{安全生产管理}计算机网络技术第9章计算机网络安全

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1、第9章 计算机网络安全,本章内容,知识结构,9.1 网络安全问题概述,随着计算机网络技术的发展，网络的安全性和可靠性成为各层用户所共同关心的问题。人们都希望自己的网络能够更加可靠地运行，不受外来入侵者的干扰和破坏，所以解决好网络的安全性和可靠性，是保证网络正常运行的前提和保障。,Internet,防火墙,学生区,Info Gate,IIS服务Web服务DMZ区,教工区,安全 垃圾邮 内容 审计 件网关 过滤,数据库服务器群,应用服务器群,9.1.1网络所面临的安全威胁,1、网络安全要求 网络安全，是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护,不受偶然或者恶意的攻击而遭到破坏、更改、泄露，系

2、统连续可靠正常地运行，网络服务不会中断。,完整性,保密性,2、网络安全威胁 一般认为，黑客攻击、计算机病毒和拒绝服务攻击等3个方面是计算机网络系统受到的主要威胁。,黑客攻击,计算机病毒,拒绝服务攻击,黑客使用专用工具和采取各种入侵手段非法进入网络、攻击网络,并非法使用网络资源。,计算机病毒侵入网络，对网络资源进行破坏，使网络不能正常工作，甚至造成整个网络的瘫痪。,攻击者在短时间内发送大量的访问请求，而导致目标服务器资源枯竭，不能提供正常的服务。,9.1.1网络所面临的安全威胁,3、网路安全漏洞 网络安全漏洞实际上是给不法分子以可乘之机的“通道”,大致可分为以下3个方面。,网络的漏洞,服务器的漏

3、洞,操作系统的漏洞,包括网络传输时对协议的信任以及网络传输漏洞，比如IP欺骗和信息腐蚀就是利用网络传输时对IP和DNS的信任。,利用服务进程的bug和配置错误,任何向外提供服务的主机都有可能被攻击。这些漏洞常被用来获取对系统的访问权。,Windows和UNIX操作系统都存在许多安全漏洞,如Internet蠕虫事件就是由UNIX的安全漏洞引发的。,9.1.1网络所面临的安全威胁,4、网络安全攻击 要保证运行在网络环境中的信息安全,首先要解决的问题是如何防止网络被攻击。根据Steve Kent提出的方法,网络安全攻击可分为被动攻击和主动攻击两大类，如下图所示。,网络安全攻击分类,被动攻击,截获(秘

4、密),分析信息内容 通信量分析,主动攻击,拒绝 篡改 伪造 重放 (可用性) (完整性) (真实性) (时效性),被动攻击不修改信息内容，所以非常难以检测，因此防护方法重点是加密。主动攻击是对数据流进行破坏、篡改或产生一个虚假的数据流。,9.1.1网络所面临的安全威胁,5、网络安全破坏 网络安全破坏的技术手段是多种多样的，了解最通常的破坏手段，有利于加强技术防患。,9.1.1网络所面临的安全威胁,9.1.2网络安全内容,国际标准化组织（ISO）对网络安全的定义是：为数据处理系统建立和采用的技术和管理的安全保护，保护计算机硬件、软件和数据不因偶然和恶意的原因遭到破坏、更改和泄露。简单说，安全的目

5、的是保证网络数据的三个特性：可用性、完整性和机密性。由此可以将计算机网络的安全理解为：通过采用各种技术和管理措施，使网络系统正常运行，从而确保网络数据的可用性、完整性和保密性。所以，建立网络安全保护措施的目的是确保经过网络传输和交换的数据不会发生增加、修改、丢失和泄露等。,9.1.3网络安全的层次模型,1、安全体系框架 为了系统的、科学地分析网络安全所涉及的各种问题，我们从安全服务特性、系统单元、开放系统互连参考模型安全特性三个方面研究网络安全，并提出了一个三维的安全体系框架，如下图所示。,三维安全框架体系,9.1.3网络安全的层次模型,2、安全服务特性 （1）身份认证 身份认证是访问控制的基

6、础。身份认证必须做到准确无误地将对方辨别出来，同时还应该提供双向的认证，即互相证明自己的身份。 （2）访问控制 控制不同用户对信息资源访问的权限，防止非授权使用资源或以非授权的方式使用资源。 （3）数据加密 保证数据安全通信的手段，指在数据存储和传输时进行加密，防止数据在传输过程中被窃听。 （4）数据的完整性 指防止数据在传输过程中被篡改、删除、插入替换或重发，以保证合法用户接收和使用该数据的真实性。 （5）不可否认性 防止发送方企图否认所发送的信息，同时也防止接受方企图否认接收到信息。 （6）安全审计 设置安全、可靠的审计记录措施，便于事后的分析审计。,9.1.3网络安全的层次模型,3、系统

7、单元 （1）通信平台 信息网络的通信设备、通信网络平台； （2）网络平台 信息网络的网络系统； （3）系统平台 信息网络的操作系统平台； （4）应用平台 信息网络各种应用的开发、运行平台： （5）物理环境 信息网络运行的物理环境及人员管理。,9.1.3网络安全的层次模型,4、层次模型 （1）物理层 在通信线路上采用电磁屏蔽技术、干扰及跳频等技术，来防止电磁辐射造成的信息外泄，保证在线路上不被搭线偷听，或者轻易的检测出信息。但由于网络分布广，物理层的安全很难保证。 （2） 数据链路层 点对点的链路可以采用数据通信保密机制，对数据采用加密和解密，保证通信的安全。 （3） 网络层 采用加密、路由控制

8、、访问控制、审计、防火墙技术和IP加密传输信道技术，保证信息的机密性。防火墙被用来处理信息在内外网络边界的流动，它可以确定来自哪些地址的信息可以或者禁止访问哪些目的地址的主机。IP加密传输信道技术是在两个网络结点间建立透明的安全加密信道。这种技术对应用透明，提供主机对主机的安全服务。适用于在公共通信设施上建立虚拟的专用网。 （4） 应用层 针对用户身份进行认证并建立起安全的通信信道。,9.2 数据加密与数字认证,数据加密和数字签名是网络信息安全的核心技术。其中，数据加密是保护数据免遭攻击的一种主要方法；数字认证是解决网络通信过程中双方身份的认可，以防止各种敌手对信息进行篡改的一种重要技术。 数

9、据加密和数字签名的联合使用，是确保信息安全的有效措施。,9.2.1 加密技术,9.2.1加密技术,1、密码学与密码技术 计算机密码学是研究计算机信息加密、解密及其变换的新兴科学,密码技术是密码学的具体实现, 它包括4个方面：保密(机密)、消息验证、消息完整和不可否认性。,2、加密和解密 密码技术包括数据加密和解密两部分。加密是把需要加密的报文按照以密码钥匙（简称密钥）为参数的函数进行转换，产生密码文件；解密是按照密钥参数进行解密,还原成原文件。数据加密和解密过程是在信源发出与进入通信之间进行加密，经过信道传输,到信宿接收时进行解密,以实现数据通信保密。数据加密和解密过程如下图所示。,加 密,密

10、钥,报 文,解 密,原报文,加密解密模型,明文,密文传输,明文,信源,加密单元,解密单元,信宿,9.2.1加密技术,3、密钥体系 加密和解密是通过密钥来实现的。如果把密钥作为加密体系标准，则可将密码系统分为单钥密码（又称对称密码或私钥密码）体系和双钥密码（又称非对称密码或公钥密码）体系。 在单钥密码体制下，加密密钥和解密密钥是一样的。在这种情况下，由于加密和解密使用同一密钥（密钥经密钥信道传给对方），所以密码体制的安全完全取决于密钥的安全。 双钥密码体制是1976年W.Diffie和M.E.Heilinan 提出的一种新型密码体制。1977年Rivest,Shamir和Adleman提出RSA

11、密码体制。在双钥密码体制下,加密密钥与解密密钥是不同的,它不需要安全信道来传送密钥，可以公开加密密钥，仅需保密解密密钥。,9.2.1加密技术,传统加密方法 1、代换密码法 单字母加密方法：是用一个字母代替另一个字母,它把A变成E，B变成F，C变为G，D变为H。 多字母加密方法：密钥是简短且便于记忆的词组。 2、转换密码法 保持明文的次序，而把明文字符隐藏起来。转换密码法不是隐藏它们，而是靠重新安排字母的次序。 3、变位加密法 把明文中的字母重新排列,字母本身不变，但位置变了。常见的有简单变位法、列变位法和矩阵变位法。 4、一次性密码簿加密法 就是用一页上的代码来加密一些词，再用另一页上的代码加

12、密另一些词，直到全部的明文都被加密。,9.2.1加密技术,现代加密方法 1、DES加密算法 DES加密算法是一种通用的现代加密方法,该标准是在56位密钥控制下,将每64位为一个单元的明文变成64位的密码。采用多层次复杂数据函数替换算法，使密码被破译的可能性几乎没有。 2、IDEA加密算法 相对于DES的56位密钥，它使用128位的密钥，每次加密一个64位的块。这个算法被加强以防止一种特殊类型的攻击,称为微分密码密钥。 IDEA的特点是用了混乱和扩散等操作,主要有三种运算：异或、模加、模乘，并且容易用软件和硬件来实现。IDEA算法被认为是现今最好的、最安全的分组密码算法，该算法可用于加密和解密。

13、,9.2.1加密技术,邮件内容C,H=MDS(C),S=ENRSA(H)KS,M=C+S,随机加密密钥,E1=ENIDEA(M),E2=ENRSA(K)KRP,将E1+E2寄出,发送邮件,收到E1+E2,K=DERSA(E2)KRS,M=DEIDEA(E1)K,将M分离成C和S,H1=MD5(C),取得收信人的 分开密钥KP,S1=DERSA(H1)KP,S1=S?,No,Yes,接收此邮件,拒绝此邮件,接收邮件,3、RSA公开密钥算法 RSA是屹今为止最著名、最完善、使用最广泛的一种公匙密码体制。RSA算法的要点在于它可以产生一对密钥,一个人可以用密钥对中的一个加密消息，另一个人则可以用密钥

14、对中的另一个解密消息。任何人都无法通过公匙确定私匙，只有密钥对中的另一把可以解密消息。,取得收信人的 分开密钥KRP,9.2.1加密技术,4、HashMD5加密算法 Hash函数又名信息摘要（Message Digest）函数，是基于因子分解或离散对数问题的函数，可将任意长度的信息浓缩为较短的固定长度的数据。这组数据能够反映源信息的特征，因此又可称为信息指纹（Message Fingerprint)。Hash函数具有很好的密码学性质,且满足Hash函数的单向、无碰撞基本要求。 5、量子加密系统 量子加密系统是加密技术的新突破。量子加密法的先进之处在于这种方法依赖的是量子力学定律。传输的光量子只

15、允许有一个接收者，如果有人窃听，窃听动作将会对通信系统造成干扰。通信系统一旦发现有人窃听，随即结束通信，生成新的密钥。,9.2.1加密技术,解密方法 1.密钥穷尽搜索 就是尝试所有可能的密钥组合，虽然这种密钥尝试通常是失败的，但最终总会有一个密钥让破译者得到原文。 2. 密码分析 密码分析是在不知密钥的情况下利用数学方法破译密文或找到秘密密钥。常见的密码分析有如下两种： 已知明文的破译方法：是当密码分析员掌握了一段明文和对应的密文,目的是发现加密的密钥。在实际应用中,获得某些密文所对应的明文是可能的。 选定明文的破译方法：密码分析员设法让对手加密一段分析员选定的明文，并获得加密后的结果,以获得

16、确定加密的密钥。,9.2.1加密技术,3、防止密码破译的措施 为了防止密码破译,可以采取一些相应的技术措施。目前通常采用的技术措施以下3种。 好的加密算法：一个好的加密算法往往只有用穷举法才能得到密钥，所以只要密钥足够长就会比较安全。20世纪7080年代密钥长通常为4864位，90年代,由于发达国家不准许出口64位加密产品，所以国内大力研制128位产品。 保护关键密钥（KCK：KEY CNCRYPTION KEY）。 动态会话密钥：每次会话的密钥不同。 动态或定期变换会话密钥是有好处的，因为这些密钥是用来加密会话密钥的，一旦泄漏，被他人窃取重要信息，将引起灾难性的后果。,9.2.1加密技术,9.2.2数字签名,对文件进行加密只是解决了传送信息的保密问题，而防止他人对传输的文件进行破坏、如何确定发信人的身份还需要采用其他的手段，这一手段就是数字签名。一个完整的数字签名应该具有不可抵赖性、不可伪造性、不可重用性等。 “数字签名”是数字认证技术中其中最常用的认证技术。在日