网络安全基础

网络安全威胁类型

10种类型的网络安全威胁类型

• 被动攻击
  • 窃听
  • 流量分析
• 主动攻击
  • 假冒：如跨站脚本攻击CSRF
  • 重放：如Burp抓包修改重放。解决时可为数据包加入时间戳
  • 数据完整性破坏：修改或破坏信息系统、数据
  • 拒绝服务攻击：如DDOS、SYN-Flooding等
  • 资源的非授权利用：即越权攻击
  • 陷门和木马：
  • 病毒：
  • 诽谤：利用信息系统互联性，诋毁摸个对象的形象

网络攻击

被动攻击：

• 如窃听、流量分析
• 重点是预防
• 主要防范手段是加密

主动攻击：

• 如假冒、重放、欺骗、篡改、完整性破坏、拒绝服务攻击等
• 重点是检测
• 主要防范手段是防火墙、IDS等技术

基本安全技术

• 数据加密
• 数字签名
• 身份认证
• 防火墙
• 入侵检测
• 内容检查

现代加密技术

对称加密算法

非对称加密算法

每个实体有两个密钥：公钥公开，私钥自己保存

公钥加密，私钥解密，可实现保密通信

私钥加密，公钥解密，可实现数字签名

典型的公钥加密算法：RSA

数字签名

• 数字签名用于确认发送者身份(身份验证、抗抵赖性)和消息完整性(验证比较哈希结果)

• 私钥签名，公钥验签

报文摘要/哈希/散列

哈希

哈希简介

哈希：将一段数据(任意长度)经过一道计算，转换为一段定长的数据

哈希的特性

• 不可逆性
• 无碰撞性：几乎没有可能找到一个y，使得y的Hash值等于x的Hash值
• 雪崩效应

哈希适用场景

• 发送文件的完整性确认
• 服务器中存储用户密码

HMAC简介

HMAC

• 盐+哈希 ，这个盐可以是时间戳
• 需要双方预先知道这个key
• HMAC能够消除中间人攻击(数字签名也能消除)

两种报文摘要算法简介

数字证书与CA

数字证书简介

问：数字签名中使用“私钥签名，公钥验签”，公钥加密(验签)的关键在于怎么确定这就是Bob的公钥，如何避免他人伪造？

答：数据通信中，使用数字证书证明某个人的公钥确实属于该人，用CA的私钥为所有者的公钥进行签名

首先，有一个权威的证书签发机构，称为CA——全球就那么几个公司比较权威啦，这个机构，先用RSA产生一对公私钥。

私钥自己留着藏起来，你要是能偷到手就厉害了。

然后用自己的私钥对自己的公钥进行签名，生成所谓的数字证书。

这个过程大概是这样的：

先生成一个文件，文件内容大概是这样的：

• 公钥内容
• 签发者ID—-谁签发的证书
• Subject—-也就是这个证书签发给谁。这里subject和签发者ID相同。
• 有效期
• 其他信息

以上内容都是明文。我们称为内容P。

然后使用hash算法，对内容P进行hash计算，得到一个hash值H。

然后使用签发机构的私钥对H进行RSA加密，得到签名信息S。这个步骤称为签名，就是用私钥对某公开内容的hash值进行加密。

然后将P，S连成一个文件，这个文件就是所谓的数字证书了。所以数字证书里，包括证书持有者的身份信息，证书信息，证书持有人的公钥，以及签名信息。

现在假设某人得到了这个证书，如何确认这个证书属于谁的呢？

我们看数字证书里有些什么？可以得到P，可以得到P的哈希之后用私钥签名的S。

我们用同样的hash算法对P进行hash计算，得到一个hash值H1.

P里有公钥，签发者ID，Subject，有效期，及其他信息。我们用公钥解密S，得到了一个值H’。
这个H’，正常情况，或者说期望正常的话，应该就是制作数字证书的时候，用私钥对S加密的H。是否真如期望一样呢？比较一番就知道了。

现在对比H’和H1是否相等，如果相等，那么就证明这个证书是有签发者签发给Subject的证书，就是符合期望了，也就是正常情况。否则就说明：

1. 内容P被篡改过
2. 证书不是由CA签发的。

这个是对自签发证书的验证过程。需要说明的是，这种自签发证书的验证不常使用，但如何验证证书的原理类似。

证书链及其表示

如果用户数量很多，通常有多个CA，每个CA为一部分用户发行和签署证书

如果有两个CA，X1和X2，假设用户A从CA机构X1获得了证书，用户B从X2获得证书。

即可如下符号表示：

如果A不知X2的公钥，他虽然能读取B的证书，但却无法验证用户B证书中X2的签名，因此B的证书对A来说是没有用处的。然而，如果两个证书发放机构X1和X2彼此间安全交换了公钥，彼此信任，那么他们的证书可以形成证书链，则A就可以通过以下过程获取B的公开密钥。

(1) A从公共目录中后去由X1签署的X2的证书X1《X2》，因为A知道X1的公开密钥，所以能验证X2的证书，并从中得到X2的公开密钥；(笔者注：即通过已知的公钥得到X2的公钥)

(2)A再从公共目录中获取由X2签署的B的证书X2《B》，并由X2的公开秘钥对此加以验证，然后从中得到B的公开密钥(笔者注：即通过X2的公钥得到B自己的公钥)

以上过程中，A是通过一个证书链来获取B的公开密钥的，证书链可表示为
$$
X1《X2》X2《B》
$$
类似的，B也能通过一个证书链来获取A的公开密钥的，证书链可表示为
$$
X2《X1》 X1《A》
$$
以上证书链中只涉及两个证书。同样，有N个证书的证书链可以表示为
$$
X1《X2》X2《X3》……XN《B》
$$

虚拟专用网VPN

VPN：概念和实现原理，PPP，LCP和NCP，PAP和CHAP（看课件）

VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）是一个通过公共网络（如互联网）建立的安全通信隧道，使得远程用户或者分支机构能够安全地访问组织内部网络资源。它通过一系列技术手段，包括加密、身份验证和隧道技术，模拟了一个专用的、私有的通信环境。VPN的主要实现原理包括以下几个关键部分：

1. 隧道技术：VPN通过隧道技术在公网上传输私有网络的数据包，即将一个网络的数据包封装在另一个网络的数据包中传输，这样即使数据在公网上传播也能保证数据的私密性和完整性。

2. 加密技术：数据在经过VPN隧道时会被加密，常见的加密协议有SSL/TLS、IPsec等，以防止未经授权的第三方窃听和篡改。

3. 身份验证和授权：用户和设备必须经过身份验证才能接入VPN，这通常涉及预共享密钥、证书或其他形式的身份验证机制。

关于PPP（Point-to-Point Protocol，点对点协议）：

PPP 是一种广泛应用于点对点连接的网络层协议，特别是在拨号网络和VPN中。PPP 主要负责在两台设备之间建立、配置、维护和终止数据链路连接。

• LCP（Link Control Protocol，链路控制协议）：LCP 是 PPP 协议的一个组成部分，用于建立、配置、测试和终止物理链路。它处理诸如协商最大传输单元（MTU）、认证方法以及检测链路故障等问题。

• NCP（Network Control Protocol，网络控制协议）：NCP 是多个子协议的集合，每个子协议负责在已经由 LCP 建立和配置好的链路上建立和配置不同的网络层协议，如IPCP（Internet Protocol Control Protocol）用于配置和管理IP地址等参数。

另外，PPP 还支持多种认证协议以确保连接安全性：

• PAP（Password Authentication Protocol，密码认证协议）：简单明了的认证方式，明文发送用户名和密码进行验证，安全性相对较低。

• CHAP（Challenge Handshake Authentication Protocol，挑战握手认证协议）：比PAP更为安全，采用三次握手方式，服务器端向客户端发送随机数挑战，客户端用共享密钥加密这个随机数后再发送回去，服务器端解密验证。整个过程不需要直接传递密码，提高了安全性。

总结起来，PPP及其相关协议是构建VPN连接的基础组件之一，通过LCP和NCP分别管理和配置链路层及网络层参数，并通过PAP或CHAP等认证协议保证连接的安全性。

IPSec

网络层的安全协议——IPSec

IPSec(Intemet Protocol Security)，是由IETF(因特网工程任务组)定义的一组协议，用于增强IP网络的安全性。IPSec本身是为IPv6设计，IPv6本身集成安全功能。由于IPv4使用多且IPv4本身使用明文传输，遂被引入到IPv4网络

IPSEC协议集提供以下4项安全服务

• 数据完整性(Data Integrity)：完整性校验
• 认证(Autentication)：认证算法灵活选择
• 保密性(Confidentiality)：加密
• 应用透明安全性(Application-transparent Security)：对上层应用是透明的，上层应用不用管网络层的IPSec

IPSec功能

IPSec功能分为以下3类：

IPSec的对AH头的两种封装模式

传输模式——原IP头中间插，不添加新的IP头

传输模式：在原来的IP报文中插入认证头，该认证头可以是AH(ESP、IKE)，原来的IP报文格式不变

隧道模式——原IP头前面插，在添加一个新的IP头

隧道模式：原来的IP报文头不变，在原来的IP头前面插入AH(ESP、IKE)，再在其前面添加一个新的IP头

IPSec（Internet Protocol Security）提供了两种封装模式来确保IP数据包的安全性：传输模式（Transport Mode）和隧道模式（Tunnel Mode）。

1. 传输模式 (Transport Mode)

在传输模式下，IPSec只对IP数据包的有效载荷（payload）进行保护，即加密和/或认证应用程序层数据，而不改变原始IP包的基本结构。具体操作如下：

• AH（Authentication Header）或ESP（Encapsulating Security Payload）头插入到了IP头与传输层协议头（如TCP或UDP头）之间。
• 原始IP头的源和目的IP地址保持不变，这使得IPSec保护的数据包可以直接到达最终的目的主机，而且网络中的中间设备如路由器仍然能看到未经加密的IP头信息，用于路由决策。
• ESP在传输模式下可以提供数据加密和完整性保护；AH则提供完整性保护和认证服务，但不加密数据。

2. 隧道模式 (Tunnel Mode)

在隧道模式下，整个原始IP数据包（包括IP头）都被一个新的IPSec头和尾部（如果是ESP的话还包括加密后的有效载荷）封装起来，形成一个新的IP数据包。这种模式下：

• 新的IP头包含了发起IPSec隧道的源IP地址和目标IP地址，通常对应两个参与IPSec通信的边界设备，如两个站点的VPN网关。
• 原始IP数据包的所有内容被当作新的IPSec数据包的有效载荷，因此它能够在公网上传输时得到加密和完整性保护。
• 隧道模式非常适合于创建虚拟专用网络（VPN），因为它可以在两个网络之间建立一条安全隧道，使内部网络的IP包仿佛是在一个受保护的私有通道中传输。

总结来说，传输模式适用于主机到主机之间的直接安全通信，而隧道模式更适合于网络到网络的连接，尤其是构建站点到站点的VPN连接场景。

SSL和HTTPS

传输层的安全协议——SSL、TLS和HTTPS

SSL——TLS——HTTPS

• SSL和TLS尽管在概念上被视为“传输层”协议，但实际上它们位于应用层协议（如HTTP）之下，但在TCP/IP模型中，它们并不是严格意义上的传输层协议，而是作为应用层和传输层之间的一个附加安全层存在。

• HTTPS实际上使用的是HTTP协议与TLS协议的组合，而不是SSL，但由于历史沿革和技术习惯，人们有时仍会将HTTPS与SSL联系在一起。在现代实践中，HTTPS实际上是指HTTP over TLS。

应用层的安全协议——S-HTTP和PGP

S-HTTP

对于一个不安全的HTTP，

• 打补丁的思路：HTTP头引入SSL，就成为了HTTPS；

• 重新开发的思路：HTTP重新开发协议，就成为S-HTTP

S-HTTP安全的超文本传输协议( Security HTTP)

S-HTTP语法与HTTP一样，而报文头有所区别，进行了加密

S-HTTP（Secure Hypertext Transfer Protocol）协议本身并不强制规定特定的端口号，理论上它可以使用与HTTP相同的端口号，即端口号80。然而，由于S-HTTP的设计意图是与HTTP共存并为HTTP增加安全功能，所以它可以与HTTP在同一个端口上进行操作，通过特定的请求指示来启用安全传输。

但实际应用中，特别是考虑到同时运行HTTP和S-HTTP服务的情况，可能会有不同的配置方案，一些部署可能选择使用非标准端口来避免混淆。不过，历史上和主流的应用中并未广泛采用S-HTTP，而是更多地采用了HTTPS（HTTP Secure），后者是基于SSL/TLS协议的HTTP，它通常使用标准端口号443。

PGP

PGP (Pretty Good Privacy)是一个完整的电子邮件安全软件包

PGP提供如下2种服务（功能）：

• 数字签名：身份验证
• 数据加密：数据加密
• 完整性保护：消息摘要

PGP使用的认证、加密和完整性验证算法：

• 采用RSA公钥证书进行身份认证；

• 使用IDEA进行数据加密；

• 使用MD5进行数据完整性验证。(笔者注：可见PGP除了上述2种服务外，能够提供完整性验证)

PGP应用广泛的原因

• 支持多平台(Windows，Linux，MacOS)上免费使用，得到许多厂商支持

• 基于比较安全的算法（(RSA，IDEA，MD5)

• 既可以加密文件和电子邮件，也可以用于个人通信，应用集成PGP，现在已经集成到很多软件当中去了

S/MIME，SET和Kerberos认证（了解）

S/MIME ( Security/Multipurpose Internet Mail Extensions )提供电子邮件安全服务，与PGP功能类似

SET ( Secure Electronic Transation )安全的电子交易，用于保障电子商务安全

Kerberos是用于进行身份认证的安全协议，支持AAA即认证、授权和审计。

Kerberos 是一种网络认证协议，旨在为分布式计算环境提供强大而安全的身份验证服务。它最初由麻省理工学院（MIT）开发，现在已经成为企业网络、特别是Windows域环境中广泛采用的标准认证方案。Kerberos的设计目标是在不安全的网络环境下，确保用户能够安全地向远程服务器证明自己的身份，同时服务器也能够确认用户的身份真实性，以此实现双向身份验证。

Kerberos认证的核心组件包括：

1. 客户端 (Client)：网络中的实体，如用户、工作站或者服务，需要进行身份验证以便访问网络资源。

2. 密钥分发中心 (Key Distribution Center, KDC)：扮演着认证服务器和票证授予服务器的角色。KDC通常包含两个部分：

   • 认证服务器 (Authentication Server, AS)：负责验证用户的身份并发放初始票据授予票据（TGT）。
   • 票证授予服务器 (Ticket Granting Service/Ticket-Granting Server, TGS)：当客户端持有TGT后，向其请求特定服务的票证（Service Ticket），以便访问具体的服务端。

3. 服务端 (Server)：网络资源提供者，接受并验证客户端提供的经过KDC签发的服务票证。

Kerberos认证流程概括如下：

1. 身份验证阶段：客户端向KDC的AS请求身份验证，提交其用户名和密码。AS核实密码正确后，会生成一个TGT，并使用服务端的密钥加密该TGT后发送给客户端。

2. 获取服务票证阶段：客户端带着从AS得到的TGT，向KDC的TGS请求访问某个服务的权限。TGS解密TGT验证客户端身份，然后生成一个服务票证（ST），该票证包含了客户端的身份信息，并用服务端的密钥加密后发送给客户端。

3. 服务访问阶段：客户端携带服务票证（ST）去联系服务端，服务端用自己的密钥解密ST，验证客户端的身份合法性以及服务权限，若验证成功，则允许客户端访问所需的服务。

通过这种方式，Kerberos认证系统实现了在无需在网络上明文传输密码的同时，保证了每次网络交互都有高度安全保障，防止中间人攻击、重放攻击等安全威胁，并支持单一登录（Single Sign-On, SSO），使用户只需一次认证就能访问多个网络资源。此外，Kerberos支持多种加密算法以适应不同的安全需求，并具有良好的扩展性和互操作性。

防火墙技术

防火墙：实现内部网络(信任网络)与外部不可信任网络(Internet)之间或是内部网络不同区域隔离与访问控制。

防火墙技术与分类（工作层次越高，越高级，安全性越高；工作层次越低，越低级，工作效率越高）：

• 包过滤防火墙：即ACL访问控制列表，基于**五元组{源目IP地址、源目端口号、协议号}**等进行控制，一种较为基础的防火墙

• 状态化防火墙：基于TCP连接建立状态，可以读TCP连接建立状态，比包过滤略高级

• 应用层网关：一般是基于某个应用的防火墙，可以检测是某个应用

• 应用层检测DPI(Deep Package Inspection)：深入包检测(Deep Package Inspection)，把一个个的包拆开进入包的内部进行检测

计算机病毒与防护

病毒：指一段可执行的程序代码，通过对其他程序进行修改，可以感染这些程序使其含有该病毒程序的一个拷贝。

病毒四个阶段：潜伏——繁殖——触发——执行（千帆发行）

病毒分类与命名规则

病毒命名规则

病毒名称的一般格式：<病毒前缀(种类)>.<病毒名(家族)>.<病毒后缀(变种名)>

如：Worm.Sasser.b

常见病毒类型

IDS与IPS

第一常用的安全设备：防火墙——门口保安

第二常用的安全设备：IDS IPS——巡逻人员

IDS入侵检测系统

入侵检测系统（Intrusion Detection System，简称“IDS”）：IDS是防火墙之后的第二道安全屏障

公共入侵检测系统架构CIDF

美国国防部提出IDS的标准架构——公共入侵检测系统架构CIDF，如下图所示

• 事件产生器：主要负责事件采集，对于原始、低级事件可以做出响应

• 事件分析器：有些事件不能马上判断，需要事件分析器进行分析，有三种技术：

  • 模式匹配：跟以往的事件库进行对比

  • 统计分析：跟日常情况对比，判断是否反常，如CPU利用率激增

  • 数据完整性分析：系统文件、对象是否被修改，一般用于事后审计

• 响应单元：事件分析完成之后就进行响应

• 事件数据库：事件分析器的分析结果产生的数据、结果存放在事件数据库当中

IDS的数据来源

IDS的数据来源如下：

• 操作系统审计记录/操作系统日志
• 网络数据：
  • 核心交换机镜像：对于核心交换机、汇聚交换机、接入交换机这种架构，可以将IDS旁挂在核心交换机上，通过镜像核心交换机的流量来进行分析检测
  • 服务器接入交换机镜像：如果几个服务器接在一个服务器接入交换机上，也可以将IDS旁挂在该交换机，通过镜像该交换机的流量来进行分析检测

一般的，入侵检测系统都是通过旁路部署的

入侵检测系统的分类

• 按信息来源分：

  • HIDS：主机入侵检测系统，数据来源来自于PC、服务器
  • NIDS：网络入侵检测系统，数据来源来自交换机、路由器等网络设备，主要是交换机
  • DIDS：分布式入侵检测系统，一个网络中部署多台IDS，小弟IDS把数据发给大哥IDS

• 按响应方式分：实时检测和非实时检测

• 按数据分析技术和处理方式分：（重点）

  • 异常检测：建立并不断更新和维护系统正常行为的轮廓，定义报警阈值，超过阈值则报警
    能够检测从未出现的攻击，但误报率高
  • 误用检测：对已知的入侵行为特征进行提取，形成入侵模式库，匹配则进行报警
    已知入侵检测准确率高，但对于未知入侵检测准确率低，高度依赖特征库，这是目前主流方案。误用检测又分为两类：
    • 专家系统：依赖专家库进行匹配
    • 模式匹配：匹配关键字
  • 混合检测：以上2种的混合

IPS入侵防御系统

入侵防御系统(Intrusion Prevention System，简称“IPS”)：入侵防御系统是一种抢先的网络安全检测和防御系统，能检测出攻击并积极响应。

• IPS不仅具有入侵检测系统检测攻击行为的能力，而且具有拦截攻击并阻断攻击的功能。

• IPS不是IDS和防火墙功能的简单组合，IPS在攻击响应上采取的是主动的全面深层次的防御。

IPS和IDS对比

章节总结

• 网络攻击分类：主动(拒绝服务、重放等)攻击和被动(流量监听、流量分析等)攻击

  • 注意：被动攻击只有1种 就是流量分析

• 加密技术：

  • 对称：DES、3DES、IDEA、AES、RC4

  • 非对称：RSA

• 数字签名原理

• 散列（哈希）：验证数据完整性，防止非法篡改 MD5、SHA、HMAC(基于MD5和SHA，在两者基础上加入Key，这个key一般是时间戳)

• 数字证书：CA用自己的私钥签名，证明主体的公钥，证书链

• 秘钥管理：PKI

• VPN：概念和实现原理，PPP，LCP和NCP，PAP和CHAP（看课件）

• IPSec

  协议	功能
  AH	数据完整性和源认证
  ESP	数据加密
  IKE	密钥生成和分发
  隧道模式	封装一个新IP头
  传输模式	在原IP报头后面插入AH或ESP封装
  SSL	传输层安全协议，端口TCP 443
  HTTPS	基于SSL的应用层协议

• 病毒：

  • 蠕虫病毒-前缀为worm；

  • 宏病毒-前缀为macro，感染excel或word

• IDS：收集信息并进行分析，发现违反安全策略的行为或攻击。IDS是被动监听设备，一般旁挂部署；IDS的数据分析技术和处理方式有以下几种

  • 异常检测：既能对已知的攻击进行检测，也能检测未出现过的攻击，缺点是误报较多。

  • 误用检测：对已知入侵行为检测准确率高，漏检率低，缺点是未知入侵检测准确率低。

• IPS：主动安全设备，一般串行部署。

补充：网络安全技术措施表(老三级等保要求)