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　　本書從應用的角度介紹計算機信息系統(tǒng)安全技術。全書按照“威脅—防護—管理”的思路組織為5章，內(nèi)容包括信息系統(tǒng)安全威脅、數(shù)據(jù)安全保護、身份認證與訪問控制、網(wǎng)絡安全保護和信息系統(tǒng)安全管理。
　　本書深入淺出，結構新穎，緊扣本質(zhì)，適合教學，可以激發(fā)讀者的求知欲。書中還配有豐富的實驗和習題，供讀者驗證和自測。本書適合作為計算機科學與技術專業(yè)、信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)、網(wǎng)絡專業(yè)和信息安全專業(yè)的“信息系統(tǒng)安全概論”課程的教材或教學參考書，也可供有關技術人員參考。

　　面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)，貼近應用，貼近現(xiàn)代。
　　貫穿知識建構、啟發(fā)思維、注重本質(zhì)層面討論的教學理念。
　　按照“威脅—防護—管理”的線索組織。
　　結構嚴謹、內(nèi)容充實、思路清晰、容易復習、便于梳理。
　　習題豐富、實驗覆蓋面廣。

　　（一）
　　信息系統(tǒng)是重要的，重要的系統(tǒng)需要特別保護；計算機信息系統(tǒng)是復雜的，復雜的系統(tǒng)是脆弱的，脆弱的系統(tǒng)也需要特別保護；計算機信息系統(tǒng)是虛擬的，虛擬的系統(tǒng)給安全保護帶來很大困難；現(xiàn)代信息系統(tǒng)是開放的，開放的系統(tǒng)會帶來更多的風險。重要、復雜、虛擬和開放，也給人們帶來研究的樂趣和商業(yè)機會。現(xiàn)在信息系統(tǒng)安全技術和產(chǎn)品已經(jīng)大量涌現(xiàn)，并且還在不斷發(fā)展。
　　本書主要介紹計算機信息系統(tǒng)的安全原理。作為一本原理類的教材，關鍵的問題是要梳理成合理而又容易理解和掌握的體系。在教學實踐中，筆者反復探索，將安全理論梳理成如下3大類。
　　（1）攻防技術。惡意程序、網(wǎng)絡攻擊（黑客）、隔離（邏輯隔離——防火墻、物理隔離和電磁防護）、安全監(jiān)控（IDS、網(wǎng)絡誘騙和審計）、緊急響應和取證。
　　（2）安全信任體系。加密與信息隱藏、認證、安全協(xié)議。
　　（3）安全體系結構和評估標準。
　　這樣的梳理基本上囊括了幾乎所有的安全技術。
　　在內(nèi)容的安排上，考慮了如下原則。
　　（1）盡量把與其他技術或概念相關的內(nèi)容排在后面，即與其他內(nèi)容相關最少的排在最前面。
　　（2）將能引起興趣的內(nèi)容排在前面，以使讀者能有成就感。
　　（3）把安全體系結構和安全等級放在最后，這樣不僅使其內(nèi)容容易理解，而且也是對前面內(nèi)容的總結和提高。
　　在內(nèi)容的取舍上采取的原則是：重點內(nèi)容詳細介紹，次要內(nèi)容只做一般介紹。
　　本書每章最后都配備了較多的習題，這些習題有如下不同的類型。
　　（1）有些要思考、總結。
　　（2）有些要進一步理解。
　　（3）有些要自己想象。
　　（4）有些要查找資料。
　　（5）有些要動手實驗。
　　本書的第1版正是基于這些考慮而形成的。
　　（二）
　　常言道：“道高一尺，魔高一丈。”信息系統(tǒng)安全是針對入侵和攻擊采取的一系列安全策略和技術。然而，按照木桶原理，當一塊短的木板被加長后，另一塊次短的木板就變成最短的木板了；而一種攻擊被防御之后，新的攻擊又會出現(xiàn)。在這個充滿競爭的世界里，攻擊與防御相伴而生并且永遠不會完結，攻與防的博弈將在競爭中永無止境。一般說來，防御往往要比攻擊付出更多的代價，其原因如下。
　　（1）攻擊可以擇機發(fā)起，防御必須隨時警惕。
　　（2）攻擊可以選擇一個薄弱點實施，防御必須全線設防。
　　（3）攻擊一般使用一種或幾種技術，防御則需要考慮已知的所有技術。
　　（4）攻擊可以肆意進行，防御必須遵循一定的規(guī)則。
　　社會總在發(fā)展，技術總在進步，攻擊與防御也在博弈中相互促進。信息系統(tǒng)安全作為一門新興的技術和學科，在本書第1版出版后的近7年間，又有了長足的發(fā)展。在讀者和出版社的不斷呼吁下，筆者下大力氣進行全面修訂，并在內(nèi)容上進行了增刪，刪除了已經(jīng)不再使用的技術，如DES加密算法等；增添了新技術的內(nèi)容，如AES密碼、流密碼、僵尸網(wǎng)絡等，使本書第2版于2015年出版。
　　教材不是一般的科技書，在編寫過程中首先要考慮如何教的問題。為了更適應教學，第2版按照“威脅（第1章）—防護（第2～4章）—管理（第5章）”的體系進行組織。這相當于“提出問題—解決問題—總結提高”的思路。經(jīng)過本人一個學期的試講，效果不錯。
　　本書第3版在第2版的基礎上增加了近兩年內(nèi)引起人們注意的內(nèi)容。
　　（三）
　　本書的修訂永遠是進行時。在本書第3版即將出版之際，衷心地希望讀者和有關專家能不吝指正，以便適當?shù)臅r候再進一步修訂。
　　在本書（包括第1版和第2版）的編寫過程中，欒英姿、趙忠孝、張秋菊、董兆軍、張展為、張友明、史林娟、張展赫、戴璐以及我的研究生陶利民、蔣中云、王玉斐、魏士婧、董瑜參與了部分編寫工作，在此謹表謝意。
　　本書在編寫過程中還參考了大量文獻資料。這些資料有的引自國內(nèi)外論文，有的引自其他著作，有的引自網(wǎng)站。雖本人盡心在參考文獻中予以列出，但仍會有許多疏漏，同時也受篇幅所限，未能將所有參考資料一一列出。在此謹向有關作者致謝。
　　張基溫
　　2017年6月

　　張基溫，先后擔任名古屋大學訪問學者，山西財經(jīng)大學、江南大學、華東政法大學、常熟理工學院、福建工程學院、廣西職業(yè)技術學院、晉城學院等多所大學、華南農(nóng)業(yè)大學珠江學院的專職、客座或兼職教授，北京大學博雅方略城市發(fā)展與信息化研究中心研究員，南京大學出版社總編顧問，太原高新技術區(qū)IT研究院實驗室主任，山西省緊缺人才專家委員會副主任，中國信息經(jīng)濟學會常務理事，全國高等院校計算機基礎教育研究會常務理事兼課程建設委員會副主任，中國計算機學會教育專業(yè)委員會委員，國家NIT考試委員會委員，江蘇省計算機基礎教學指導委員會委員，山西省新世紀專家學者協(xié)會副會長。為清華大學出版社、電子工業(yè)出版社、中國水利水電出版社、南京大學出版社、中國鐵道出版社等主編了信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)、計算機實驗與實踐、大學生信息素養(yǎng)等多個系列教材。研究和教學領域涉及計算機科學與技術、信息安全、信息經(jīng)濟學、電子政務與電子商務、服務科學、新媒體，已發(fā)表學術論文一百余篇，出版著作百余種。

第1章 信息系統(tǒng)安全威脅 1
1.1 惡意代碼攻擊 1
1.1.1 病毒 2
1.1.2 蠕蟲 15
1.1.3 特洛伊木馬 19
實驗1 判斷并清除木馬 27
1.1.4 陷門與黑客攻擊 28
1.1.5 其他惡意代碼 32
1.1.6 信息系統(tǒng)安全衛(wèi)士 33
1.2 竊聽型攻擊 36
1.2.1 世界著名監(jiān)聽案例 36
1.2.2 聲波竊聽 41
1.2.3 電磁波竊聽 44
1.2.4 光纜竊聽 45
1.2.5 共享網(wǎng)絡中的竊聽 47
1.2.6 手機監(jiān)聽 48
1.2.7 NFC泄露 51
1.3 系統(tǒng)掃描型攻擊 51
1.3.1 網(wǎng)絡掃描 52
1.3.2 漏洞掃描 59
實驗2 系統(tǒng)掃描 62
1.3.3 口令破解 63
1.4 欺騙型攻擊 66
1.4.1 ARP欺騙——交換網(wǎng)絡監(jiān)聽 66
實驗3 監(jiān)聽器工具的使用 69
1.4.2 IP源地址欺騙 70
1.4.3 路由欺騙 72
1.4.4 TCP會話劫持 73
1.4.5 DNS欺騙 74
1.4.6 Web欺騙與釣魚網(wǎng)站 76
1.4.7 偽基站攻擊 80
1.5 數(shù)據(jù)驅(qū)動型攻擊 82
1.5.1 緩沖區(qū)溢出攻擊 82
1.5.2 格式化字符串攻擊 84
1.6 拒絕服務攻擊 86
1.6.1 拒絕服務攻擊及其基本方法 86
1.6.2 分布式拒絕服務攻擊 89
實驗4 拒絕服務攻擊演示 93
1.6.3 僵尸網(wǎng)絡 95
1.7 信息系統(tǒng)風險與安全策略 99
1.7.1 風險=脆弱性+威脅 99
1.7.2 信息系統(tǒng)安全策略 102
1.7.3 信息系統(tǒng)安全防御原則 103
習題 105
第2章 數(shù)據(jù)安全保護 111
2.1 數(shù)據(jù)的機密性保護 111
2.1.1 數(shù)據(jù)加密基礎 111
實驗5 加密博弈 114
2.1.2 數(shù)據(jù)加密體制 114
2.1.3 AES算法 116
2.1.4 公開密鑰算法RSA 121
2.1.5 密鑰管理 123
2.1.6 流密碼 128
2.1.7 量子加密 130
2.1.8 信息隱藏 133
2.2 消息認證——完整性保護 134
2.2.1 數(shù)據(jù)完整性保護與消息認證 134
2.2.2 MAC函數(shù) 136
2.2.3 哈希函數(shù) 138
實驗6 實現(xiàn)報文認證算法 141
2.3 數(shù)字簽名 141
2.3.1 數(shù)字簽名及其特征 141
2.3.2 直接數(shù)字簽名 142
2.3.3 有仲裁的數(shù)字簽名 143
2.3.4 數(shù)字簽名標準DSA 144
2.3.5 認證協(xié)議實例——SET 145
實驗7 加密軟件PGP的使用 149
習題 151
第3章 身份認證與訪問控制 155
3.1 基于憑證比對的身份認證 155
3.1.1 生物特征身份認證 155
3.1.2 靜態(tài)口令 157
3.1.3 動態(tài)口令 160
3.2 基于密鑰分發(fā)的身份認證 162
3.2.1 公鑰加密認證協(xié)議 162
3.2.2 單鑰加密認證協(xié)議 163
3.2.3 Kerberos認證系統(tǒng) 165
3.3 基于數(shù)字證書的身份認證 169
3.3.1 數(shù)字證書 169
3.3.2 X.509證書標準 170
3.3.3 公開密鑰基礎設施 174
實驗8 證書制作及CA系統(tǒng)配置 175
3.4 信息系統(tǒng)訪問授權 176
3.4.1 訪問控制的二元關系描述 176
3.4.2 自主訪問控制與強制訪問控制 179
3.4.3 基于角色的訪問控制策略 181
實驗9 用戶賬戶管理與訪問權限設置 181
習題 187
第4章 網(wǎng)絡安全防護 190
4.1 網(wǎng)絡防火墻 190
4.1.1 網(wǎng)絡防火墻概述 190
4.1.2 防火墻技術之一——網(wǎng)絡地址轉換 193
4.1.3 防火墻技術之二——代理服務 196
4.1.4 防火墻技術之三——包過濾 199
4.1.5 防火墻技術之四——狀態(tài)檢測 204
4.1.6 網(wǎng)絡防火墻部署 207
4.2 網(wǎng)絡的物理隔離技術 210
4.2.1 物理隔離的概念 210
4.2.2 網(wǎng)絡安全隔離卡 213
4.2.3 隔離集線器技術 214
4.2.4 網(wǎng)閘 215
4.3 Internet安全協(xié)議 219
4.3.1 IPSec 219
4.3.2 SSL 223
4.3.3 VPN 227
實驗10 實現(xiàn)一個VPN連接 228
4.4 入侵檢測系統(tǒng) 229
4.4.1 入侵檢測及其模型 229
4.4.2 信息收集與數(shù)據(jù)分析 231
4.4.3 響應與報警策略 236
4.4.4 入侵檢測器的部署與設置 237
4.5 網(wǎng)絡誘騙 239
4.5.1 蜜罐主機技術 239
4.5.2 蜜網(wǎng)技術 240
4.5.3 常見網(wǎng)絡誘騙工具及產(chǎn)品 241
習題 242
第5章 信息系統(tǒng)安全管理 246
5.1 信息系統(tǒng)應急響應 246
5.1.1 應急響應組織 246
5.1.2 信息系統(tǒng)安全保護制度 247
5.1.3 信息系統(tǒng)應急預案 249
5.1.4 災難恢復 250
5.1.5 信息系統(tǒng)應急演練 254
5.2 數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)容錯與數(shù)據(jù)容災 256
5.2.1 數(shù)據(jù)備份 256
5.2.2 數(shù)據(jù)容錯技術 261
5.2.3 數(shù)據(jù)容災系統(tǒng) 263
5.3 數(shù)字證據(jù)獲取 267
5.3.1 數(shù)字證據(jù)的特點與數(shù)字取證的基本原則 268
5.3.2 數(shù)字取證的一般步驟 269
5.3.3 數(shù)字取證的基本技術和工具 271
5.3.4 數(shù)字證據(jù)的法律問題 273
5.3.5 日志 274
5.4 信息系統(tǒng)安全風險評估與審計 277
5.4.1 信息系統(tǒng)安全風險評估及其目的 277
5.4.2 信息系統(tǒng)安全風險評估的準則與模式 278
5.4.3 信息系統(tǒng)安全風險評估過程 280
5.4.4 信息系統(tǒng)滲透測試 285
5.4.5 信息系統(tǒng)安全審計 289
5.5 信息系統(tǒng)安全測評準則 292
5.5.1 國際信息安全測評準則 292
5.5.2 中國信息系統(tǒng)安全保護等級劃分準則 296
5.5.3 信息安全測評認證體系 299
5.6 開放系統(tǒng)互連安全體系結構 300
5.6.1 開放系統(tǒng)互連安全體系結構概述 301
5.6.2 OSI安全體系結構的安全服務 302
5.6.3 OSI七層中的安全服務配置 303
5.6.4 OSI安全體系結構的安全機制 304
5.6.5 OSI安全體系的安全管理 307
習題 310
參考文獻 313

　　第3章 身份認證與訪問控制
　　信息系統(tǒng)中的一切活動都是由訪問行為所引起的。為了系統(tǒng)的安全，需要對訪問進行管制約束。訪問涉及兩個方面：主體（通常指用戶）和客體（也稱為資源，即數(shù)據(jù)）。身份認證（identity authentication）是指對于主體合法性的認證；訪問控制（access control）是指對于主體的訪問行為進行授權（authorization）的過程。
　　如果認為一個信息系統(tǒng)有一個入口，則身份認證就是在信息系統(tǒng)的入口進行的身份檢查；而訪問控制則規(guī)定訪問者進入系統(tǒng)以后可以對哪些資源分別進行什么樣的訪問操作。兩者之間的關系如圖3.1所示。
　　圖3.1 用戶對資源訪問的過程
　　3.1 基于憑證比對的身份認證
　　身份認證是信息系統(tǒng)安全的第一道屏障，用于檢驗主體身份的合法性，用它控制哪些用戶能夠登錄到系統(tǒng)（服務器）并獲取系統(tǒng)資源，控制準許用戶進入的時間和準許他們在哪臺計算機上訪問。
　　最基本的身份認證是需要用戶提供能代表身份的憑證與系統(tǒng)中存儲的憑證進行比對。用于比對的身份憑證可分為下列3種。
　　（1）用戶所知道的秘密，如口令（password）、個人識別號（PIN）和密鑰等。
　　（2）用戶所擁有的信物，如信用卡、IC卡、USB Key、印章和證件等。
　　（3）用戶自身的特征，如筆跡、步態(tài)、聲音、指紋、虹膜紋和唇紋等。
　　身份認證可以是一方對另一方的認證，也可以是雙方的互相認證。前者稱為單向認證，后者稱為雙向認證。
　　3.1.1 生物特征身份認證
　　生物特征身份憑證一般采用用戶固有的生物特征和行為特征，要求這些具有唯一性和永久性。下面介紹幾種主要的生物身份憑證及其驗證方法。
　　1. 指紋
　　指紋是歷史最為悠久的生物身份憑證。據(jù)著名指紋專家劉持平先生論證，早在7000年前我們的祖先就開始進行指紋識別的研究。到了春秋戰(zhàn)國時代，手印檢驗不僅廣泛應用于政府和民間的書信與郵件往來之中，并已經(jīng)開始用于偵訊破案之中。
　　指紋是一種十分精細的拓撲圖形。如圖3.2所示，一枚指紋不足方寸，上面密布著100～120個特征細節(jié)，這么多的特征參數(shù)組合的數(shù)量達到640億種（英國學者高爾頓提出的數(shù)字）。并且由于它從胎兒4個月時生成后保持終生不變，因此，用它作為人的唯一標識，是非常可靠的。
　　指紋識別主要涉及4個過程：讀取指紋圖像、提取指紋特征、保存數(shù)據(jù)和比對。目前已經(jīng)開發(fā)出計算機指紋識別系統(tǒng)，可以比較精確地進行指紋的自動 識別。
　　2. 虹膜
　　虹膜是位于眼睛黑色瞳孔與白色鞏膜之間的環(huán)形部分（見圖3.3（a））。它在總體上呈由里向外的放射狀結構（見圖3.3（b）），并包含許多相互交錯的類似斑點、細絲、冠狀、條紋、隱窩等形狀的細微特征。這些細微特征信息也被稱為虹膜的紋理信息，主要由胚胎發(fā)育環(huán)境的差異決定，因此對每個人都具有唯一性、穩(wěn)定性和非侵犯性。
　　圖3.3 眼睛與虹膜
　　虹膜識別系統(tǒng)主要由虹膜圖像采集裝置、活體虹膜檢測算法、特征提取和匹配幾個模塊組成。
　　3. 面像
　　采用面像作為身份憑證的識別系統(tǒng)包括兩個技術環(huán)節(jié)：面像檢測和面像識別。
　　1）面像檢測
　　面像檢測主要實現(xiàn)面像的檢測和定位，即從輸入圖像中找到面像及面像的位置，并將人臉從背景中分割出來。現(xiàn)有的面像檢測方法可以分為3類。
　　（1）基于規(guī)則的面像檢測：總結了特定條件下可用于檢測面像的知識（如臉型、膚色等），并把這些知識歸納成指導面像檢測的規(guī)則。
　　（2）基于模板匹配的面像檢測：首先構造具有代表性的面像模板，通過相關匹配或其他相似性度量檢測面像。
　　（3）基于統(tǒng)計學習的面像檢測：主要利用面部特征點結構灰度分布的共同性來檢測面像。
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