王老师课堂

学习目的：
　　1、掌握信息加密、密码、密码学、明文、密文的概念
　　2、掌握密码的分类
　　3、了解常用的加密技术

第一章 信息加密概述

　　密码学是一门古老而深奥的学科，它对一般人来说是陌生的，因为长期以来，它只在很小的范围内，如军事、外交、情报等部门使用。计算机密码学是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学，是数学和计算机的交叉学科，也是一门新兴的学科。随着计算机网络和计算机通讯技术的发展，计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。在国外，它已成为计算机安全主要的研究方向，也是计算机安全课程教学中的主要内容。

　　密码是实现秘密通讯的主要手段，是隐蔽语言、文字、图象的特种符号。凡是用特种符号按照通讯双方约定的方法把电文的原 形隐蔽起来，不为第三者所识别的通讯方式称为密码通讯。在计算机通讯中，采用密码技术将信息隐蔽起来，再将隐蔽后的信息传输出去，使信息在传输过程中即使 被窃取或载获，窃取者也不能了解信息的内容，从而保证信息传输的安全。

　　任何一个加密系统至少包括下面四个组成部分：

a) 未加密的报文，也称明文。
b) 加密后的报文，也称密文。　
c) 加密解密设备或算法。　　
d) 加密解密的密钥。

　　发送方用加密密钥，通过加密设备或算法，将信息加密后发送出去。接收方在收到密文后，用解密密钥将密文解密，恢复为明文。如果传输中有人窃取，他只能得到无法理解的密文，从而对信息起到保密作用。

第二章 密码的分类

从不同的角度根据不同的标准，可以把密码分成若干类。

（一）按应用技术或历史发展阶段划分：
1、手工密码。以手工完成加密作业，或者以简单器具辅助操作的密码，叫作手工密码。第一次世界大战前主要是这种作业形式。
2、机械密码。以机械密码机或电动密码机来完成加解密作业的密码，叫作机械密码。这种密码从第一次世界大战出现到第二次世界大战中得到普遍应用。
3、电子机内乱密码。通过电子电路，以严格的程序进行逻辑运算，以少量制乱元素生产大量的加密乱数，因为其制乱是在加解密过程中完成的而不需预先制作，所以称为电子机内乱密码。从五十年代末期出现到七十年代广泛应用。
4、计算机密码，是以计算机软件编程进行算法加密为特点，适用于计算机数据保护和网络通讯等广泛用途的密码。

（二）按保密程度划分：
1、理论上保密的密码。不管获取多少密文和有多大的计算能力，对明文始终不能得到唯一解的密码，叫作理论上保密的密码。也叫理论不可破的密码。如客观随机一次一密的密码就属于这种。
2、实际上保密的密码。在理论上可破，但在现有客观条件下，无法通过计算来确定唯一解的密码，叫作实际上保密的密码。
3、不保密的密码。在获取一定数量的密文后可以得到唯一解的密码，叫作不保密密码。如早期单表代替密码，后来的多表代替密码，以及明文加少量密钥等密码，现在都成为不保密的密码。

（三）、按密钥方式划分：
1、对称式密码。收发双方使用相同密钥的密码，叫作对称式密码。传统的密码都属此类。
2、非对称式密码。收发双方使用不同密钥的密码，叫作非对称式密码。如现代密码中的公共密钥密码就属此类。

（四）按明文形态：
1、模拟型密码。用以加密模拟信息。如对动态范围之内，连续变化的语音信号加密的密码，叫作模拟式密码。
2、数字型密码。用于加密数字信息。对两个离散电平构成0、1二进制关系的电报信息加密的密码叫作数字型密码。

（五）按编制原理划分：
可分为移位、代替和置换三种以及它们的组合形式。古今中外的密码，不论其形态多么繁杂，变化多么巧妙，都是按照这三种基本原理编制出来的。移位、代替和置换这三种原理在密码编制和使用中相互结合，灵活应用。

第三章 近代加密技术

（一）、数据加密标准

　　数据加密标准（DES）是美国经长时间征集和筛选 后，于1977年由美国国家标准局颁布的一种加密算法。它主要用于民用敏感信息的加密，后来被国际标准化组织接受作为国际标准。DES主要采用替换和移位的方法加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密，每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码，经一系列替换和移位后，输入的64位原始数据转 换成完全不同的64位输出数据。DES算法仅使用最大为64位的标准算术和逻辑运算，运算速度快，密钥生产容易，适合于在当前大多数计算机上用软件方法实现，同时也适合于在专用芯片上实现。

DES主要的应用范围有：
（1）计算机网络通信：对计算机网络通信中的数据提供保护是DES的一项重要应用。但这些被保护的数据一般只限于民用敏感信息，即不在政府确定的保密范围之内的信息。
（2）电子资金传送系统：采用DES的方法加密电子资金传送系统中的信息，可准确、快速地传送数据，并可较好地解决信息安全的问题。
（3）保护用户文件：用户可自选密钥对重要文件加密，防止未授权用户窃密。
（4）用户识别：DES还可用于计算机用户识别系统中。

　　DES是一种世界公认的较好的加密算法。自它问世20多年来，成为密码界研究的重点，经受住了许多科学家的研究和破译，在民用密码领域得到了广泛的应用。它曾为全球贸易、金融等非官方部门提供了可靠的通信安全保障。但是任何加密算法都不可能是十全十美的。它的缺点是密钥太短（56位），影响了它的保密强度。此外，由于DES算法完全公开，其安全性完全依赖于对密钥的保护，必须有可靠的信道来分发密钥。如采用信使递送密钥等。因此，它不适合在网络环境下单独使用。

　　针对它密钥短的问题，科学家又研制了80位的密钥，以及在DES的基础上采用三重DES和双密钥加密的方法。即用两个56 位的密钥K1、K2，发送方用K1加密，K2解密，再使用K1加密。接收方则使用K1解密，K2加密，再使用K1解密，其效果相当于将密钥长度加倍。

（二）国际数据加密算法

　　国际数据加密算法IDEA是瑞士的著名学者提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重 DES。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点，已经过时。IDEA的密钥为128位，这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。

　　类似于DES，IDEA算法也是一种数据块加密算法，它设计了一系列加密轮次，每轮加密都使用从完整的加密密钥中生成的一个子密钥。与DES的不同处在于，它采用软件实现和采用硬件实现同样快速。

　　由于IDEA是在美国之外提出并发展起来的，避开了美国法律上对加密技术的诸多限制，因此，有关IDEA算法和实现技术的书籍都可以自由出版和交流，可极大地促进IDEA的发展和完善。但由于该算法出现的时间不长，针对它的攻击也还不多，还未经过较长时间的考验。因此，尚不能判断出它的优势和缺陷。

（三）clipper加密芯片

　　密码虽然可为私人提供信息保密服务，但是它首先是维护国家利益的工具。正是基于这个出发点，考虑到DES算法公开后带来的种种问题，美国国家保 密局（NSA）从1985年起开始着手制定新的商用数据加密标准，以取代DES。1990年开始试用，1993年正式使用，主要用于通信交换系统中电话、 传真和计算机通信信息的安全保护。

　　新的数据加密标准完全改变了过去的政策，密码算法不再公开，对用户提供加密芯片（clipper） 和硬件设备。新算法的安全性远高于DES，其密钥量比DES多1000多万倍。据估算，穷举破译至少需要10亿年。为确保安全，clipper芯片由一个公司制造裸片，再由另一公司编程后方可使用。

　　由于完全是官方的封闭控制，该算法除可提供高强度的密码报密外，还可对保密通信进行监听，以防止不法分子利用保密通信进行非法活动，但这种监听是在法律允许的范围内进行的。官方控制也成为美国民间反对该方案的一个重要原因。

　　Clipper芯片主要用于商业活动的计算机通信网。NSA同时在着手进行政府和军事通信网中数据加密芯片的研究，并作为clipper的换代产品。它 除了具有clipper的全部功能外，还将实现美国数字签名标准（DSS）和保密的哈稀函数标准以及用纯噪声源产生随机数据的算法等。

（四）公开密钥密码体制

　　传统的加密方法是加密、解密使用同样的密钥，由发送者和接收者分别保存，在加密和解密时使用，采用这种方法的主要问题是密钥的生成、注入、存储、管理、分发等很复杂，特别是随着用户的增加，密钥的需求量成倍增加。在网络通信中，大量密钥的分配是一个难以解决的问题。

　　例如， 若系统中有n个用户，其中每两个用户之间需要建立密码通信，则系统中每个用户须掌握(n-1)/2个密钥，而系统中所需的密钥总数为n*(n-1)/2 个。对10个用户的情况，每个用户必须有9个密钥，系统中密钥的总数为45个。对100个用户来说，每个用户必须有99个密钥，系统中密钥的总数为 4950个。这还仅考虑用户之间的通信只使用一种会话密钥的情况。如此庞大数量的密钥生成、管理、分发确实是一个难处理的问题。

　　本世纪70年代，美国斯坦福大学的两名学者迪菲和赫尔曼提出了一种新的加密方法–公开密钥加密队PKE方法。与传统的加密方法不同，该技术采用两个不同的密钥来对信息加密和解密，它也称为“非对称式”加密方法。每个用户有一个对外公开的加密算法E和对外保密的解密算法D，　　
　　它们须满足条件：
　　　　（1）D是E的逆，即D[E（X）]=X；
　　　　（2）E和D都容易计算。　　
　　　　（3）由E出发去求解D十分困难。

总结：本次课我们基本了解有关信息加密的技术，希望大家能够对这些理论的知识产生兴趣。

作业四：
论文：以下两题任选一题撰写。
1、简单谈谈数据库安全技术，标题自拟。
2、简单谈谈信息加密技术，题目自拟。
格式：标题、作者、摘要、关键字、正文（1500字左右）、参考文献（5篇以上）。
邮箱：instructor[at]yeah.net
主题：班级-学号-姓名-第几次作业【如：06计信1-33-姚文龙-第4次作业】
截至：2008年6月16日12:00（星期一中午）

评论 (0)

学习目的：
1、了解数据库安全技术的背景、发展和层次；
2、掌握网络系统层次、宿主操作系统层次以及数据库管理系统层次的安全技术；
3、了解常见的安全隐患。

随着计算机技术的飞速发展，数据库的应用十分广泛，深入到各个领域，但随之而来产生了数据的安全问题。各种应用系统的数据库中大量数据的安全问题、敏感数据的防窃取和防篡改问题，越来越引起人们的高度重视。数据库系统作为信息的聚集体，是计算机信息系统的核心部件，其安全性至关重要，关系到企业兴衰、国家安全。因此，如何有效地保证数据库系统的安全，实现数据的保密性、完整性和有效性，已经成为业界人士探索研究的重要课题之一，本文就安全防入侵技术做简要的讨论。

数据库系统的安全除依赖自身内部的安全机制外，还与外部网络环境、应用环境、从业人员素质等因素息息相关，因此，从广义上讲，数据库系统的安全框架可以划分为三个层次：
（1）网络系统层次；
（2）宿主操作系统层次；
（3）数据库管理系统层次。

这三个层次构筑成数据库系统的安全体系，与数据安全的关系是逐步紧密的，防范的重要性也逐层加强，从外到内、由表及里保证数据的安全。下面就安全框架的三个层次展开论述。

1. 网络系统层次安全技术

从广义上讲，数据库的安全首先倚赖于网络系统。随着Internet的发展普及，越来越多的公司将其核心业务向互联网转移，各种基于网络的数据库应用系统如雨后春笋般涌现出来，面向网络用户提供各种信息服务。可以说网络系统是数据库应用的外部环境和基础，数据库系统要发挥其强大作用离不开网络系统的支持，数据库系统的用户（如异地用户、分布式用户）也要通过网络才能访问数据库的数据。网络系统的安全是数据库安全的第一道屏障，外部入侵首先就是从入侵网络系统开始的。网络入侵试图破坏信息系统的完整性、机密性或可信任的任何网络活动的集合，具有以下特点：

a）没有地域和时间的限制，跨越国界的攻击就如同在现场一样方便；
b）通过网络的攻击往往混杂在大量正常的网络活动之中，隐蔽性强；
c）入侵手段更加隐蔽和复杂。

计算机网络系统开放式环境面临的威胁主要有以下几种类型：a)欺骗（Masquerade）；b)重发(Replay)；c)报文修改(Modification of message)；d)拒绝服务(Deny of service)；e)陷阱门(Trapdoor)；f)特洛伊木马(Trojan horse)；g)攻击如透纳攻击（Tunneling Attack）、应用软件攻击等。这些安全威胁是无时、无处不在的，因此必须采取有效的措施来保障系统的安全。

从技术角度讲，网络系统层次的安全防范技术有很多种，大致可以分为防火墙、入侵检测、协作式入侵检测技术等。

(1)防火墙。防火墙是应用最广的一种防范技术。作为系统的第一道防线，其主要作用是监控可信任网络和不可信任网络之间的访问通道，可在内部与外部网络之间形成一道防护屏障，拦截来自外部的非法访问并阻止内部信息的外泄，但它无法阻拦来自网络内部的非法操作。它根据事先设定的规则来确定是否拦截信息流的进出，但无法动态识别或自适应地调整规则，因而其智能化程度很有限。防火墙技术主要有三种：数据包过滤器(packet filter)、代理(proxy)和状态分析(stateful inspection)。现代防火墙产品通常混合使用这几种技术。

(2)入侵检测。入侵检测(IDS– Instrusion Detection System)是近年来发展起来的一种防范技术，综合采用了统计技术、规则方法、网络通信技术、人工智能、密码学、推理等技术和方法，其作用是监控网络和计算机系统是否出现被入侵或滥用的征兆。1987年，Derothy Denning首次提出了一种检测入侵的思想，经过不断发展和完善，作为监控和识别攻击的标准解决方案，IDS系统已经成为安全防御系统的重要组成部分。

入侵检测采用的分析技术可分为三大类：签名、统计和数据完整性分析法。
①签名分析法。主要用来监测对系统的已知弱点进行攻击的行为。人们从攻击模式中归纳出它的签名，编写到IDS系统的代码里。签名分析实际上是一种模板匹配操作。
②统计分析法。以统计学为理论基础，以系统正常使用情况下观察到的动作模式为依据来判别某个动作是否偏离了正常轨道。
③数据完整性分析法。以密码学为理论基础，可以查证文件或者对象是否被别人修改过。
IDS的种类包括基于网络和基于主机的入侵监测系统、基于特征的和基于非正常的入侵监测系统、实时和非实时的入侵监测系统等。

(3)协作式入侵监测技术
独立的入侵监测系统不能够对广泛发生的各种入侵活动都做出有效的监测和反应，为了弥补独立运作的不足，人们提出了协作式入侵监测系统的想法。在协作式入侵监测系统中，IDS基于一种统一的规范，入侵监测组件之间自动地交换信息，并且通过信息的交换得到了对入侵的有效监测，可以应用于不同的网络环境。

2. 宿主操作系统层次安全技术

操作系统是大型数据库系统的运行平台，为数据库系统提供一定程度的安全保护。目前操作系统平台大多数集中在Windows NT 和Unix，安全级别通常为C1、C2级。主要安全技术有操作系统安全策略、安全管理策略、数据安全等方面。操作系统安全策略用于配置本地计算机的安全设置，包括密码策略、账户锁定策略、审核策略、IP安全策略、用户权利指派、加密数据的恢复代理以及其它安全选项。具体可以体现在用户账户、口令、访问权限、审计等方面。
(1)用户账户：用户访问系统的”身份证”，只有合法用户才有账户。
(2)口令：用户的口令为用户访问系统提供一道验证。
(3)访问权限：规定用户的权限。
(4)审计：对用户的行为进行跟踪和记录，便于系统管理员分析系统的访问情况以及事后的追查使用。

安全管理策略是指网络管理员对系统实施安全管理所采取的方法及策略。针对不同的操作系统、网络环境需要采取的安全管理策略一般也不尽相同，其核心是保证服务器的安全和分配好各类用户的权限。
　数据安全主要体现在以下几个方面：数据加密技术、数据备份、数据存储的安全性、数据传输的安全性等。可以采用的技术很多，主要有Kerberos认证、IPSec、SSL、TLS、VPN（PPTP、L2TP）等技术。

3. 数据库管理系统层次安全技术

数据库系统的安全性很大程度上依赖于数据库管理系统。如果数据库管理系统安全机制非常强大，则数据库系统的安全性能就较好。目前市场上流行的是关系式数据库管理系统，其安全性功能很弱，这就导致数据库系统的安全性存在一定的威胁。

由于数据库系统在操作系统下都是以文件形式进行管理的，因此入侵者可以直接利用操作系统的漏洞窃取数据库文件，或者直接利用OS工具来非法伪造、篡改数据库文件内容。这种隐患一般数据库用户难以察觉，分析和堵塞这种漏洞被认为是B2级的安全技术措施。

数据库管理系统层次安全技术主要是用来解决这一问题，即当前面两个层次已经被突破的情况下仍能保障数据库数据的安全，这就要求数据库管理系统必须有一套强有力的安全机制。解决这一问题的有效方法之一是数据库管理系统对数据库文件进行加密处理，使得即使数据不幸泄露或者丢失，也难以被人破译和阅读。

我们可以考虑在三个不同层次实现对数据库数据的加密，这三个层次分别是OS层、DBMS内核层和DBMS外层。
(1)在OS层加密。在OS层无法辨认数据库文件中的数据关系，从而无法产生合理的密钥，对密钥合理的管理和使用也很难。所以，对大型数据库来说，在OS层对数据库文件进行加密很难实现。
(2)在DBMS内核层实现加密。这种加密是指数据在物理存取之前完成加/脱密工作。这种加密方式的优点是加密功能强，并且加密功能几乎不会影响DBMS的功能，可以实现加密功能与数据库管理系统之间的无缝耦合。其缺点是加密运算在服务器端进行，加重了服务器的负载，而且DBMS和加密器之间的接口需要DBMS开发商的支持。
(3)在DBMS外层实现加密。比较实际的做法是将数据库加密系统做成DBMS的一个外层工具，根据加密要求自动完成对数据库数据的加/脱密处理。采用这种加密方式进行加密，加/脱密运算可在客户端进行，它的优点是不会加重数据库服务器的负载并且可以实现网上传输的加密，缺点是加密功能会受到一些限制，与数据库管理系统之间的耦合性稍差。

总结：本文对数据库系统安全防入侵技术进行综述，提出了数据库系统的安全体系三个层次框架，并对三个层次的技术手段展开描述。文中还以在DBMS外层实现加密功能的原理为例，详细说明了如何应用数据库管理系统层次的安全技术。数据库系统安全框架的三个层次是相辅相承的，各层次的防范重点和所采取的技术手段也不尽相同，一个好的安全系统必须综合考虑核运用这些技术，以保证数据的安全。

作业：
1、利用搜索引擎，进一步了解数据库安全技术；
2、深入了解以下概念：TCP/IP，欺骗（Masquerade），重发(Replay)，报文修改(Modification of message)，拒绝服务(Deny of service)，陷阱门(Trapdoor)，特洛伊木马(Trojan horse)，透纳攻击（Tunneling Attack），防火墙，入侵检测，用户帐户，口令，权限，加密，密钥。
3、根据本文的内容，想想看你所直接或者间接接触到的数据库有哪些？它们的安全是如何得到保障的？

评论 (0)