信息安全黄斌

PTDD

网络信息安全面临严重挑战• 非法截取军事机密、商业秘密、个人隐私

• 冒名顶替、未授权访问网络• 黑客入侵、病毒肆虐、黄毒

泛滥

典型案例• 1988 年 11 月 3 日，美国 6 千多台计算机

被“莫里斯”蠕虫感染，造成 Internet不能正常运行，直接经济损失达 9600 万美元。这个病毒程序设计者是罗伯特 ·莫里斯 (Robert T. Morris) ，当年 23 岁在康乃尔 (Cornell) 大学攻读学位的研究生。

典型案例• 1988 年“头号黑客”少年米特尼

尔用 1 台电脑和 1 个调制解调器闯入“北美空中防务指挥系统”

• 当局说，“只要有键盘，就会对社会构成威胁”

典型案例• 1995 年 7 月，法国几百艘军舰

的识别密码被盗。

典型案例• 1996 年 1 月 29 日晚开始，美国

俄亥俄州市政委员苏彭西克和夫人琳达收到莫名其妙的电话，找安妮塔… .…

典型案例• 时间： 1996 年 7 月 9 日• 地点：北京市海淀区法院• 原告：北大心理学系 93 级研究生 薛燕戈• 被告： 同班同学 张 男• 情节： 4 月 9 日 1.8 万美元全奖 /4 月 12 日 10:16 冒名邮件• 调解：赔偿精神与经济损失 12000 元• 结局：薛燕戈 赴美成行（密执安大学） 。

张 男 “梦断北京”（丹佛大学）

典型案例• 1998 年 6 月 24 日上海证卷交易所某营业部

发现有人委托交易 1 亿股上海建工股票，却找不到营业部有任何人委托此笔交易，当即撤消此笔交易，但是已经成交 2100 股，损失 2.6 亿元。

典型案例• 1998 年 9 月 21 日晚，郝景文（扬州市工商行职

员）与其弟潜入无人值班的工商行白鹤储蓄所，在与市行间的二进制专线上安装无线遥控切换开关。次日午，郝利用储蓄所空闲之际，按下遥控器，使市行中心服务器与储蓄所的终端断开，而与假冒终端相连，通过假冒终端在 11 分钟内向 16 个活期帐户充值 72 万元。随后恢复线路的正常连接，并在 1小时内从 8 个储蓄所提取 26 万元，心虚逃窜，现已缉拿归案，判处死刑。原因分析： 1 ）明线连线。 2 ）一次登录，长时间使用，线路切换也不需重新输入口令。

美国每年网络安全损失： 100 亿美圆！

网络信息安全的目的：• 重要信息不被非授权者窃取 / 篡改• 身份合法性验证 / 签名不可抵赖• 抵御黑客 / 病毒

相应地，网络安全措施分为三类：

• 信息加密 • 身份验证与数字签名• 防火墙与杀毒防毒

1. 信息加密 / 还原

古代——恺撒加密法

加密：字母前移 13 个位置 例如 GOTOROME 加密为 TBGBEBZR

解密：字母前移 13 个位置 TBGBEBZR 还原为GOTOROME

对称密码体制（秘密密钥体制） (DES —— Data Encryption Standard)

（发方 ） （ 收方 ） 明文 * 密钥 == 》 密文 （经网络传递）密文 * 密钥 == 》 明文 用 64 位（ 56 位）密钥 Kj 对切分为 64 位长的数据块 ( 左、右各 32 位 ) 进行 16 次迭代运算（与轮函数 f 模 2 运算后左右交换） Li = Ri-1 Ri=Li-1 f(Ri-1,Ki)

已知 明文 I want save this program! I love my job,and you?密钥 program1

加密结果用十六进制输出，密文如下： D3 45 EE C7 C8 ED 45 E6 38 13 30 BA 12 3E 3C 19 BA 1A 1B 35 31 1B 38 34 ED FA 79 EF 63 60 46 65 BA 34 1C BA 3F 35 3B 30 1C 92 9D 98 10 B6 9F BA

解密之后得到原文： I want save this program! I love my job,and you?

特点：加密 / 解密使用同一密钥 优点：运算速度快 问题： 密钥如何安全地传递给收方 ？ 如果密钥泄漏，谁的责任？！

不对称密码体制（公开密钥体制） 1978 Rivest,Shamir,Adleman 提出 RSA算法用两个大质数生成密钥对：一个公钥，一个私钥

（美驻国外间谍 ） （ CIA ） 明文 * 公钥 == 》密文 ( 经公网传递 ) 密文 * 私钥 == 》明文

优点：非常安全。公钥不怕公开，按目前的计算机速度，无法在“有生之年”由公钥推出私钥缺点：运算非常之慢

RSA 算法原理

1 ）由两个非常大的素数的合数（乘积）很难分解出这两个素数

2 ）数论的欧拉定理

选取两个大素数 P 和 Q, 计算：合数 N=P*Q, 函数 Z= （ P-1 ） *（ Q-1 ）

以 gcd(e,Z)=1 为条件，随机选取加密密钥 e, 公钥 pk=(e,N)再由（ d*e ） mod Z =1, 计算出解密密钥 d, 私钥 sk=d

丢弃 P ， Q 和 Z ， 绝对不能泄露！！！

把明文分为比 N 小的数据分组 M = M1 , ….. , Mm

用公钥加密： M1e mod N => 密文 C1 , …..

用私钥解密： C1d mod N => 明文 M1 , …..

RSA 算法举例P=5, Q=11, N=5*11=55, Z=4*10=40选取 e=3, 能满足 gcd(3,40)=1, 公钥 pk=(e,N)=(3,55)由 d*e mod 40=1, 算出 d=27, 私钥 sk= d = 27例：明文 hi 化为 08 , 09加密 :083 mod 55 = 512 mod 55 = 17 093 mod 55 = 729 mod 55 = 14密文 17 ， 14解密 :1727 mod 55 = 08 1427 mod 55 = 09得明文 hi私钥安全性分析：上例由 pk=(3,55) 反求 sk=27 并不难因为 55 太小，因式分解很容易 55=5*11 实际应用时， P,Q,N 很大，因式分解工作量极大，至少需要亿万年！！

私钥长度与解密时间

私钥长度 需要的因式分解次数 需要的解密时间 50 位 1.4 * 1010 3. 9 小时100 位 2.3 * 1015 74 年200 位 1.2 * 1023 3.8 * 109 年300 位 1.5 * 1029 4.0 * 1015 年

[ 注 ] 按每秒可以进行 1000 次因式分解计算• 美国曾投入百万美元进行解密测试

RSA实验系统示例原文：

RSA 加密后，得到的密文如下：

RSA 解密之后，得到明文：

不对称密码体制（公开密钥体制）要点：

1 ）公钥 pk=(e,N) 可以在网上公开，也不怕有人试图由公钥反推算私钥 sk =d ，因为在“有生之年”内无法推出！

2 ）私钥 sk =d 必须严格保密，生成私钥用的两个大素数 P 和 Q 也绝对不能泄露！

数字信封

用对称密码 DES 加密正文文件（快）

用公开密钥 RSA加密 DES 的密钥 ( 安全 )

（ 相当于把 DES 的密钥放进安全的数字信封）

要点

• 算法是公开的

• 私钥严格保密

2. 数字签名

——不对称密码体制用法之二这时，加密密钥为私钥，而解密密钥为公钥 付款方 银行 明文 == 》 ( 经网络传递 ) == 》 明文明文 * Hash 函数 == 》明文摘要 明文 * Hash 函数 == 》明文摘要明文摘要 * 私钥 == 》数字签名 ( 经网络传递 ) 数字签名 * 公钥 == 》明文摘要 核对两个明文摘要是否一致 ( 明文：我公司支付 80 万美元给大洋公司 2002 年 7 月 3 日 大山公司总经理张三）

银行、受款方、乃至任何人都可以使用大山公司提供的公钥（网上公开），通过对比明文摘要是否一致来验证数字签名是否真实。没有张总经理私钥的任何人根本不可能仿造出数字签名（很长的一串乱码，变动一位面目全非）。所以，张总经理对于他的数字签名是无法抵赖的。

认证中心 CA ( Certificate Authority )

电子商务交易中具有权威性和公正性的第三方，职责是：

1 ）数字证书的发放、更新、撤消与验证

2 ）提供数字时间戳服务

数字证书的内容

1 ）拥有者单位姓名2 ）序列号3 ）公共密钥及其有效期4 ）颁发数字证书的单位 (CA)及其数字签名

数字时间戳服务 DTSS (Digital Time Stamp Service)

1 ）用户文件经 Hash函数加密，形成文件摘要，经网络发给 CA2 ） CA为文件摘要加上时间戳，进行数字签名，发还用户 用户收到后，应该用 CA 的公钥对时间戳加以验证；

CA为文件摘要加的时间戳（而不是用户自己填写的日期时间）具有法律上的效力，因为用户不可能对加盖时间戳的文件做丝毫改动（哪怕是 1bit)；用户也不必担心文件内容泄露给 CA 的工作人员，因为安全 Hash函数是单向散列函数，无法反推出用户文件的任何内容。

质疑：万一 CA 的某人与该用户同谋伪造带有时间戳和 CA签名的文件，怎么办？ 防止 CA 的某人与某用户同谋伪造带有时间戳的对策——建立时间戳链： CA签发的每个时间戳都包含本 CA签发的前一个时间戳文件的时间和编号，从而形成一个单一的时间戳链。 当对某用户时间戳文件有疑问时，可以与前一个时间戳用户及下一个时间戳用户接触，证实时间戳的真实性。

多级 CA 证明链如果对某级 CA 有怀疑，可以向上级 CA核实根 CA 被认为是绝对可信的

CA3 CA3 CA3

CA2

CA3 CA3 CA3

CA2

CA3 CA3 CA3

CA2

CA1(Root)

CA 证 书 库 à ÜÔ ¿± · ݼ °» Ö Ï µÍ ³ Ö ¤Ê é× ÷· Ï ¦À íÏ µÍ ³ Ó ¦Ó ý Ó¿ ÚÏ µÍ ³

¹ «Ô ¿» ù ¡É èÊ ©PKI (Pu b lic Key In frastru ctu re)

3. 防火墙 / 杀毒软件 / 滤黄软件

——抵御黑客 / 病毒 / 黄毒

防火墙——内部网 与 因特网 之间的屏风(Intranet) (Internet)

1) 保护内部数据的机密性和完整性

2) 限制内部人员对不适宜网站的访问

防火墙的主要类型：

1 ）包过滤防火墙

2 ）代理服务器防火墙

3 ）状态监视器防火墙

对政府机要单位的要求 :

1 ）内网 / 外网物理隔离

2 ）电磁波屏蔽，以防止 电磁泄露

防病毒软件类型：

查毒 /杀毒软件

病毒主动探测器

滤黄软件：

网络警察 110家庭版 五行卫士 网吧管理专家 美萍反黄专家 等等