第一章网络信息安全概述

网络信息安全基本属性

机密性： 不被泄露
完整性： 不被篡改
可用性
抗抵赖性
可控性

网络信息安全现状与问题

网络信息安全状况：环境/攻击类型复杂，APT常态化
网络信息安全问题：十二方面

网络信息安全基本功能

网络信息安全防御
网络信息安全监测
网络信息安全应急
网络信息安全恢复

网络信息安全基本技术需求

物理环境安全：环境、设备、存储介质安全
网络信息安全认证：实现网络资源访问控制的前提和依据
网络信息访问控制：有效保护网络管理对象
网络信息安全保密：目的就是防止非授权用户访问
网络信息安全漏洞扫描
恶意代码防护：病毒、蠕虫、特洛伊木马
网络信息内容安全：数据符合法律法规要求
网络信息安全检测与预警
网络信息安全应急响应

网络信息安全管理内容与方法

网络信息安全管理目标：通过适当的安全防范措施，以保障网络的运行安全和信息安全，满足网上业务开展的安全要求
管理对象：主要包括网络设备、网络通信协议、网络操作系统、网络服务、安全网络管理等所有支持网络系统运行的软、硬件总和
管理要素：由网络管理对象、网络威胁、网络脆弱性、网络风险、网络保护措施组成
管理依据：网络安全法律法律、相关政策文件，国内主要依据《网络安全法》、《密码法》、GB17859、GB/T22080、等保
管理方法：风险管理、等级保护、纵深防御、层次化保护、应急响应以及PDCA（Plan-Do-Check-Act）方法
管理流程：

管理工具：网络安全管理平台(SOC)、IT资产管理系统、网络安全态势感知系统、网络安全漏洞扫描器、网络安全协议分析器、上网行为管理

网络信息安全法律与政策文件

国家网络空间安全战略
网络信息安全基本法律：《国家安全法》
网络安全等级保护：定级、备案、建设整改、等级测评、运营维护
国家密码管理制度

网络产品和服务审查：机构–中国网络安全审查技术与认证中心（CCRC）
互联网域名安全管理：政府网站域名正常访问很重要！
工业控制信息安全制度

个人信息和重要数据保护制度

网络安全标准规范与测评：全国信息安全标准化技术委员会
网络安全事件与应急响应制度：国家互联网应急中心（CNCERT）

网络信息安全科技信息获取

安全会议：“四大”顶级学术会议
安全期刊
安全网站
安全术语

第二章网络攻击原理与常用方法

网络攻击概述

网络攻击概念：损害网络系统安全属性的危害行为
- 信息泄露攻击
- 完整性破坏攻击
- 拒绝服务攻击
- 非法使用攻击
模型
- 攻击树模型：起源于故障树分析法
- MITRE ATT&CK模型：根据真实的网络攻击数据提炼形成矩阵攻击模型
- 网络杀伤链（Kill Chain）模型：7个阶段
发展演变
1. 网络攻击工具智能化、自动化
2. 网络攻击者群体普适化
3. 网络攻击目标多样化和隐蔽性
4. 网络攻击计算资源获取方便
5. 网络攻击活动持续性强化
6. 网络攻击速度加快
7. 网络攻击影响扩大
8. 网络攻击主体组织化

网络攻击的一般过程

隐藏攻击源：隐藏黑客主机位置使其无法追踪
收集攻击目标信息：收集目标系统资产
挖掘漏洞信息：提取可使用的漏洞信息
获取目标访问权限：getshell，获取普通或特权账户的权限
隐蔽攻击行为：隐蔽在目标系统中的操作
实施攻击：进行破坏活动
开辟后门：留后门持续控制目标系统
清除攻击痕迹：避免安全管理员的发现

网络攻击常见技术方法

端口扫描：基于TCP/UDP协议进行不同类型的扫描
- 完全连接
- 半连接
- SYN扫描
- ID头信息扫描
- SYN|ACK扫描
- 隐蔽扫描
- FIN扫描
- ACK扫描
- NULL扫描
口令破解
缓冲区溢出
恶意代码：计算机病毒、网络蠕虫、特洛伊木马、后门、僵尸网络
拒绝服务：SYN Flood、UDP Flood、Smurf攻击、垃圾邮件等
网络钓鱼
网络窃听
SQL注入
社交工程：社交软件中泄露个人隐私信息
电子监听
会话劫持：TCP会话劫持
漏洞扫描：web漏扫
代理技术：使用代理服务器隐藏攻击者
数据加密：攻击数据进行加密

黑客常用工具

扫描器：nmap、Nessus、AWVS、xray、goby
远程监控：冰河、网络精灵、Netcat
密码破解：John the Ripper（Linux系统弱口令）、LOphtCrack (Windows)
网络嗅探：Wireshark、Tcpdump
安全渗透工具箱：Metaspolit、kali

网络攻击案例

DDos攻击
W32.Blaster.Worm：DCOM RPC漏洞传播的网络蠕虫
乌克兰停电事件

第三章密码学基本理论

密码学概况

密码学发展简况

密码学是研究信息安全保护的科学，以实现信息的保密性、完整性、可用性及抗抵赖性。

密码学主要由密码编码和密码分析两个部分组成。密码编码学研究信息等变换处理以实现信息等安全保护，密码分析学研究通过密文获取对应的明文信息。简单来说就是密码编码研究加密技术，密码分析研究如何破解密码。

2005年4月1日《中华人民共和国电子签名法》

2006公布我国商用密码

2019年《中华人民共和国密码法》草案发布

密码学基本概念

密码系统(Crypto system)由以下五个部分组成

明文空间 M：需要采用密码技术进行保护的消息

密文空间 C：用密码技术处理过的明文的结果

密钥空间 K：K=< $K_e$ , $K_d$ >，每个K由加密密钥 $K_e$ 和解密密钥 $K_d$ 组成

加密算法 E：将明文变换成密文所使用的组操作运算规则

解密算法 D：将密文恢复成明文所使用的组操作运算规则

密码安全性分析

唯密文攻击：密码分析者只拥有一个或多个用同一个密钥加密的密文

已知明文攻击：密码分析者进知道当前密钥下的一些明文及所对应的密文

选择明文攻击：密码分析者能够得到当前密钥下自己选定的明文对应的密文

密文验证攻击：密码分析者可以判断任何选定的密文的“合法性”

选择密文攻击：密码分析者能够得到任何选定的密文所对应的明文

密码体制分类

显然，若 $K_d=K_e$ ，称为单密钥密码体制或者对称密码体制或者传统密码体制。否则为双密钥体制，进而，若 $K_d$ 不能由 $K_e$ 推出，就可将 $K_e$ 公开且不会损害 $K_d$ 的安全,这种密码体制称为公开密钥密码体制，简称公钥密码体制

对称密码体制

对称密码体制（私钥密码体制）：对信息进行明/密文变换时，加解和解密使用相同密钥的密码体制

安全性依赖于：

1、加密算法的安全性

2、密钥的秘密性

优点：效率高，算法简单，加密速度快，适合大量数量的加密

缺点：

消息的发送者和接收者必须事先通过安全渠道交换密钥

n个使用者，就需要 $n (n - 1) / 2$ 个密钥，密钥管理困难

无法认证消息源，无法进行数字签名

用途：信息量大的加密需求

典型代表算法：DES算法、IDEA算法、AES算法等

非对称密码体制

非对称密码体制（公钥密码体制）：对信息进行明/密文变换时，加密和解密密钥不相同的密码体制。

在非对称密码体制中，每个用户都具有一对密钥，一个用于加密，一个用于解密，其中加密密钥可以公开，称之为公钥，解密密钥属于秘密，称之为私钥，只有用户本人知道。

优点：

密钥分发方便

密钥保管量少

支持数字签名

缺点：实现速度慢，不适合信息量大的加密情况

用途：适用于加密关键性的、核心的机密数据

代表算法：RSA算法、ElGamal算法、椭圆曲线加密算法

混合加密体制

混合加密体制：同时使用对称密码和非对称密码的体制。

对称加密的一个很大问题就是通信双方如何将密钥传输给对方，安全起见一般采取带外传输，也就是说如果加密通信是在网络，那么密钥的传输需要通过其他途径，如短信，即使如此，也很难保证密钥传输的安全性。再就是为了安全密钥也应该定期更换，这更加重了密钥分发和管理的难度。

而非对称加密加解最大的优点是事先不需要传输密钥，但速度慢。

因此实际应用中，经常采取混合密码体制。

假设Harden与James要实现保密通信，工作过程如下：

1、消息发送者Harden用对称密钥把需要发送的消息加密

2、Harden用James的公钥将对称密钥加密，形成数字信封

3、Harden将加密消息和数字信封一起传送给James

4、James收到Harden的加密消息和数字信封后，先用自己的私钥将数字信封解开获取对称密钥

5、James使用对称密钥把加密消息解开

常用密码算法

DES

DES（Data Encryption Standard）是数据加密标准的简称，支持64位的明文加密，密钥长度为56位。随着科技发展，DES被攻破，使用TDEA作为过渡算法，并开始征集AES算法

IDEA

IDEA(International Data Encryption Algorithm)是国际数据加密算法的简记，是一个分组加密处理算法。其明文和密文分组都是64位，密钥长度128位

AES

1997年美国国家标准技术研究所（NIST）发起征集AES(Advanced Encryption Standard)算法的活动，成立AES小组

RSA

相关数学基础
- 欧拉函数：对于一个正整数n，小于n且与n互素的正整数的个数，记为φ(n)。
```
对于一个素数n，可知φ(n) = n-1
对于两个素数p和q，它们的乘积满足n = p * q，则可知φ(n) = (p-1) * (q-1)
```
- 欧几里得算法：gcd(a,b)表示a和b的最大公约数
```
gcd(a,b) = 1，表示a,b最大公约数为1，说明a和b互质
```
- 同余：
  
  两个整数a,b，若它们除以整数m所得的余数相等，则称a与b对于模m同余，或a同余b模m，记作 $\equiv b(mod\;m)$
RSA密码体制参数的定义
- 随机选择两个大素数p和q (保密)
- 计算n = p * q (n公开)
- 计算φ(n) = (p-1) * (q-1) （φ(n)保密）
- 随机选取一个正整数e，且满足1 < e < φ(n)，并且gcd(e,φ(n)) = 1 （e公开）
- 根据 $e*d=1\;mod\;φ(n)$ ，求出d （d保密）
- 加密运算 $C=M^e\;mod\;n$ 解密运算 $M=C^d\;mod\;n$
RSA密码公开的加密钥 $K_e$ =<n,e>，保密的解密钥 $K_d$ =<p,q,d,φ(n)>

RSA密码的特点
- RSA算法具有加解密算法的可逆性，加密和解密运算可交换，可同时确保数据的秘密性和数据的真实性
- RSA密码的核心运算是模幂运算，实现效率高
RSA密码的安全性
- 保证选取的素数p和q足够大，使得给定n的情况下分解n在计算上不可行，应采用足够大的整数n，一般n至少取1024位，通常是2048位

国产密码算法

国产密码算法是指由国家密码研究相关机构自主研发，具有相关知识产权的商用密码算法。目前已公布的国产密码算法如下图

Hash函数与数字签名

Hash函数

散列函数也称为Hash函数，它能够对不同长度的输入信息，产生固定长度的输出。

固定长度的输出称为原消息的散列或者消息摘要，消息摘要长度固定且比原始信息小得多，一般情况下，消息摘要是不可逆的，即从消息摘要无法还原原文。

令h表示Hash函数，h满足下列条件：

1、输入长度是任意的，输出是固定的

2、对每一个给定的h和M，计算h(M)是容易的

3、给定h，找到两个不同的M1、M2，使得h(M1)=h(M2)在计算上不可行

常见的散列算法：、MD5、SHA、SM3、SHA-1

Hash算法

算法名称	算法特征描述
MD5算法	输入512位，产生128位消息摘要（哈希值），常用于文件完整性检查
SHA算法	输入512位，产生160位消息摘要，比MD5更安全，已有版本SHA-2，SHA-3
SM3国产算法	输入512位，产生256位消息摘要

数字签名

数字签名是指发送方以电子形式签名一个消息或文件，签名后的消息或文件能在网络中传输，并表示签名人对该消息或文件的内容负有责任。

数字签名综合使用了消息摘要和非对称加密技术。

数字签名满足以下三个条件：

1、不可抵赖。签名者事后不能否认自己的签名

2、真实性。接收者能验证签名，其他任何人都不能伪造签名

3、可鉴别性。当双方关于签名真伪发生争执，第三方能解决双方的争执

假设Harden需要签名发送一份电子合同文件给James。

Harden数字签名的示意图：

1、Harden使用Hash函数将电子合同文件生成一个消息摘要

2、Harden使用自己的私钥，将消息摘要加密形成一个数字签名

3、Harden把电子合同文件和数字签名一同发送给James

James收到Harden发送的电子合同文件及数字签名后，验证数字签名过程如下：

1、James使用与Harden相同的Hash函数，计算收到的电子合同的消息摘要

2、James使用Harden的公钥，解密来自Harden的数字签名，恢复Harden的消息摘要

3、James比较自己计算得到的消息摘要和恢复Harden的消息摘要异同，若摘要相同，则说明电子合同文件来自Harden，否则表明电子合同文件已被篡改

密码管理与数字证书

密码管理
- 密钥管理：围绕密钥的生命周期进行
  - 密钥生成
  - 密钥存储
  - 密钥分发
  - 密钥使用
  - 密钥更新
  - 密钥撤销
  - 密钥备份
  - 密钥恢复
  - 密钥销毁
  - 密钥审计
- 密码管理政策
  - 《商用密码管理条例》
  - 《中华人民共和国密码法》
- 密码测评
  - 设立商用密码检测中心对密码产品进行安全评估
数字证书

数字证书也称为公钥证书，是一种权威的电子文档，由证书认证机构（CA）签名的包含公开密钥拥有者信息、公开密钥、签发者信息、有效期以及扩展信息的一种数据结构。

数字证书的格式按照《信息安全技术公钥基础设施数字证书格式》要求：

CA提供数字证书的申请、审核、签发、查询、发布以及证书吊销等全生命周期的管理服务

数字证书认证系统主要由目录服务器、OCSP服务器、注册服务器、签发服务器组成

数字证书种类：
- 按类别
  - 个人证书
  - 机构证书
  - 设备证书
- 按用途
  - 签名证书：用于证明签名公钥的数字证书
  - 加密证书：用于证明加密公钥的数字证书

安全协议

Diffie-Hellman密钥交换协议

一种共享秘密的方案，简称Diffie-Hellman密钥交换协议，基于求解离散对数问题的困难性，对于下述等式 $c^d=M\;mod\;P$

操作步骤：

A与B确定一个素数p和整数a，并使a是p的原根，a，p可公开
A秘密选取整数 $a_A$ ，计算 $y_A=a^{a_A}\;mod\;(p)$ ,并把 $y_A$ 发送给B
B密码选取整数 $a_B$ ，计算 $y_B=a^{a_B}mod(p)$ ,并把 $y_B$ 发送给A， $y_A$ 和 $y_B$ 即公开值
A和B双方分别计算出共享密钥K，即

A: $K=(y_B)^{a_A}\;mod\;p$

B: $K=(y_A)^{a_B}\;mod\;p$

即A的K与B的K是相同的，推导如下图，就实现了密钥的交换

SSH

SSH是Secure Shell的缩写，基于公钥的安全应用协议。

组成：SSH传输层协议、SSH用户认证协议和SSH连接协议三个子协议。

SSH传输层协议：提供算法协商和密钥交换。实现服务器认证，形成加密全连接
SSH用户认证协议：利用传输层的服务建立连接，使用多种认证机制认证用户
SSH连接协议：利用已建立的认证连接，将其分解为多种不同的并发逻辑通道，支持注册会话隧道和TCP转发。

SSH工作机制7个步骤：

认证服务器的公钥真实性：

随身携带含有服务器公钥的拷贝，进行密钥交换前，读入客户端
从公开信道下载公钥和指纹，通过电话验证公钥指纹的真实性，用HASH软件生成公钥指纹，进行比较
通过PKI技术来验证服务器

2020软考信息安全工程师(第二版)学习总结【一】