11. 信息安全

安全基础、加密与认证、安全协议、威胁、防范体系和网络安全控制。

配套阅读：信息安全：课件笔记，含课程配图、例题和参考解析。

本章目录

• 安全属性、防范体系与安全协议
• 加密、认证与数字证书
• 网络攻击与恶意软件

安全属性、防范体系与安全协议

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 信息安全属性与防范体系 ## 安全属性 - 机密性：信息只向获得授权的主体披露 - 完整性：防止或发现未经授权的修改、删除与伪造 - 可用性：授权用户在需要时能够使用信息与服务 - 可控性：对访问、传播和使用行为实施授权与控制 - 可审查性：记录活动与证据，使行为能够被审计和追溯 - 身份真实性与不可否认性：确认实体身份，并为责任认定提供证据 ## 信息存储安全 - 访问控制：限制谁能读取、修改和删除数据 - 静态加密：保护磁盘、文件或数据库中的数据 - 密钥的隔离和权限保护同样影响安全性 - 完整性校验：结合可信摘要、认证码或签名发现变化 - 备份与恢复：使用隔离或不可变备份，并验证可恢复性 - 冗余提高可用性，但不能替代备份 - 数据生命周期：覆盖采集、保存、共享、归档和安全销毁 ## 防范体系的层次 - 物理环境：门禁、供电、防火防水与设备保护 - 操作系统：补丁、账户权限、进程隔离与安全配置 - 网络：分区隔离、边界控制与受保护的通信 - 应用：身份认证、授权、输入处理与依赖安全 - 管理：职责划分、风险管理、审计与事件响应 ## 纵深防御 - 预防：减少暴露面，实行最小权限 - 检测：收集日志，识别异常与已知攻击特征 - 响应：隔离受影响系统，限制事件扩散 - 恢复：恢复可信服务并修复导致事件的缺陷 - 单一产品或控制措施不能覆盖所有风险

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 访问控制、边界防护与入侵检测 ## 身份与授权 - 身份标识：声明访问者是谁 - 身份认证：验证声明，可结合密码、设备凭据和生物特征 - 多因素认证：组合不同类别的认证因素 - 授权：决定通过认证的主体可以执行哪些操作 - 审计：记录访问结果与关键行为 - 最小权限、职责分离和默认拒绝限制越权范围 ## 访问控制列表 ACL - 文件 ACL：规定主体对资源的读、写、执行等权限 - 网络 ACL：根据地址、端口、协议等条件允许或拒绝流量 - 规则顺序、匹配方向与默认动作影响最终结果 - 仅基于地址的规则不能证明用户身份 ## 防火墙 - 包过滤：依据分组首部与规则进行判断 - 状态检测：跟踪连接状态，检查流量是否符合会话状态 - 应用代理：理解特定应用协议并代理通信 - 部署于主机或网络边界，控制不同安全区域之间的访问 - 允许通过的业务流量仍可能包含攻击 ## Web 应用防火墙 WAF - 分析 HTTP 等 Web 流量，识别注入与其他异常请求 - 可配合相关机制降低网页篡改风险 - 不能替代参数化查询、应用授权或服务端漏洞修复 ## 漏洞扫描 - 识别已知漏洞、过时组件与错误配置 - 扫描结果需结合资产、暴露范围与误报情况核实 - 修复或采取补偿措施后复核 - 扫描不能证明系统没有未知漏洞 ## IDS 与 IPS - IDS：检测可疑行为并告警，常以旁路方式部署 - IPS：通常串联流量，检测后可阻断或限制通信 - 基于特征：识别已知模式；基于异常：识别偏离正常行为的活动 - 误报、漏报和加密流量可见性影响检测效果

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 安全通信机制 ## 应用层保护 - PGP 与 OpenPGP：面向邮件、文件等对象的加密与签名 - HTTPS：使用 TLS 保护 HTTP 通信 - SET：历史上的安全电子交易协议，已非现代支付系统的通用基础 ## TLS 与 SSL - TLS 为应用提供机密性、完整性与身份认证机制 - 常位于应用协议与可靠传输之间，不能机械等同于 OSI 某一层 - 握手协商参数、认证对端并建立通信密钥 - 数据传输使用会话密钥和认证加密等机制 - TLS 1.3 是现代版本；TLS 1.2 仍需选用安全算法与配置 - SSL 及 TLS 1.0、1.1 已过时，不适用于现代安全部署 ## IPsec - 在网络层保护 IP 通信，可用于主机或网关之间的 VPN - AH：提供完整性与源认证，不提供加密 - ESP：提供加密，并可提供完整性、认证与抗重放保护 - 传输模式：保护原 IP 分组的上层载荷 - 隧道模式：将原 IP 分组封装进新的 IP 分组 - IKE：协商安全关联并建立密钥 ## 链路保护与隧道 - 链路加密：保护某一段链路，保护范围不同于端到端加密 - PPTP：封装 PPP 的旧式隧道协议 - 常见认证与加密组合已存在严重弱点，不适用于现代安全部署 - L2TP：承载二层流量的隧道机制，本身不提供加密 - L2TP/IPsec 组合通过 IPsec 提供安全保护 - 隧道描述封装方式；是否保密取决于配套的加密与认证 ## 物理保护 - 物理隔离：减少系统之间的直接连接 - 电磁屏蔽：减少电磁干扰或信息泄漏 - 属于安全措施，不是网络通信协议

加密、认证与数字证书

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 对称密码与公钥密码 ## 密码系统的基本概念 - 明文通过加密算法和密钥转换为密文 - 解密在具备相应密钥时恢复明文 - 算法可以公开，安全性主要依赖密钥及算法本身的强度 - 加密解决机密性；完整性与身份认证需要相应机制 ## 对称密码 - 通信双方共享秘密密钥，加密与解密使用相同或可相互导出的密钥 - 处理效率较高，适合大量数据 - 难点是安全分发密钥、保护密钥与控制使用范围 - AES：分组长度 128 位，密钥长度为 128、192 或 256 位 - AES-GCM、ChaCha20-Poly1305：常见认证加密方案 - 同时提供机密性与完整性保护 - 同一密钥下必须遵守 nonce 的唯一性要求 ## 传统对称算法 - DES：有效密钥长度 56 位，已无法提供足够安全强度 - 3DES：通过多次 DES 运算构造，已退出现代新系统的安全选择 - RC5、IDEA：传统对称分组密码，用于理解算法发展 - 算法名称之外，工作模式、参数、随机数与密钥管理也影响安全 ## 公钥密码 - 使用数学上相关的公钥与私钥，私钥必须保密 - 公钥加密：发送方使用接收方公钥，接收方使用自己的私钥解密 - 数字签名：签名者使用自己的私钥，验证者使用对应公钥验签 - RSA：可构造加密或签名方案 - 加密和签名使用不同的标准编码与填充方案 - ECC：基于椭圆曲线的密码技术体系 - ECDH 用于密钥协商，ECDSA 等用于签名 - DSA：数字签名算法，不是加密算法 - 公钥无需保密，但必须验证其来源与身份绑定 ## 混合加密 - 使用公钥机制协商或保护会话密钥 - 使用对称密码保护实际业务数据 - TLS、OpenPGP 等采用这类组合思想 - 经过认证的临时密钥协商可提供前向保密 - 长期私钥日后泄漏，不应直接暴露过去的会话密钥

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 摘要、认证码与数字签名 ## 密码散列与消息摘要 - 将任意长度消息映射为固定长度摘要，如 SHA-256 的 256 位输出 - 散列不是加密，没有用密钥还原原文的解密过程 - 安全目标包括抗原像、抗第二原像与抗碰撞 - 不同输入必然可能碰撞，安全性要求难以有效找到碰撞 - 普通摘要能与可信的预期值比对，但不能单独证明发送者身份 ## 常见散列算法 - MD5：128 位摘要，抗碰撞性已失效 - SHA-1：160 位摘要，抗碰撞性已失效 - MD5 与 SHA-1 不适用于现代数字签名等需要抗碰撞性的用途 - SHA 是算法家族，不表示所有成员都输出 160 位 - SHA-2：包括 SHA-256、SHA-384、SHA-512 等 - SHA-3：另一系列现代密码散列算法 ## 消息认证码 MAC - 利用共享秘密密钥生成认证标签 - HMAC：基于散列构造的消息认证码，例如 HMAC-SHA-256 - 验证完整性与持有同一密钥一方的消息来源 - 双方都能生成标签，因此不能提供可向第三方证明的不可否认性 - 密码学 MAC 与网卡的 MAC 地址含义不同 ## 数字签名过程 - 签名：按签名方案对消息执行散列等处理，再用私钥生成签名 - 验证：验证者使用可信公钥、消息和签名进行校验 - RSA-PSS、ECDSA、EdDSA 等具有不同的内部算法与编码 - 签名不能笼统描述为“用私钥加密原文，再用公钥解密” ## 数字签名的作用与边界 - 检测消息被修改，验证对应私钥持有者的签名 - 身份可信程度取决于公钥绑定与私钥保护 - 可为不可否认性提供证据，还依赖证书、时间与管理机制 - 不加密消息内容，保密需另行使用加密 - 不自动阻止重放，需将新鲜性信息纳入受保护的消息

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 数字证书与公钥基础设施 ## 数字证书的作用 - 将主体身份信息与公钥绑定 - 证书颁发机构 CA 对证书内容签名 - 证书通常公开，不包含主体私钥 - 数字证书是身份与公钥的凭证，不等于加密后的业务数据 ## X.509 证书中的常见信息 - 主体身份与主体公钥 - 颁发者、序列号和有效期 - 签名算法与 CA 签名 - 密钥用途、扩展用途等约束 - Web 服务证书的主体备用名称 SAN 用于域名匹配 ## PKI 公钥基础设施 - CA：签发证书并维护相应的信任关系 - 注册与身份核验：按策略确认申请者身份或控制权 - 证书库、吊销机制与验证策略支持证书使用 - 根 CA、中间 CA 和终端实体证书组成证书链 ## 证书验证 - 验证证书链签名，并追溯到本地信任锚 - 检查有效期、用途和约束 - Web 场景还需检查访问域名与证书身份匹配 - 按验证策略检查吊销信息，如 CRL 或 OCSP - 只有签名数学验证成功，不代表证书在当前场景中可信 ## 在 TLS 中的应用 - 服务器发送证书，并在握手中证明掌握相应私钥 - 客户端验证证书与握手信息，再建立受保护的通信 - 双向 TLS 还要求验证客户端证书 - 证书认证身份；会话密钥用于保护后续业务数据

网络攻击与恶意软件

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 网络攻击与防护机制 ## 被动攻击 - 消息内容获取：监听通信以获得敏感信息 - 流量分析：依据通信双方、时间、频率与长度推断业务活动 - 通常不直接修改数据，因而较难通过数据变化发现 - 加密保护内容，但不一定隐藏所有通信元数据 ## 主动攻击 - 身份冒充：利用伪造身份或被盗凭据获取信任 - 通过可信身份认证、多因素认证和凭据保护降低风险 - 篡改：未经授权修改数据、请求或响应 - 使用认证加密、认证码或签名检测异常修改 - 绕过控制：绕过认证、授权或检查路径访问资源 - 服务端应完整执行权限判断并限制权限 - 抵赖：否认曾发生的发送、接收或操作行为 - 数字签名和受保护的审计记录可提供责任认定证据 ## 重放攻击 - 重复发送曾经有效的消息，使系统再次接受旧请求 - 消息签名或加密本身不保证消息是新产生的 - 随机数、序列号或一次性挑战可用于判断新鲜性 - 时间戳需结合认证、允许的时间窗口与重复检测 - 仅携带时间戳不能自动阻止重放 ## 拒绝服务 DoS 与 DDoS - 消耗带宽、连接、计算或其他资源，降低或阻断正常服务 - DDoS：多个来源协同产生攻击流量 - 限流、容量隔离、上游流量清洗和冗余可降低影响 - 防护效果受攻击规模与业务资源约束影响 ## SQL 注入 - 不可信输入被拼接进 SQL，改变原查询的语义 - 输入可能来自表单、查询参数、请求头或其他数据入口 - 后果包括越权查询、认证绕过、数据修改或删除 - 核心防护：参数化查询与预编译语句，将数据与语句结构分离 - 无法参数化的标识符使用允许列表等方式限制 - 数据库最小权限、补丁与安全检测限制风险 - 关键词过滤与 WAF 只能作为补充措施

--- markmap: height: 760 initialExpandLevel: 2 autoFit: true colorFreezeLevel: 2 maxWidth: 280 spacingHorizontal: 80 spacingVertical: 12 nodeMinHeight: 24 paddingX: 10 --- # 计算机病毒与恶意软件 ## 计算机病毒 - 通过感染宿主文件、文档或启动区域进行复制与传播 - 依赖宿主被运行或相关机制被触发 - 常见特征：传染性、隐蔽性、潜伏性与触发性 - 可能窃取或破坏数据，也可能消耗资源、影响系统稳定性 ## 按感染对象分类 - 文件型病毒：感染可执行文件等宿主 - 引导型病毒：感染启动相关区域 - 宏病毒：利用文档宏等可执行能力传播 - 混合型病毒：感染多个类别的对象 ## 与其他恶意软件的区别 - 蠕虫：通常可独立复制，并利用网络等途径传播 - 木马：伪装为正常程序执行恶意功能，不以自我复制为必要特征 - 勒索软件：通过加密、窃取数据或阻断访问进行勒索 - 后门：提供绕过正常认证或访问控制的通道 - 一个恶意程序可以同时具备多种行为特征 ## 防护与处置机制 - 补丁、最小权限、应用执行控制减少可利用入口 - 终端检测与日志分析识别异常行为 - 隔离受影响系统，阻止进一步传播 - 从可信备份恢复，并确认入口与残留问题已经处理