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信息安全

信息安全系统的体系架构​

X 轴是“安全机制”，为提供某些安全服务，利用各种安全技术和技巧。所形成的一个较为完善的机构体系。

Y 轴是 “OSI 网络参考模型”

Z 轴是 “安全服务”。就是从网络中的各个层次提供给信息系统所需要的安全服务支持。

由 X、Y、Z 三个轴形成的信息安全系统三维空间就是 信息系统的安全空间。

随着网络逐层扩展，这个空间不仅范围逐步加大，安全的内涵也就更丰富，达到具有 认证、权限、完整、加密和不可否认五大要素，也叫做“安全空间”的五大属性。

信息安全含义及属性​

保护信息的 保密性、完整性、可用性，另外也包括其它属性，如：真实性、可核查性、不可抵赖性和可靠性。

  • 保密性： 信息 不被泄露给未授权的个人、实体和过程或不被其使用的特性。包括

    1. 最小授权原则
    2. 防暴露
    3. 信息加密
    4. 物理保密

  • 完整性：信息 未经授权不能改变的特性。影响完整性的主要因素有设备故障、误码、人为攻击和计算机病毒等。保证完整性的方法包括：

    1. 协议：通过安全协议检测出被删除、失效、被修改的字段。
    2. 纠错编码方法：利用校验码完成检错和纠错功能
    3. 密码校验和方法
    4. 数字签名：能识别出发送方来源
    5. 公证：请求系统管理或中介结构证明信息的真实性。

  • 可用性：需要时，授权实体可以访问和使用的特性。一般用系统正常使用时间和整个工作时间之比来度量。

  • 真实性： 指对 信息的来源进行判断，能对伪造的信息予以鉴别。

  • 可核查性： 系统实体的行为可以被独一无二的追溯到该实体的特性，这个特性就是要求该实体对其行为负责，为探测和调查安全违规事件提供了可能性。

  • 不可抵赖性： 是指建立有效的责任机制，防止用户否认其行为，这一点在电子商务中是极其重要的。

  • 可靠性：系统在规定的时间和给定的条件下，无故障的完成规定功能的特性。

安全需求​

可划分为 物理线路安全、网络安全、系统安全和应用安全；从各级安全需要字面上也可以理解：

  • 物理线路就是 物理设备、物理环境；
  • 网络安全指 网络上的攻击、入侵；
  • 系统安全指的是 操作系统漏洞、补丁等；
  • 应用安全就是 上层的应用软件，包括数据库软件。

信息安全技术​

加密技术​

加密技术保证了信息安全里面的保密性。

一个密码系统，通常简称为密码体制（Cryptosystem），由五部分组成：

  1. 明文空间 M ，它是全体明文的集合。
  2. 密文空间 C，它是全体密文的集合。
  3. 密钥空间 K，它是全体密钥的集合。其中每一个密钥 K 由加密密钥 Ke 和解密密钥 Kd 组成。
  4. 加密算法 E：它是一组由 M 至 C 的加密变换。
  5. 解密密钥 D：它是一组由 C 至 M 的解密变换。

对于明文空间 M 中的每一个明文 M，加密算法 E 在密钥 Ke 的控制下 将明文 M 加密成密文 C：C=E(M,Ke)。

而解密算法 D 在密钥 Kd 的控制下 将密文 C 解密出同一明文 M：M=D(C,Kd)=D(E(M,Ke),Kd)

对称加密技术​

数据的加密和解密的密钥（密码）是相同的，属于不公开密钥加密算法。其缺点是加密强度不高（因为密钥位数少），且 密钥分发困难（因为密钥还需传输给接收方，也要考虑保密性等问题）。优点是加密速度快、适合加密大数据。

常见的对称密钥加密算法如下：

  • DES：替换+移位、56 位密钥、64位数据块、速度快，密钥容易产生。
  • 3DES：三重 DES，两个 56 为密钥 K1、K2。
    • 加密： K1加密 →\rightarrow K2解密 →\rightarrow K1 加密
    • 解密： K1解密 →\rightarrow K2加密 →\rightarrow K1 解密
  • AES： 是美国联邦政府采用的一种区块加密标准，这个标准用来替代原先的 DES。对其的要求是“至少像 3DES 一样安全”。
  • RC-5： RSA 数据安全公司的很多产品都使用了 RC-5。
  • IDEA： 128位密钥，64 位数据库，比 DES 的加密性好，对计算机功能要求低。

非对称加密技术​

数据的 加密和解密的密钥是不同的，分为公钥和私钥。是 公开密钥加密算法。其 缺点是加密速度慢。优点是 安全性高，不容易破解。

提示

非对称加密中，每一个通信实体都有两个密钥，一个是私钥、另一个是公钥，并且通信双方的私钥公钥都是配对的，用私钥进行加密，只能用公钥解密，用公钥加密，只能用私钥解密。任何时候，私钥只有自己知道。

非对称加密算法的原理是：发送者发送数据时，使用接收者的公钥作加密密钥，私钥作解密密钥，这样只有接收者才能解密密文得到明文。安全性更高，因为无法传输密钥。但 无法保证完整性。如下：

常见的非对称加密算法如下：

  • RSA：512 位（或 1024 位）密钥，计算机量极大，难破解。
  • Elgamal、ECC（椭圆曲线算法）、背包算法、Rabin、D-H 等。

数字信封​

相比较可知，对称加密算法密钥一般只有 56 位，因此 加密过程简单，适合加密大数据，也因此加密强度不高；而非对称加密算法密钥有 1024 位，相应的 解密计算量庞大，难以破解，却不适合加密大数据，一般用来加密对称算法的密钥，这样，就 将两个加密技术组合使用了，这也是数字信封的原理。

信是对称加密的密钥，数字信封就是 对此密钥进行非对称加密，具体过程：发送方将数据用对称密钥加密传输，而将对称密钥用接收方公钥加密发送给对方。接收方收到数字信封，用自己的私钥解密信封，取出对称密钥解密得到原文。

数字信封使用了对称加密技术和非对称加密技术，本质是使用对称密钥加密数据，非对称密钥加密对称密钥，解决了对称密钥的传输问题。

信息摘要​

信息摘要，就是一段数据的特征信息，当数据发生了改变，信息摘要也会发生改变，发送方会 将数据和信息摘要一起传给接收方，接收方会根据接收到的数据 重新生成一个信息摘要，若此摘要和接收到的摘要相同，则说明数据正确。信息摘要是由哈希函数生成的。

信息摘要的特点：不管数据多长，都会产生 固定长度的信息摘要；任何不同的输入数据，都会产生不同的信息摘要；单向性，即只能由数据生成信息摘要，不能由信息摘要还原数据。

信息摘要算法：MD5（产生128位的输出）、SHA-1（安全散列算法，产生 160 位的输出，安全性更高）。

数字签名​

数字签名能唯一标识一个发送方，可以保证完整性和不可抵赖性。

发送者发生数据时，使用发送者的密钥进行加密，接收者收到数据后，只能 使用发送者的公钥进行解密，这样就能唯一确定发送方，这也是数字签名的过程。但无法保证机密性。

提示

只有私钥能够唯一标识。

公钥基础设施 PKI​

PKI 是 以不对成密钥加密技术为基础，以数据机密性、完整性、身份认证和行为不可抵赖性为安全目的，来实施和提供安全服务的具有普适性的 安全基础设施。

数字证书​

数字证书是一个公开的数据结构，是一种由一个可信任的权威机构（CA）签署的信息集合。

在不同的应用中有不同的证书。如 X.509 证书必须包含下列信息：

  1. 版本号
  2. 序列号
  3. 签名算法标识符
  4. 认证机构
  5. 有效期限
  6. 主题信号
  7. 认证机构的数字签名
  8. 公钥信息

公钥证书主要用于确保公钥及其与用户绑定关系的安全。这个公钥就是证书所标识的那个主体的合法的公钥。任何一个用户只要知道签证机构的公钥，就能检查对证书的签名的合法性。如果检查正确，那么用户就可以相信那个证书所携带的公钥是真实的，而且这个公钥就是证书所标识的那个主体的合法的公钥。例如驾照。

签证机构 CA​

CA 负责 签发证书、管理和撤销证书。是所有注册用户所信赖的权威机构， CA 在给用户签发证书时 要加上自己的数字签名，以保证证书信息的真实性。任何机构可以用 CA 的公钥来验证该证书的合法性。