第4章信息安全技术基础知识

原子标签索引：[概念×13 | 机制×9 | 流程×5 | 分类体系×9 | 判据×5 | 案例×3 | 数据×6] 上游：第2章（计算机系统基础知识）下游：被第18章（安全架构设计理论与实践）引用

标准表述

信息安全5个基本要素：机密性、完整性、可用性、可控性、可审查性。
信息安全范围4类：设备安全、数据安全、内容安全、行为安全。
设备安全3方面：稳定性（不出故障的概率）、可靠性（正常执行任务的概率）、可用性（可正常使用的概率）。
内容安全是信息安全在政治、法律、道德层次上的要求。
信息系统安全系统框架由技术体系、组织机构体系、管理体系共同构建。
组织机构体系由机构、岗位、人事机构3个模块构成；机构分决策层、管理层、执行层3层。
管理体系由法律管理、制度管理、培训管理3部分组成；"三分技术，七分管理"。
网络存在的威胁5方面：非授权访问、信息泄露或丢失、破坏数据完整性、拒绝服务攻击、利用网络传播病毒。
安全措施目标5项：访问控制、认证、完整性、审计（不可抵赖性）、保密。
密码学分两支：密码编码学（设计密码体制）、密码分析学（破译密码）。
保密通信模型：C=E(K,P)，P=D(K,C)；加/解密函数公开，密钥K保密。
不论获取多少密文都无法确定对应明文的密码体制称为无条件安全（理论上不可破解）；实际追求的是计算上安全。
对称加密加解密密钥相同；典型算法：DES、三重DES、IDEA、AES。
非对称加密加解密密钥不同；典型算法：RSA；其安全性基于大素数分解的困难性。
公钥算法3条件：D(E(P))=P；不能由E导出D；选择明文攻击不能破解。
用公钥加密、私钥解密可实现保密通信；用私钥加密、公钥解密可实现数字签名。
有KDC时主密钥只需N个，会话密钥数N(N-1)/2；会话密钥通信结束后立即销毁。
公钥分配4方式：公开发布、公用目录表、公钥管理机构、公钥证书（CA签发）。
访问控制3要素：主体S、客体O、控制策略KS；访问控制包括认证、控制策略实现、审计3方面。
ACL（访问控制表）按列保存访问矩阵，目前最流行；能力表按行保存；授权关系表按非空元素保存，安全数据库常用。
数字签名要达到3点：接收方可验证消息来源；发送方不能否认；接收方不能编造或篡改。
DoS实施两思路：使服务器缓冲区满不接收新请求；用IP欺骗迫使服务器把合法用户连接复位。
拒绝服务攻击防御4法：特征字符串识别、防火墙监视敏感端口、通信数据量统计、修正已知漏洞。
ARP欺骗防范：arp -s固化网关ARP表、ARP服务器、双向绑定、ARP防护软件。
DNS欺骗检测3法：被动监听检测、虚假报文探测、交叉检查查询。
端口扫描目的2个：判断目标主机开放了哪些服务、判断目标主机的操作系统。
系统漏洞扫描分基于网络的扫描和基于主机的扫描2类。
《计算机信息系统安全保护等级划分准则》GB 17859—1999 分5个等级。
风险评估基本要素：脆弱性、资产、威胁、风险、安全措施；风险评估是信息安全保障体系建立过程中的重要评价方法和决策机制。
风险评估形式按实施者分自评估和他评估两大类；他评估即检查评估，具有强制意味。

蒸馏笔记

概念

机密性：确保信息不暴露给未授权的实体或进程。
完整性：只有得到允许的人才能修改数据，且能判别数据是否已被篡改。
可用性：授权实体在需要时可访问数据，攻击者不能占用资源阻碍授权者。
可控性：可控制授权范围内的信息流向及行为方式。
可审查性：对出现的信息安全问题提供调查的依据和手段。
数据安全3性：秘密性（不受未授权者知晓）、完整性（正确真实未篡改）、可用性（随时正常使用）。
行为安全3性：秘密性、完整性（过程结果符合预期）、可控性（偏离预期可发现、控制、纠正）。
密码学：研究数据加密的科学，含密码编码学与密码分析学。
无条件安全：由密文无法确定对应明文，理论上不可破解。
访问控制：主体依据控制策略或权限对客体及其资源进行不同授权访问。
主体S：可对其他实体施加动作的主动实体（用户、组织、终端、进程等）。
客体O：接受其他实体访问的被动实体（信息、文件、硬件设施等，可嵌套）。
控制策略KS：主体对客体的操作行为集和约束条件集（访问规则集）。
DoS：使主机软硬件失去工作能力、系统不可访问、拒绝合法用户服务要求的攻击。
DDoS：攻击者先侵入并控制一批计算机（肉鸡/傀儡机），再同时向特定目标发起拒绝服务攻击。
信息安全风险评估：依据国家信息安全技术标准，对系统及信息的保密性、完整性和可用性等安全属性进行科学评价的过程。
威胁：对机构及其资产构成潜在破坏的可能性因素或事件；产生因素分人为（有意/无意）与环境因素。
脆弱性（弱点）：资产本身存在的、可被威胁利用的条件；无威胁时单纯弱点不造成损失。

机制

保密通信：明文P →(加密算法E+密钥K) 密文C →(解密算法D+密钥K) 明文P。
三重DES为何用两把密钥：3把可加长到168位但被认为超过实际需要 → 第1、3层用同一密钥 → 有效长度112位；不用两重DES是因其对"中间可遇"攻击极为脆弱。
三重DES：K1加密 → K2解密 → K1再加密；耗时3倍，密钥强度112位。
公钥加密体制加密速度慢 → 更适合用来分配单钥（对称）密码体制的会话密钥。
数字签名+单向Hash：不签整个文件只签Hash值 → 计算速度大增；签名与文件可分开保存，存储量降低。
SYN Flooding：伪造不可达源地址大量发SYN → 服务器维护巨大半连接列表耗尽资源 → 堆栈溢出崩溃或无暇响应正常请求；故称"SYN洪水"。
ARP欺骗：先使目标主机C瘫痪 → 攻击者B冒充C发伪造ARP应答 → A更新ARP缓存，C的IP对应B的MAC → 局域网按MAC传输，数据被发给B。
DNS欺骗：冒充域名服务器 → 把查询到的IP设为攻击者IP → 用户转向虚假地址；并非真正黑掉网站，而是冒名顶替。
IP欺骗前提：TCP三次握手依赖ISN序列；先对被冒充主机实施DoS使其瘫痪，再冒充之。
风险要素链：业务战略依赖资产 → 资产有价值、价值越大风险越大 → 威胁利用脆弱性危害资产形成风险 → 安全需求导出安全措施 → 安全措施降低风险但留下残余风险 → 残余风险须受密切监视。
控制矢量机制：杂凑函数把控制矢量压缩到与加密密钥等长，与主密钥异或后作为加密会话密钥的密钥；用户须凭主密钥+控制矢量才能恢复会话密钥。

流程

有KDC的密钥分配（第4种方式，最常用）：①A、B、C三方各经保密信道与KDC共享主密钥；②C选取会话密钥Ks；③经各自保密信道发送给A、B；④A、B用Ks保密通信，结束后销毁。
用公钥体制分配会话密钥5步：①A用B公钥加密身份IDA+随机数N1发给B；②B用A公钥加密N1和新随机数N2返回（证明是B）；③A用B公钥加密N2返回（证明是A）；④A发送M=EpkB[EskA[Ks]]；⑤B用DPkA[DskB[M]]恢复会话密钥。
管理员安全监控4项工作：①监控当前进程与登录用户；②检查文件所有者、授权、修改日期及访问控制属性；③检查系统命令安全配置文件、口令文件、核心启动文件、可执行文件的修改情况；④检查用户登录历史与超级用户登录记录。
风险计算5步：①资产识别并赋值；②威胁分析并对发生可能性赋值；③识别脆弱性并对弱点严重程度赋值；④由威胁和脆弱性计算安全事件发生的可能性；⑤结合资产重要性和事件可能性计算风险值。
资产估价要点：按安全价值而非账面价格估价；需考虑成本价格+对业务的安全重要性；机构应先建立资产价值尺度；估价过程即对保密性、完整性、可用性影响分析的过程。

分类体系

用户标识与验证2类：基于人的物理特征（签名、指纹、语音识别）；基于所拥有特殊安全物品（智能IC卡、磁条卡）。
存取控制2法：隔离控制法（物理/时间/逻辑/密码技术隔离）；限制权限法（用户分类管理、严格目录文件权限、临时目录文件加密）。
对称加密算法：DES（1977，NSA依IBM Lucifer制定）；三重DES（两密钥三次，112位）；IDEA（1990，来学嘉与Massey，128位密钥、64位块、8轮）；AES（Rijndael，2002.5.26正式标准）。
非对称加密算法：RSA（Rivest、Shamir、Adleman）。
对称密钥分配4方式：①A选取密钥物理手段发给B；②第三方选取后物理手段分别发A、B；③用已有密钥加密新密钥发送；④三方保密信道由C分发（前两种称人工发送）。
访问控制实现技术4种：访问控制矩阵ACM（矩阵原型，太大少用）；访问控制表ACLs（按列存，最流行）；能力表Capabilities（按行存，70年代OS多用但商业不成功）；授权关系表Authorization Relations（按非空元素存，安全数据库用）。
数字签名实现2类：对称密钥签名（依赖共同信赖的仲裁人BB，证据含时间戳）；公开密钥签名（私钥加密公钥解密；长文件配合Hash只签摘要）。
欺骗攻击3类：ARP欺骗、DNS欺骗、IP欺骗。
端口扫描4类：全TCP连接（易被记录）；半打开式/SYN扫描（不建全连接，快且难记录）；FIN扫描（发FIN=1，关闭端口回RST、活动端口无回应，称秘密扫描）；第三方扫描（代理扫描，用"肉鸡"）。
TCP/IP堆栈攻击3类及防御键值：SYN Flooding（SynAttackProtect=2等）；ICMP攻击（如Ping of Death，ICMP包最大不超64KB被利用；EnableICMPRedirect=0）；SNMP攻击（可接管网络；EnableDeadGWDetect=0）。
安全保护等级5级（GB 17859—1999，对应TCSEC）：第1级用户自主保护级（C1）；第2级系统审计保护级（C2）；第3级安全标记保护级（B1）；第4级结构化保护级（B2，考虑隐蔽通道）；第5级访问验证保护级（B3，访问监控器）。
系统漏洞扫描2类：基于网络的扫描（由漏洞数据库、用户配置控制台、扫描引擎、当前活动的扫描知识库、结果存储器和报告生成工具5模块组成；便宜、不需目标系统管理员配合、目标机上不装东西、维护简便）；基于主机的扫描（目标系统装Agent/Services；漏洞数量多、集中化管理、网络流量负载小）。

判据

网络漏洞4表现：物理安全性（非授权机器可物理接入）、软件安全漏洞（特权软件带恶意代码）、不兼容使用安全漏洞（无关事物连接产生漏洞）、选择合适的安全哲理（安全策略选择不当则前功尽弃）。
数字签名可用5条件：可信；不可伪造；不可重用（不能移到别的文件）；签名的文件不可改变；不可抵赖。
DDoS受害时6现象：大量等待的TCP连接；大量与网站服务无关、指向任意端口的数据分组；大量假源地址无用数据包；高流量无用数据造成网络拥塞；反复服务请求使主机无法及时处理；严重时死机。
DNS欺骗检测判据：同一请求在时间间隔内收到两个以上结果不同的应答包→怀疑被欺骗（被动监听）；向非DNS服务器IP发请求仍收到应答→受攻击（虚假报文探测）；客户端反向查询IP对应域名不一致→被欺骗（交叉检查）。
影响（安全事件后果）考虑11方面：违反法律法规、影响业务执行、信誉损失、侵犯个人隐私、人身伤害、对法律实施负面影响、侵犯商业机密、违反社会公共准则、经济损失、破坏业务活动、危害公共安全。

案例

2010年美以黑客用APT攻击物理摧毁伊朗纳坦兹核工厂上千台铀浓缩离心机——黑客攻击从"软打击"上升到"硬摧毁"（4.2节）。
RSA Security网站遭DNS欺骗：主机未被入侵，域名被劫持致主页被改（4.7.3节）。
1977年Diffie与Hellman设计DES解密机，一天内可穷试2^56种密钥（野蛮攻击），造价约2千万美元（4.4.2节）。

数据

密钥分配：无KDC时N个用户需密钥数 N(N-1)/2；有KDC时主密钥仅需N个。
RSA密钥产生：选大素数p、q（大于10^100）；n=pq，z=(p-1)(q-1)；d与z互质；ed=1(mod z)；公钥(e,n)，私钥(d,n)；C=P^e(mod n)，P=C^d(mod n)。
RSA分解难度：分解200位的数需40亿年，分解500位的数需10^25年。
密钥空间：8位ASCII字符密钥，4字节空间穷举1.2小时，6字节需8.9年，8字节需580000年。
SYN Timeout约30秒～2分钟（分钟数量级）。
防SYN Flooding注册表键值（HKLM\System\CurrentControlSet\Services）：SynAttackProtect=2、TcpMaxPortsExhausted=1、TcpMaxHalfOpen=500、TcpMaxHalfOpenRetried=400、TcpMaxConnectResponseRetransmissions=2、TcpMaxDataRetransmissions=2、EnablePMTUDiscovery=0、KeepAliveTime=300000（5分钟）、NoNameReleaseOnDemand=1。

易错点 / 边界情况

5要素与"安全措施目标5项"是两组不同清单，勿混：前者（机密/完整/可用/可控/可审查），后者（访问控制/认证/完整性/审计/保密）。
设备"稳定性"（不出故障概率）≠设备"可靠性"（正常执行任务概率）≠设备"可用性"（可正常使用概率），三个概率含义不同。
三重DES用两把密钥而非三把（有效112位而非168位）；两次加密次序是"加密→解密→加密"，不是"解密→加密→解密"。
公钥体制下"保密通信"与"数字签名"方向相反：公钥加密私钥解密=保密；私钥加密公钥解密=签名。
ACL与能力表方向易反：ACL按列（客体索引）保存，查"谁能访问某客体"方便；能力表按行（主体索引）保存，查"某主体能访问谁"方便。
FIN扫描中：关闭端口返回RST，活动端口不返回任何回应——方向别记反。
SYN扫描是"半打开"：发SYN后收到SYN+ACK即确认端口活动，随即发RST拒绝建连，未完成三次握手。
无条件安全（理论安全）几乎不存在；实际追求的是给定计算费用下"计算上安全"。
分层KDC的两层意义：减少主密钥分布＋把虚假KDC的危害限制在局部区域。
残余风险有两个来源：安全措施可能不当或无效（需继续控制）；权衡成本与资产价值后有意不控制（可接受）；均须密切监视。
病毒防治：重要数据"每天备份"；重要计算机系统与因特网"严格物理隔离"；不使用时断网。
IP欺骗与DNS欺骗的区别：IP欺骗针对TCP连接建立（先瘫痪被冒充者），DNS欺骗是冒充域名服务器返回假IP，不动目标主机。