10.1网络安全的维护（教案）《计算机网络技术项目教程》（大连理工出版社）

周 次 第 十四 周，第 14 次课；总第16次课 章节名称 第十章：网络安全的维护 授课方式 课堂讲授（√）；上机实验（ ）； 实际操作（ ）；课程设计（ ）； 教学时数 2 授课方法 和手段 课堂讲授 教学目的 与要求 目的和要求： 1． 网络安全及其策略; 2． 防病毒技术; 加密与认证技术 难点：防病毒技术 教学基本内容纲要 10.2.1　网络安全及其策略 1．网络安全的定义 国际标准化组织（ISO）引用 ISO 72982 文献中对安全的定义：安全就是最大程度地减少数据和资源被攻击的可能性。 《计算机信息系统安全保护条例》第三条规范了包括计算机网络系统在内的计算机信息系统安全的概念：“计算机信息系统的安全保护，应当保障计算机及其相关的和配套的设备、设施（含网络）的安全，运行环境的安全，信息的安全，保障计算机功能的正常发挥，以维护计算机信息系统的安全运行”。 从本质上讲，网络安全是指网络系统的硬件、软件和系统中的数据受到保护，不受偶然的或恶意的攻击而遭到破坏、更改、泄露，系统连续口f靠正常地运行，网络服务不间断。 2．网络安全面临的主要威胁 1 窃听 攻击者通过监视网络数据获得敏感信息,从而导致信息泄密。主要表现为网络上的信息被窃听,这种仅窃听而不破坏网络中传输信息的网络侵犯者被称为消极侵犯者。恶意攻击者往往以此为基础,再利用其它工具进行更具破坏性的攻击。 2 重传 攻击者事先获得部分或全部信息,以后将此信息发送给接收者。 3 篡改 攻击者对合法用户之间的通讯信息进行修改、删除、插入,再将伪造的信息发送给接收者,这就是纯粹的信息破坏,这样的网络侵犯者被称为积极侵犯者。积极侵犯者截取网上的信息包,并对之进行更改使之失效,或者故意添加一些有利于自己的信息,起到信息误导的作用。积极侵犯者的破坏作用最大。 4 拒绝服务攻击 攻击者通过某种方法使系统响应减慢甚至瘫痪,阻止合法用户获得服务。 5 行为否认 通讯实体否认已经发生的行为。 6 电子欺骗 通过假冒合法用户的身份来进行网络攻击,从而达到掩盖攻击者真实身份,嫁祸他人的目的. 7 非授权访问 没有预先经过同意,就使用网络或计算机资源被看作非授权访问。它主要有以下几种形式:假冒、身份攻击、非法用户进入网络系统进行违法操作、合法用户以未授权方式进行操作等。 8 传播病毒 通过网络传播计算机病毒,其破坏性非常高,而且用户很难防范。如众所周知的CIH病毒、爱虫病毒、红色代码、尼姆达病毒、求职信、欢乐时光病毒等都具有极大的破坏性,严重的可使整个网络陷入瘫痪。 3．网络安全的基本要素 保密性： 保密性又称机密性，其与Integrity（完整性）和 Availability（可用性）并称为信息安全的CIA三要素 （1）物理保密：利用各种物理方法，如限制、隔离、掩蔽、控制等措施，保护信息不被泄露。 （2）防窃听：使对手侦收不到有用的信息。 （3）防辐射：防止有用信息以各种途径辐射出去。 （4）信息加密：在密钥的控制下，用加密算法对信息进行加密处理。即使对手得到了加密后的信息也会因为没有密钥而无法读懂有效信息。 完整性： 数据未经授权不能进行改变的特性。即信息在存储或传输过程中保持不被修改、不被破坏和丢失的特性。 可用性： 可被授权实体访问并按需求使用的特性。即当需要时能否存取所需的信息。例如网络环境下拒绝服务、破坏网络和有关系统的正常运行等都属于对可用性的攻击； 可控性： 对信息的传播及内容具有控制能力。 不可否认性 不可否认性又称抗抵赖性，即由于某种机制的存在，人们不能否认自己发送信息的行为和信息的内容。 传统的方法是靠手写签名和加盖印章来实现信息的不可否认性。在互联网电子环境下，可以通过数字证书机制进行的数字签名和时间戳，保证信息的抗抵赖。 4．网络安全策略 随着计算机网络的不断发展，全球信息化已成为人类发展的大趋势。但由于计算机网络具有联结形式多样性、终端分布不均匀性和网络的开放性、互连性等特征，致使网络易受黑客、怪客、恶意软件和其他不轨的攻击，所以网上信息的安全和保密是一个至关重要的问题。对于军用的自动化指挥网络、C3I系统和银行等传输敏感数据的计算机网络系统而言，其网上信息的安全和保密尤为重要。因此，上述的网络必须有足够强的安全措施，否则该网络将是个无用、甚至会危及国家安全的网络。无论是在局域网还是在广域网中，都存在着自然和人为等诸多因素的脆弱性和潜在威胁。故此，网络的安全措施应是能全方位地针对各种不同的威胁和脆弱性，这样才能确保网络信息的保密性、完整性和可用性。 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、打印机等硬件实体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，防止非法进入计算机控制室和各种偷窃、破坏活动的发生。 　　抑制和防止电磁泄漏（即TEMPEST技术）是物理安全策略的一个主要问题。目前主要防护措施有两类：一类是对传导发射的防护，主要采取对电源线和信号线加装性能良好的滤波器，减小传输阻抗和导线间的交叉耦合。另一类是对辐射的防护，这类防护措施又可分为以下两种：一是采用各种电磁屏蔽措施，如对设备的金属屏蔽和各种接插件的屏蔽，同时对机房的下水管、暖气管和金属门窗进行屏蔽和隔离；二是干扰的防护措施，即在计算机系统工作的同时，利用干扰装置产生一种与计算机系统辐射相关的伪噪声向空间辐射来掩盖计算机系统的工作频率和信息特征。 访问控制策略： 访问控制是网络安全防范和保护的主要策略，它的主要任务是保证网络资源不被非法使用和非常访问。它也是维护网络系统安全、保护网络资源的重要手段。各种安全策略必须相互配合才能真正起到保护作用，但访问控制可以说是保证网络安全最重要的核心策略之一。 10.2.2　防病毒技术 CPU内嵌的防病毒技术是一种硬件防病毒技术，与操作系统相配合，可以防范大部分针对缓冲区溢出（buffer overrun）漏洞的攻击（大部分是病毒）。Intel的防病毒技术是EDB（Excute Disable Bit），AMD的防病毒技术是EVP（Ehanced Virus Protection），但不管叫什么，它们的原理都是大同小异的。严格来说，目前各个CPU厂商在CPU内部集成的防病毒技术不能称之为“硬件防毒”。 1．计算机病毒的定义和特征 计算机病毒是指编制的或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能自我复制的一组计算机指令或程序代码。计算机病毒是人为编制的一组程序或指令集合。这段程序代码一旦进入计算机并得以执行，就会对计算机的某些资源进行破坏，再搜寻其他符合传染条件的程序或存储介质，达到自我繁殖的目的。 特 征： （一）非授权可执行性,计算机病毒隐藏在合法的程序或数据中,当用户运行正常程序时,病毒伺机窃取到系统的控制权,得以抢先运行,然而此时用户还认为在执行正常程序； （二）隐蔽性,计算机病毒是一种具有很高编程技巧、短小精悍的可执行程序,它通常总是想方设法隐藏自身,防止用户察觉； （三）传染性,传染性是计算机病毒最重要的一个特征,病毒程序一旦侵入计算机系统就通过自我复制迅速传播. (四)潜伏性,计算机病毒具有依附于其它媒体而寄生的能力,这种媒体我们称之为计算机病毒的宿主.依靠病毒的寄生能力,病毒可以悄悄隐藏起来,然后在用户不察觉的情况下进行传染. (五)表现性或破坏性.无论何种病毒程序一旦侵入系统都会对操作系统的运行造成不同程度的影响.即使不直接产生破坏作用的病毒程序也要占用系统资源.而绝大多数病毒程序要显示一些文字或图象,影响系统的正常运行,还有一些病毒程序删除文件,甚至摧毁整个系统和数据,使之无法恢复,造成无可挽回的损失. (六)可触发性,计算机病毒一般都有一个或者几个触发条件.一旦满足触发条件或者激活病毒的传染机制,使之进行传染;或者激活病毒的表现部分或破坏部分.触发的实质是一种条件的控制,病毒程序可以依据设计者的要求,在一定条件下实施攻击.这个条件可以是敲入特定字符,某个特定日期或特定时刻,或者是病毒内置的计数器达到一定次数等. 2．传播途径 通过硬盘传播、通过移动存储设备传播、通过网络传播 3．计算机病毒的防范 计算机病毒是一个程序，一段可执行码。就像生物病毒一样，计算机病毒有独特的复制能力。计算机病毒可以很快地蔓延，又常常难以根除。它们能把自身附着在各种类型的文件上。当文件被复制或从一个用户传送到另一个用户时，它们就随同文件一起蔓延开来。 除复制能力外，某些计算机病毒还有其它一些共同特性：一个被污染的程序能够传送病毒载体。当你看到病毒载体似乎仅仅表现在文字和图像上时，它们可能也已毁坏了文件、再格式化了你的硬盘驱动或引发了其它类型的灾害。若是病毒并不寄生于一个污染程序，它仍然能通过占据存贮空间给你带来麻烦，并降低你的计算机的全部性能。 例如，某些病毒会大量释放垃圾文件，占用硬盘资源。还有的病毒会运行多个进程，使中毒电脑运行变得非常慢。 它能够对计算机系统进行各种破坏 ,同时能够自我复制 , 具有传染性。 为了保证你上网无后患之忧，为了阻止任何一种木马病毒或者流氓软件进入我们的系统以及恶意代码修改注册表，建议采取以下预防措施。 安装正版反病毒软件、安装还原软件（卡）、多层防御 10.2.3　加密与认证技术 密码学（在西欧语文中之源于希腊语kryptós，“隐藏的”，和gráphein，“书写”）是研究如何隐密地传递信息的学科。在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关 1．密码技术 （1）对称密钥算法（传统加密方法） 代换密码法 也叫做凯撒密码。 早在公元前1世纪，据说凯撒大帝就曾用过极简单的代换式密码，在这种密码中，每个字母都由其后的第三个字母（按字母顺序）所代替。当凯撒说：“Hw we，Eu-xwh！”而不是“Et tu，Brute！”（“你这畜生！”）时，他的心腹会懂得他的意思的。值得注意的是，大约2，000年后，联邦将军A．S．约翰逊和皮埃尔·博雷加德在希洛战斗中再次使用过这种简易密码。 转换密码法 代换密码法的实质就是保持明文的次序，而把明文字符隐藏起来啊。转换密码法不是隐藏它们，而是靠重新安排字母的次序。 变位加密法 一次性密码簿加密法 一次性密码簿加密具有代码加密的可靠性，又保持了替换加密的灵活性，密码簿每一页都是不同的代码表，可用一页上的代码来加密一些词，用后销毁，再用另一页加密另一些词，直到全部的明文完成加密，破译的唯一方法就是获取一份相同的密码簿。 一次性密码簿加密，要求密码簿至少不小于明文长度，即不得重复用来加密明文的不同部分，否则密文就会呈现出某种规律性，也就可能被破译。一般这种加密方法只用于高度保密的场合下，因为如何将至少同长度的密码簿护送到接收端是一个大代价的行动。 （2）非对称密钥算法（公开密钥算法、现代加密方法） DES加密算法 数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）是一种对称加密算法，很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的DEA是嵌入硬件中的。通常，自动取款机（Automated Teller Machine，ATM）都使用DEA。它出自IBM的研究工作，IBM也曾对它拥有几年的专利权，但是在1983年已到期后，处于公有范围中，允许在特定条件下可以免除专利使用费而使用。1997年被美国政府正式采纳。 IDEA加密算法 国际数据加密算法（IDEA）是上海交通大学教授来学嘉与瑞士学者James Massey联合提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重DES。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点。IDEA的密钥为128位，这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。 RSA公开密钥算法 RSA公钥加密算法是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。1987年首次公布，当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。 RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。 Hash-MD5加密算法 Message Digest Algorithm MD5（中文名为消息摘要算法第五版）为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。该算法的文件号为RFC 1321（R.Rivest,MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data Security Inc. April 1992）。 MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。 量子加密系统 在IBM的华生实验室里，班奈特（Charles Bennett）是位知名而优秀的理论学家，也是量子计算这个新领域的创始者之一。就像其他多数理论学家一样，他待在实验室的经验并不多。他对于外在的事物漫不经心，有一次甚至把茶壶放在隔水加热器太久，从绿色煮成红色。不过，在1989年，班奈特和同事斯莫林（John A. Smolin）以及布拉萨（Gilles Brassard）决定放手一搏，着手进行一项开创性的实验。他们根据量子力学的原理，展示了一种新的密码技术。 2．认证技术 消息认证 消息认证（message authentication）就是验证消息的完整性，当接收方收到发送方的报文时，接收方能够验证收到的报文是真实的和未被篡改的。它包含两层含义：一是验证信息的发送者是真正的而不是冒充的，即数据起源认证；二是验证信息在传送过程中未被篡改、重放或延迟等。 身份认证 身份认证也称为“身份验证”或“身份鉴别”，是指在计算机及计算机网络系统中确认操作者身份的过程，从而确定该用户是否具有对某种资源的访问和使用权限，进而使计算机和网络系统的访问策略能够可靠、有效地执行，防止攻击者假冒合法用户获得资源的访问权限，保证系统和数据的安全，以及授权访问者的合法利益。 数字签名 数字签名（又称公钥数字签名、电子签章）是一种类似写在纸上的普通的物理签名，但是使用了公钥加密领域的技术实现，用于鉴别数字信息的方法。一套数字签名通常定义两种互补的运算，一个用于签名，另一个用于验证。 数字签名，就是只有信息的发送者才能产生的别人无法伪造的一段数字串，这段数字串同时也是对信息的发送者发送信息真实性的一个有效证明。 数字签名是非对称密钥加密技术与数字摘要技术的应用。 教学重点 与难点 重点：1．加密与认证技术; 2． 防病毒技术; 难点：加密与认证技术，网络攻击与入侵检测技术 教学过程 设计 复习 10 分钟，授新课 70 分钟，安排讨论 5 分钟， 布置作业 分钟，提问 5 分钟 作业布置 无 课后小结 参考资料 学科网（北京）股份有限公司 $$