常的信息流向是：信息源信息目的地2022/9/13中断威胁使在用信息系统受到毁坏或不能使用的攻击，破坏可用性（availability）。例如：硬盘等一类硬件的毁坏；通信线路的切断；文件管理系统的瘫痪等。信息源信息目的地2022/9/13窃听威胁

一个非授权方介入系统的攻击，破坏保密性(confidentiality)。非授权方可以是一个人，一个程序，一台微机。这种攻击包括搭线窃听，文件或程序的不正当拷贝。信息源信息目的地2022/9/13修改威胁

一个非授权方不仅介入系统而且在系统中‘瞎捣乱’的攻击，破坏完整性（integrity）。这些攻击包括改变数据文件；改变程序使之不能正确执行；修改信件内容等。信息源信息目的地2022/9/13伪造威胁

一个非授权方将伪造的客体插入系统中，破坏真实性（authenticity）。这些攻击包括网络中插入假信件，或者在文件中追加记录等。信息源信息目的地2022/9/13冒充攻击一个实体假装成另外一个实体。在鉴别过程中，截获有效鉴别序列，在以后冒名重播的方式获得部分特权。（鉴别）2022/9/13重放攻击获取有效数据段以重播的方式获取对方信任。在远程登录时如果一个人的口令不改变，则容易被第三者获取，并用于冒名重放。

(完整性)2022/9/13拒绝服务攻击破坏设备的正常运行和管理。这种攻击往往有针对性或特定目标。一个实体抑制发往特定地址的所有信件，如发往审计服务器的所有信件。另外一种是将整个网络扰乱，扰乱的方法是发送大量垃圾信件使网络过载，以降低系统性能。2022/9/13概论课程说明什么是信息安全?信息为什么不安全?安全服务与网络安全模型信息安全的重要性与产业化情况信息安全的标准化机构信息安全保障体系2022/9/13信息安全体系结构（ISO7498-2）1982年，开放系统互联（OSI）基本模型建立之初，就开始进行OSI安全体系结构的研究。1989年12月国际标准化组织（ISO）颁布了计算机信息系统互联标准的第二部分，即ISO7498-2标准，并首次确定了开放系统互联（OSI）参考模型的安全体系结构。我国将其称为GB／T9387-2标准。ISO安全体系结构包括了三部分内容：安全服务安全机制安全管理国际电信联盟（ITU）

1991年颁布的推荐方案X.800,即OSI安全框架,系统定义了对安全的要求并刻划满足这些要求的措施。2022/9/13安全服务机密性完整性鉴别访问控制抗否认2022/9/13机密性机密性服务是用加密的机制实现的。加密的目的有三种：密级文件经过加密可以公开存放和发送。实现多级控制的需要。构建加密通道的需要，防止搭线窃听和冒名入侵。保密性可以分为以下四类：连接保密：对某个连接上的所有用户数据提供保密。无连接保密：对一个无连接的数据报的所有用户数据提供保密。

选择字段保密：对一个协议数据单元中的用户数据的一些经选择的字段提供保密。信息流安全：对可能从观察信息流就能推导出的信息提供保密。

2022/9/13保密通信系统模型

2022/9/13一个密码体制（Cryptosystem）通常由5个部分构成：全体明文的集合M，称为明文空间；全体密文的集合C，称为密文空间；全体密钥的集合K，称为密钥空间；加密算法E，由加密密钥控制的加密变换的集合，即：

K×M→C，（k，m）→Ek(m)；解密算法D，由解密密钥控制的解密变换的集合,即：

K×C→M，（k，c）→Dk(c)。对m∈M，k∈K，有Dk(Ek(m))=m。以上描述的五元组（M，C，K，E，D）就称为一个密码体制。Kerchhoff假设：对于所有的密钥，加密和解密算法迅速有效；密码体制的安全性不依赖于算法的保密，而是依赖于密钥的保密。2022/9/13密码技术的起源、发展与应用密码技术的起源与发展早在四千多年以前，古埃及人就开始使用密码技术来保密要传递的消息。直到第一次世界大战前，密码技术的进展很少见诸于世，直到1918年，WilliamF.Friedman的论文“TheIndexofCoincidenceandItsApplicationsinCryptography”（重合指数及其在密码学中的应用）发表时，情况才有所好转。

2022/9/131976年，W.E.Diffie和M.E.Hellman发表了“NewDirectioninCryptography（密码学新方向）”一文，提出了一种全新的密码设计思想，导致了密码技术上的一场革命。他们首次证明了在发送端和接收端不需要传送密钥的保密通信是可能的，从而开创了公钥密码技术的新纪元，成为现代密码技术的一个里程碑。

1949年，C.E.Shannon（香农）在《贝尔系统技术杂志》上发表了“TheCommunicationTheoryofSecrecySystem（保密系统的通信理论）”，为密码技术奠定了坚实理论基础。使密码学真正成为一门科学。

2022/9/131977年美国国家标准局NBS（NationalBureauofStandards，即现在的国家标准与技术研究所NIST）正式公布了数据加密标准DES（DataEncryptionStandard）

1978年，R.L.Rivest，A.Shamir和L.Adleman实现了RSA公钥密码技术，此后成为了公钥密码技术中的杰出代表。

1984年，Bennett.CharlesH.，Brassard.Gille首次提出了量子密码技术（现称为BB84协议）。

2022/9/131985年，N.Koblitz和V.Miller把椭圆曲线理论运用到公钥密码技术中，成为公钥密码技术研究的新亮点。

密码技术的另一个重要方向——序列密码（也称为流密码）理论也取得了重大的进展。1989年，R.Mathews，D.Wheeler，L.M.Pecora和Carroll等人首次把混沌理论使用到序列密码及保密通信理论中，为序列密码的研究开辟了一条新的途径。

2022/9/132000年1月，欧盟正式启动了欧洲数据加密、数字签名、数据完整性计划NESSIE，旨在提出一套强壮的包括分组密码、序列密码、散列函数、消息认证码（MAC）、数字签名和公钥加密密码标准。

1997年，美国国家标准与技术研究所NIST开始征集新一代数据加密标准来接任即将退役的DES，2000年10月，由比利时密码学家JoanDaemen，VincentRijmen发明的Rijndael（“荣代尔”）密码算法成为新一代数据加密标准——AES（AdvancedEncryptionStandard）算法。2022/9/13密码算法分类对称密码算法（Symmetric）古典密码（classical）代替密码：简单代替多名或同音代替多表代替多字母或多码代替换位密码：现代对称分组密码DESAESIDEA序列密码：RC4

非对称（公钥）算法：Public-key、RSA、背包密码、椭圆曲线ECC新的领域：量子密码、混沌密码、DNA密码。2022/9/13密码技术的概述对称密码技术就是加密密钥和解密密钥相同的这类密码体制，它采用的解密算法是加密算法的逆运算。序列密码技术也称为流密码技术（也属于对称密码技术)，起源于20世纪20年代的Vernam密码技术，目前，序列密码技术是世界各国的军事和外交等领域中的主要密码技术之一。非对称密钥密码技术也称为双钥或公钥密码技术，研究的基本工具不再象对称密码技术那样是代换和置换，而是数学函数。如果根据所依据的难解问题，公钥密码体制可以分为三类：大整数分解问题类；离散对数问题类；椭圆曲线类。2022/9/13

采用非对称密码技术的每个用户都有一对密钥：一个是可以公开的（称为加密密钥或公钥），可以象电话号码一样进行注册公布；另一个则是秘密的（称为秘密密钥或解密密钥或私钥，它由用户严格保密保存）。它的主要特点是将加密和解密能力分开，因而可以实现多个用户加密的信息只能由一个用户解读，或由一个用户加密的信息而多个用户可以解读。前者可以用于公共网络中实现通信保密，而后者可以用于实现对用户的认证。2022/9/13DES（数据加密标准）DES是美国国家标准局NBS（后改名为美国国家标准技术研究所即NIST）公开征集的第一个广泛应用于商用数据保密的公开密码算法。DES分别在1983、87、92、94年都通过了安全性评估，作为信息安全处理标准一直使用到1998年。近年来，对DES的成功攻击屡见报道。最终NIST于1997年发布公告，征集代替DES的新的数据加密标准为联邦信息处理标准。2000年10月，公布了新的数据加密标准AES。DES是一个分组密码算法，使用64位密钥（除去8位奇偶校验，实际密钥长为56位）对64比特的数据分组（二进制数据）加密，产生64位密文数据。2022/9/13AES（高级加密标准）NIST于1997年初发起并组织了在全世界范围内广泛征集新的加密标准算法的活动，同时要求每一种侯选算法的分组长度为128位，应当支持128，192和256比特的密钥长度，经过了几年的反复较量，最终由比利时的密码学专家JoanDaemen及VincentRijmen所提出的加密算法Rijndael（“荣代尔”）以其算法设计的简洁、高效、安全赢得了胜利，成了21世纪新的加密算法AES（AdvancedEncryptionStandard）。2001年11月26日，NIST正式公布高级加密标准，并于2002年5月26日正式生效。从目前的情况来看，Rijndael尚无已知的安全性方面的攻击。2022/9/13IDEA（国际数据加密算法）IDEA(InternationalDataEncryptionAlgorithm)算法中明文和密文的分组长度都是64位，密钥长128位，该算法既可用于加密，也可用于解密。设计原则采用的是基于“相异代数群上的混合运算”的设计思想，三个不同的代数群（异或、模216加和模216+1乘）进行混合运算，所有这些运算（仅有运算，没有位的置换）都在16位子分组(4组）上进行，无论用硬件还是软件都非常容易实现（对16位微处理器尤其有效）。IDEA的设计者在设计时已尽最大努力使该算法不受差分密码分析的影响，赖学嘉已证明IDEA算法在其8轮迭代的第4轮之后便不受差分密码分析的影响。2022/9/13序列密码技术序列密码技术是将明文信息m看成是连续的比特流（或字符流）m1，m2，…，在发送端用密钥序列发生器产生的密钥序列k1，k2，…，对明文中的mi进行加密，即：Ek（m）=(m1)(m2)…。在开始工作时，种子密钥k对密钥序列产生器进行初始化。ki，mi均为1个比特（或一个字符），按照模二加进行运算，得ci=(mi)=miki；在接收端，对ci进行解密，解密算法为：（ci）=ciki=（miki）ki=mi。序列密码技术的保密性取决于密钥的随机性。RC4是Rivest在1987年为RSA数据公司开发的可变长度的序列密码。

序列密码原理图

2022/9/13RSARSA的名字来源于它们的创建者。1978年由麻省理工学院的Ronald.LRivest、以色列魏茨曼科学中心的AdiShamir和南加洲大学的LenoardM.Adleman发表了著名的论文“AMethodforObtainingDigitalSignatureandPublic-KeyCryptosystems（获得数字签名和公开密钥密码系统的一种方法）”，并提出的一种用数论构造的、也是迄今为止理论上最为成熟完善的公钥密码技术——RSA。RSA的基本原理：RSA是基于大整数难分解的公钥密码技术。大整数的分解问题可以被表述为：已知整数n，n是两个素数的积，即n=p.q，求解p、q的值。目前还不存在一般性的有效解决大整数分解的算法。

2022/9/13椭圆曲线密码算法基于椭圆曲线密码体制的安全性依赖于由椭圆曲线群上的点所构成代数系统中离散对数问题的难解性。它与有限域上的离散对数问题或整数分解问题的情形不同，与其他公钥体制相比，椭圆曲线密码体制的优势在于：密钥长度大大减少（256比特的ECC密钥就可以达到对称密钥128比特的安全水平，如下表所示），实现速度快等。这是因为随着计算机速度的加快，为达到特定安全级别所需的密钥长度的增长。相比之下RSA及使用有限域的公钥密码体制所能实现的速度要慢许多。2022/9/13ECC的密钥长度ECC与其它密码算法的密钥长度对照表

其它算法的密钥长度160RSA/DSA1024211RSA/DSA2048256AES-Small128

384AES-Medium192521AES-Large2562022/9/13DNA密码技术DNA密码技术融合了现代生物工程技术与密码学理论，是一种替代式加密技术。它使用了一次一密乱码本进行加密，其加密强度主要依赖于乱码本的随机性和不重复性。1994年，Adleman建议可用DNA进行计算；1994～1999年，探讨出一些基于DNA的计算方法，并从理论上考虑可用DNA作图灵机、联想存储器、加密机；1999年，Celelland把DNA计算用于加密技术，即把用消息编码的DNA隐藏于大量随机的DNA中。2022/9/13DNA密码的加密过程编码：用生物学方法对明文二进制信息流进行编码，即用A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）四个碱基的不同组合代表0和1；合成明文DNA序列：模拟生物过程合成出对应于明文二进制信息流的DNA；重组DNA序列（加密）：与其它和明文无关的DNA序列混合、连接，把无关信息随机地“掺入”明文DNA序列，这些掺入的DNA序列中各具有自己独特的识别序列。同时把上述这些识别序列作为密钥，完成对明文的加密。DNA密码的加、解密流程图2022/9/13DNA密码解密过程接收方通过密钥所包含的识别序列，用限制性核酸内切酶对消息DNA序列进行切割，分离出明文DNA序列，按照上述相同的编码方式，恢复出明文，实现解密。

缺点：在使用DNA密码技术进行加密过程中，把大量的无关信息（即DNA序列）随机地“掺入”到明文DNA序列之中，由此极大的增加密文的数据流量。2022/9/13量子密码技术量子密码学是建立在“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”的理论基础之上。根据这两个原理，不仅黑客的一举一动都将被量子系统的合法用户所察觉，而且即使量子密码不幸被黑客所窃取，也因为测量过程中会改变量子状态，使得黑客得到的会是毫无意义的数据。量子密码通信是目前唯一被证明是绝对安全的保密通信。它的出现是对经典密码学的一项重大突破。缺点：“量子”离不开物理设备,具有很强的物理特性,因此,这种方式与物理设备和技术密切相关,由此给目前的量子密钥分配方案带来一定的缺陷,主要是不能使用放大器,物理设施价格昂贵。2022/9/13量子密码技术的发展历史1970年，美国科学家Wiesner首先想到将量子物理用于密码技术；1984年C.H.Bennett和G.Brassard在Wiesner的启发下提出量子加密的概念；2002年10月，德国慕尼黑大学和英国军方下属的研究机构合作，在德国和奥地利边境的楚格峰和卡尔文德尔峰之间用激光成功传输了光子密钥。试验的成功使通过近地卫星安全传送密钥并建立全球密码发送网络成为可能；2004年6月3日，世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行。2022/9/13混沌密码技术混沌系统具有良好的伪随机特性、轨道的不可预测性、对初始状态及控制参数的敏感性等一系列特性，这些特性与密码学的很多要求是吻合的。从90年代以来，越来越多的学者致力于研究一个新的领域－混沌密码学，并且已经构造出一些比较好的加密算法，混沌的特性使得密码系统能够抵抗许多统计攻击方法。1991年Habutsu等提出基于迭代帐篷映射的秘密密钥密码系统；1998年：Fridrich提出一种改进的二维螺旋或方形混沌映射，用它们来创造新的分组密码算法；2001年Jakimoski等人较为详细地讨论了基于混沌的分组密码算法。2022/9/13混沌密码技术的问题

缺点：当混沌系统在计算机上实现时，由于有限精度和有限状态问题，数字化混沌系统与理想的实值混沌系统在动力学特性上存在相当大的差异，即特性退化：短周期问题、轨道分布的退化和强相关特性等。2022/9/13信息隐藏技术信息隐藏（InformationHinding）技术，是一门古老、有趣的技术，也称为信息伪装技术，它是利用人类感觉器官对数字信号的感觉冗余，将一个消息（秘密信息）隐藏在另一个消息（非秘密信息）之中，实现掩蔽通信或掩蔽标识。信息隐藏系统的模型如下图所示：2022/9/13把被隐藏的信息称为秘密信息（SecretMessage），它可以是文字、密码（或序列号等）、图像、图形或声音等；而非秘密（公开）的信息则称为宿主信息（CoverMessage，也称为载体信息），它可以是文本文件、数字图像、数字视频或音频等。信息隐藏的具体过程：在密钥的控制下，通过嵌入算法（EmbeddingAlgorithm）将秘密信息隐藏在公开信息中，隐藏有秘密信息的公开信息则通过通信信道传递，接收方的检测器利用密钥从掩蔽宿主中恢复/检测出秘密信息。信息隐藏技术由以下组成：信息嵌入算法：在密钥的控制下实现对秘密信息的隐藏；掩蔽信息的检测/提取算法：利用密钥从掩蔽宿主中检测/恢复出秘密信息(在未知密钥的情况下，攻击者很难从掩蔽宿主中恢复、发现秘密信息)。2022/9/13信息隐藏技术的特点自恢复性鲁棒性安全性不可检测性透明性需要说明：上述这些特点，会随着信息隐藏目的与应用而有不同的侧重。2022/9/13信息隐藏技术的应用2022/9/13

数据隐写术

隐写术作为信息隐藏技术的一个重要应用领域，是一种将要加密的信息隐藏在大量其他信息之中，这样的解密就像大海捞针一样困难，没有密钥根本就不可能存取其中的信息。通常，人们需要交换的信息总是不易被发现的。根据所使用的算法，数据隐写术可以分成6类：替换系统：使用秘密信息隐蔽（替换）宿主的冗余信息部分；变换域技术：在信号的变换域中嵌入秘密信息（比如在频域或时域中）；扩展频普技术：利用信息扩频通信的原理来实现秘密信息隐藏；失真技术：通过信号处理过程中的失真来保存信息，在解密时通过测量与原始信息载体的偏差恢复秘密信息；2022/9/13载体生成方法：通过对信息进行编码以生成用于秘密通信的伪装载体，以隐蔽秘密信息；统计方法：通过改变伪装载体的若干统计特性对信息进行编码，并在提取过程中使用假设检验方法来达到恢复秘密信息。2022/9/13数字水印数字水印是永久镶嵌在其它数据（宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。因此，数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到宿主数据中。目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密（包括公开密钥、私有密钥）技术来加强，在水印的嵌入，提取时采用一种密钥，甚至几种密钥的联合使用。2022/9/13数字水印嵌入过程

数字水印检测过程

数字水印技术具有如下特征：

透明性（Invisibility）不可检测性（Undetectability）鲁棒性（Robustness）安全性（Security）

2022/9/13数字水印技术的分类及算法按数字水印技术的实现算法来分，可以分为空间域数字水印和变换域数字水印两大类。空间域数字水印:它是通过改变某些象素的灰度将要隐蔽的信息嵌入其中，将数字水印直接加载在数据上。空间域方法具有算法简单、速度快、容易实现的优点。特别是它几乎可以无损的恢复载体图象和水印信息。空间域数字水印还可以分为如下几种方法：最低有效位法:该方法就是利用原始数据的最低几位来隐蔽信息的，具体提取多少位应以人的听觉或视觉系统无法察觉为原则。Patchwork方法及纹理映射编码方法:该方法是通过任意选择N对图象点，在增加一点亮度的同时，降低相应另一点的亮度值来加载数字水印。文档结构微调方法:在通用文档图象中隐藏特定二进制信息，主要是通过垂直移动行距，水平调整字距，调整文字特性等来完成编码。2022/9/13频（变换）域数字水印基于频域技术的数字水印可以嵌入大量比特的数据而不会导致不可察觉的缺陷，往往通过改变频域的一些系数的值，采用类似扩频图象的技术来隐藏数字水印信息。这类技术一般基于常用的图象变换，基于局部或全部的变换，这些变换包括离散余弦变换、小波变换、付氏变换以及哈达马变换等等。其中基于分块的离散余弦变换是最常用的变换之一。频域方法具有如下优点：在频域中嵌入的水印的信号能量可以分布到所有的象素上，有利于保证水印的不可见性；在频域中可以利用人类视觉系统的某些特性，可以更方便、更有效的进行水印的编码；频域法可与国际数据压缩标准兼容，从而实现在压缩域内的水印编码。2022/9/13安全服务机密性完整性鉴别访问控制抗否认2022/9/13完整性数据完整性是数据本身真实性的证明。数据完整性有两个方面单个数据单元或字段的完整性；数据单元流或字段流的完整性。完整性可以分为以下几类带恢复的连接完整性；不带恢复的连接完整性；选择字段连接完整性；选择字段无连接完整性；无连接完整性。2022/9/13消息的完整性鉴别消息鉴别（MessageAuthentication)：是一个证实收到的消息来自可信的源点且未被篡改的过程。可用来做鉴别的函数分为三类：消息加密函数(Messageencryption)用完整信息的密文作为对信息的鉴别。消息鉴别码MAC(MessageAuthenticationCode)公开函数+密钥产生一个固定长度的值作为鉴别标识单向散列函数(One-wayHashFunction)散列函数就是把可变输入长度串（即预映射）转换成固定长度（经常更短）输出串（即散列值）的一种函数。单向散列函数（报文摘要MD）是在一个方向上工作的散列函数，从预映射的值很容易计算其散列值，但要使其散列值等于一个特殊值在计算上却是不可行的。2022/9/13在1992年[RFC1321]（Internet标准(草案)）公布了MD5报文摘要算法。这是Rivest提出的第五个版本的MD算法。该算法可对任意长的报文进行运算，然后得出128比特的MD代码。Rivest提出了一个猜想：根据给定的MD5代码找出原来报文所需的操作量级为2128。但根据最新报道该算法已被中国人破解。安全散列算法SHA（SecureHashAlgorithm）是美国政府的一个标准。该算法与MD5相似，但码长为160比特，它也是用512比特的数据块经过复杂的运算得出的。SHA比MD5更安全（多了一个232的因子），但却比MD5要慢一些。2022/9/13安全服务机密性完整性鉴别访问控制抗否认2022/9/13鉴别鉴别：确认实体是其所声明的。实体鉴别（身份鉴别）：某一实体确信与之打交道的实体正是所需要的实体。只是简单地鉴别实体本身的身份，不会和实体想要进行何种活动相联系。数据原发鉴别：鉴定某个指定的数据是否来源于某个特定的实体。不是孤立地鉴别一个实体，也不是为了允许实体执行下一步的操作而鉴别它的身份，而是为了确定被鉴别的实体与一些特定数据项有着静态的不可分割的联系。

2022/9/13安全服务机密性完整性鉴别访问控制抗否认2022/9/13访问控制一般概念：在网络安全中，访问控制是一种限制、控制那些通过通信连接对主机和应用进行存取的能力。为此，每一试图获取访问控制的实体必须被识别或认证后，才能获取其相应的访问权限。基本目标：防止对任何资源（如计算资源、通信资源或信息资源）进行未授权的访问，从而使计算机系统在合法范围内使用：决定用户能做什么，也决定代表一定用户利益的程序能做什么。未授权的访问包括：未经授权的使用、泄露、修改、销毁信息以及颁发指令等。非法用户进入系统。合法用户对系统资源的越权使用。2022/9/13安全服务机密性完整性鉴别访问控制抗否认2022/9/13抗否认防止发送方或接收方否认传输或接收过某一消息。即当消息发出后，接收方能证明消息是由声称的发送方发出的。同样，当消息接收后，发送方能证明消息事实上确实由声称的接收方收到。数字签名（DigitalSignature）是一种防止源点或终点抵赖的鉴别技术。2022/9/13安全机制安全机制可分为大两类：一类在特定的协议层实现，一类不属于任何的协议层或安全服务。2022/9/13特定安全机制可以嵌入到合适的协议层，以提供一些OSI安全服务（八大类安全机制）。加密机制数据签名机制访问控制机制数据完整性机制鉴别交换机制业务填充机制路由控制机制公证机制2022/9/13加密机制加密可向数据或业务流信息提供保密性，并能对其他安全机制起作用或对它们进行补充。X.800区分可逆和不可逆加密机制可逆加密机制是一种简单的加密算法，使数据可以加密和解密（两大类）对称(单钥)加密体制：对于这种加密体制，加密与解密用同一个密钥非对称(公钥)加密体制：对于这种加密体制，加密与解密用不同的密钥，这种加密系统的两个密钥有时被称为“公钥”和“私钥”。不可逆机制包括hash算法和消息认证码，用于数字签名和消息认证应用。2022/9/13数字签名机制这种安全机制由两个过程构成：对数据单元签名过程这个过程可以利用签名者私有的（即独有和保密的）信息对数据单元的验证过程这个过程则要利用公之于众的规程和信息通过它们并不能推出签名者的私有信息2022/9/13访问控制机制这种安全机制可以利用某个实体经鉴别的身份或关于该实体的信息，进行确定并实施实体的访问权。访问控制规则可以建立在下列几个方式之上。访问控制信息库：它保存着对等实体对资源的访问权限。鉴别信息：对鉴别信息的占有和出示便证明正在访问的实体已被授权权力：实体对权力的占有和出示便证明有权访问由权力规定的实体或资源安全标记：当标记与某个实体相关联时，可用于同意或拒绝访问，通常根据安全策略而定访问时间：可以根据试图访问的时间建立规则访问路由：可以根据试图访问的路由建立规则访问持续期：还可以规定某次访问不可超过一定的持续时间。访问控制机制可用于通信连接的任何一端或用在中间的任何位置。2022/9/13数据完整性机制数据完整性机制的两个方面单个的数据单元或字段的完整性数据单元串或字段串的完整性确定单个数据单元的完整性涉及到两个处理：一个在发送实体中进行，而另一个在接收实体中进行。编序形式：对于（虚）连接方式的数据传输，保护数据单元序列的完整性(即防止扰乱、丢失、重放、插入或篡改数据)还需要某种明显的编序形式，如序号、时标式密码链等。保护形式：对于无连接的数据传输，时标可用于提供一种有限的保护形式，以防止单个数据单元的重放。2022/9/13鉴别交换机制这种安全机制是通过信息交换以确保实体身份的一种机制可用于鉴别交换的一些技术利用鉴别信息（如通信字）密码技术利用实体的特征或占有物对等实体鉴别：如果在鉴别实体时得到的是否定结果，那么将会导致拒绝连接或终止连接，而且还会在安全审计线索中增加一个记录，或向安全管理中心进行报告。确保安全：在利用密码技术时，可以同“握手”协议相结合，以防止重放(即确保有效期)。应用环境：选择鉴别交换技术取决于它们应用的环境。在许多场合下，需要与下列各项结合起来使用：时标和同步时钟；双向和三向握手(分别用于单方和双方鉴别)；由数字签名或公证机制实现的不可否认服务。2022/9/13业务填充机制这是一种防止造假的通信实例、产生欺骗性数据单元或在数据单元中产生假数据的安全机制。该机制可用于提供对各种等级的保护，以防止业务分析。该机制只有在业务填充受到保密性服务保护时才有效。2022/9/13路由控制机制路由选择：路由既可以动态选择，也可以事先安排好，以便只利用物理上安全的子网、中继站或链路。路由连接：当检测到持续操作攻击时，端系统可指示网络服务提供者通过不同的路由以建立连接。安全策略：携带某些安全标签的数据可能被安全策略禁止通过某些子网、中继站或链路。连接的发起者（或无连接数据单元的发送者）可以指定路由说明，以请求回避特定的子网的中继站或链路。2022/9/13公证机制关于在两个或多个实体间进行通信的数据性能，比如它的完整性、来源、时间和目的地等，可由公证机制来保证。保证由第三方公证人提供，公证人能够得到通信实体的信任，而且可以掌握按照某种可证实方式提供所需保证的必要的信息。每个通信场合都可以利用数字签名、加密和完整性机制以适应公证人所提供的服务。在用到这样一个公证机制时，数据便经由受保护的通信场合和公证人在通信实体之间进行传送。2022/9/13普通的安全机制是不局限于任何OSI安全服务或协议的机制（五大类）可信功能：根据某些标准认为是正确的。（例如，根据安全策略所建立的标准）。安全标签：资源（可能是数据单元）的标志，用以指明该资源的安全属性。事件检测：检测与安全相关的事件。安全审计跟踪：收集潜在的用于安全审计的数据，它是对系统记录和行为的独立回顾和检查。安全恢复：处理来自安全机制的请求，如事件处理、管理功能和所采取的恢复行为。2022/9/13安全服务与机制间的关系2022/9/13安全管理OSI安全体系结构的第三个主要部分就是安全管理。它的主要内容是实施一系列的安全政策，对系统和网络上的操作进行管理。它包括三部分内容：系统安全管理安全服务管理安全机制管理OSI安全管理涉及到OSI管理系统本身的安全，包括OSI管理协议的安全和OSI管理信息交换的安全等。2022/9/13系统安全管理涉及整体OSI安全环境的管理。它包括：总体安全策略的管理OSI安全环境之间的安全信息交换安全服务管理和安全机制管理的交互作用安全事件的管理安全审计管理安全恢复管理2022/9/13安全服务管理涉及特定安全服务的管理，其中包括：对某种安全服务定义其安全目标指定安全服务可使用的安全机制通过适当的安全机制，管理及调动需要的安全服务系统安全管理以及安全机制管理的相互作用。2022/9/13安全机制管理涉及特定的安全机制的管理。其中包括：密钥管理加密管理数字签名管理访问控制管理数据完整性管理鉴别管理业务流填充管理公证管理。2022/9/13网络体系架构

ISO/OSI参考模型TCP/IP参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层网络接口层在模型中不存在1984年2022/9/13ISO7498-2到TCP/IP的映射2022/9/13基于TCP/IP协议的网络安全体系结构基础框架

IPv6IPSECISAKMPTCPSSLUDPPEMMOSSPGPS/MIMESHTTPSSHSNMPv2Kerberos网络层传输层应用层2022/9/13网络安全模型2022/9/13四个基本任务设计一个算法，执行安全相关的转换生成该算法的秘密信息研制秘密信息的分布与共享的方法设定两个责任者使用的协议，利用算法和秘密信息取得安全服务2022/9/13网络访问安全模型2022/9/13概论课程说明什么是信息安全?信息为什么不安全?安全服务与网络安全模型信息安全的重要性与产业化情况信息安全的标准化机构信息安全保障体系2022/9/13Internet用户数百万2022/9/13亿美元Internet商业应用快速增长2022/9/13复杂程度时间Internet变得越来越重要InternetEmailWeb浏览Intranet站点网上商务合作电子交易2022/9/13网络安全问题日益突出混合型威胁(RedCode,Nimda)拒绝服务攻击(Yahoo!,eBay)发送大量邮件的病毒(LoveLetter/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2022/9/132022/9/13为什么互联网安全变得越来越重要？

网络无处不在的特性使进攻随时随地可以发起；进行网络攻击变得越来越简单攻击软件层出不穷。黑客工具的自动化程度及速度在不断提高.网络本身就蓄积了大量的攻击技巧（大概有26万个站点提供此类知识）；安全漏洞的暴露速度在不断加快越来越多的个人或公司连入Internet并不是所有的用户都具有基本的安全知识2022/9/13计算机应急响应组织(CERT)有关安全事件的统计

年份事件报道数目198861989132199025219914061992773199313341994234019952412199625731997213419983734199998592000217562001526582022/9/13CERT/CC关于系统脆弱性的报告-i2022/9/13CERT/CC关于系统脆弱性的报告-iiCERT有关安全事件的统计年度报道事件数目软件漏洞数目2003年1375293,7842002年8209441292002上半年431362148200152658243720002175610902022/9/13信息安全是信息化可持续发展的保障信息是社会发展的重要战略资源。

网络信息安全已成为急待解决、影响国家大局和长远利益的重大关键问题，信息安全保障能力是21世纪综合国力、经济竞争实力和生存能力的重要组成部分，是世纪之交世界各国在奋力攀登的制高点。网络信息安全问题如果解决不好将全方位地危及我国的政治、军事、经济、文化、社会生活的各个方面，使国家处于信息战和高度经济金融风险的威胁之中。

沈昌祥2022/9/13信息化与国家安全—政治安全过去两年，我们国家的一些政府网站，遭受了四次大的黑客攻击事件。第一次在99年1月份左右，美国黑客组织“美国地下军团”联合了波兰的、英国等世界上各个国家的一些黑客组织，有组织地对我们国家的政府网站进行了攻击。第二次，99年7月份，台湾李登辉提出了两国论后。第三次是在2000年5月8号，美国轰炸我国驻南联盟大使馆后。第四次在2001年4月到5月，美机撞毁王伟战机，侵入我海南机场后2022/9/13信息化与国家安全—经济安全一个国家信息化程度越高，整个国民经济和社会运行对信息资源和信息基础设施的依赖程度也越高。我国计算机犯罪的增长速度超过了传统的犯罪97年20几起，98年142起，99年908起，2000年上半年1420起。利用计算机实施金融犯罪已经渗透到了我国金融行业的各项业务。近几年已经破获和掌握100多起。涉及的金额几个亿。2022/9/13安全事件造成的经济损失-11988年康奈尔大学的研究生罗伯特.莫里斯(22岁)针对UNIX的缺陷设计了一个“蠕虫”程序,感染了6000台计算机，使Internet不能正常运行，造成的经济损失达1亿美元。他因此被判三年缓刑、罚款1万美元、做400小时的社区服务。99年4月26日，台湾人编制的CIH病毒的大爆发，有统计说我国大陆受其影响的PC机总量达36万台之多。有人估计在这次事件中，经济损失高达近12亿元。2022/9/13安全事件造成的经济损失-22000年2月份黑客攻击的浪潮，是互连网问世以来最为严重的黑客事件。三天内黑客使美国数家顶级互联网站——雅虎、亚马逊、EBAY、CNN（美国有线新闻网络）陷入瘫痪，造成直接经济损失12亿美元。并引起股市动荡。引起美国道穷斯股票指数下降了200多点。成长中的高科技股纳斯达克股票也一度下跌了80个点。2022/9/13安全事件造成的经济损失-32000年5月4日，“爱虫”病毒大爆发，据美国加利福尼亚州的名为“电脑经济”的研究机构发布的初步统计数据，“爱虫”大爆发两天之后，全球约有4500万台电脑被感染，造成的损失已经达到26亿美元。此后几天里，“爱虫”病毒所造成的损失还将以每天10亿美元到15亿美元的速度增加。2022/9/13信息化与国家安全—社会稳定互连网上散布一些虚假信息、有害信息对社会管理秩序造成的危害，要比现实社会中一个造谣要大的多。99年4月，河南商都热线一个BBS，一张说交通银行郑州支行行长协巨款外逃的帖子，造成了社会的动荡，三天十万人上街排队，挤提了十个亿。网上治安问题，民事问题，进行人身侮辱。

2022/9/13针对社会公共信息基础设施的攻击严重扰乱了社会管理秩序2001年2月8日正是春节，新浪网遭受攻击，电子邮件服务器瘫痪了18个小时。造成了几百万的用户无法正常的联络。网上不良信息腐蚀人们灵魂色情资讯业日益猖獗网上赌博盛行2022/9/13信息化与国家安全—信息战信息战指双方为争夺对于信息的获取权、控制权和使用权而展开的斗争。是以计算机网络为战场，计算机技术为核心、为武器，是一场智力的较量，以攻击敌方的信息系统为主要手段，破坏敌方核心的信息系统，是现代战争的“第一个打击目标”。通常来说它利用的手段有计算机病毒、逻辑炸弹、后门（BackDoor）、黑客、电磁炸弹、纳米机器人和芯片细菌等。美国国防部一名官员曾经说，给他10亿美元外加20个世界顶级黑客，他就可以“关掉”美国就像关掉一台计算机一样。

2022/9/13信息战重要实例1990年海湾战争，被称为“世界上首次全面信息战”，充分显示了现代高技术条件下“制信息权”的关键作用。美军通过向带病毒芯片的打印机设备发送指令，致使伊拉克军队系统瘫痪，轻易地摧毁了伊军的防空系统。多国部队运用精湛的信息技术,仅以伤亡百余人的代价取得了歼敌十多万的成果.在科索沃战争中，美国的电子专家成功侵入了南联盟防空体系的计算机系统。当南联盟军官在计算机屏幕上看到敌机目标的时候，天空上其实什么也没有。通过这种方法，美军成功迷惑了南联盟，使南联盟浪费了大量的人力物力资源。同样的方法还应用到南联盟首领米洛舍维奇的头上，美军雇佣黑客闯入瑞士银行系统，调查米氏的存款情况并加以删除，从心理上给予米氏以沉重的打击。2022/9/13信息战的特点战略信息战是一场没有前线的战斗。兰德公司《战略信息战》的报告综合了信息战的特点：信息攻击花费低传统边界模糊管理观念的困难战略情报的不可靠性战术警报/攻击估计极端困难建立和维持合作关系变得更为复杂无安全的战略后方2022/9/13信息时代的国际形势在信息时代，世界的格局是：一个信息霸权国家，十几个信息主权国家，多数信息殖民地国家。在这样的一个格局中，只有一个定位：反对信息霸权，保卫信息主权。2022/9/13“十五”期间，863计划信息技术领域设立四个主题计算机软硬件技术主题通信技术主题信息获取与处理技术主题信息安全技术主题2022/9/13有关部门提出，在“十五”期间，优先发展信息安全等级技术，研发急需的信息安全产品，安全等级保护的关键设备要实现国产化，基本满足重要领域和部门信息系统安全建设的应用需求。增强国家的信息安全防护能力、隐患发现能力、应急响应和恢复能力、信息战对抗能力，保障信息系统的安全和信息的安全。2022/9/13

重点围绕安全操作系统、安全网络管理系统、安全数据库管理系统等技术产品的研究开发。实现等级保护划分准则的第一至第三级，预研第四级和第五级。建立全国范围内重点行业的全方位、多层次的等级防护体系，基本完成信息系统安全等级保护的基础建设。在今后十五年内，实现信息安全标准、技术、产品的建设全面达到准则各级要求，建立起比较完善的国家信息安全等级防护保障体系，满足对各种安全等级保护产品的基本需要，形成符合中国国情的信息安全产业。2022/9/13

开展了安全专用产品的评测建立了公安部由国家质量技术监督局认可、公安部批准委托的“计算机信息系统安全产品质量监督检验中心”；成立了“国家信息安全测评认证中心”2022/9/13

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产品名称北京水木同正网络技术有限公司XKC3016120030815“中华箭1号”内部拨号上网连接监控管理系统V1.0吉林市欣达科技有限公司XKC3016220030820欣盾物理隔离卡XD-DN吉林市欣达科技有限公司XKC3016320030820欣盾隔离集线器XD-NSⅡm吉林市欣达科技有限公司XKC3016420030820欣盾网络切换器XD-NSⅠ北京网安趋势网络安全技术有限公司XKC3016520030824NetSwatch

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