系统架构师考点--系统安全

大家好。今天我来总结一下系统安全相关的考点，这类考点每年都会考到，一般是在上午场客观题，占2-4分。

一、信息安全基础知识

信息安全包括5个基本要素：机密性、完整性、可用性、可控性与可审查性

(1)机密性：确保信息不暴露给未授权的实体或进程。

(2)完整性：只有得到允许的人才能修改数据，并且能够判别出数据是否已被篡改。

(3)可用性：得到授权的实体在需要时可访问数据，即攻击者不能占用所有的资源而阻碍授权者的工作。

(4)可控性：可以控制授权范围内的信息流向及行为方式。

(5)可审查性：对出现的信息安全问题提供调查的依据和手段。

信息安全的范围包括：设备安全、数据安全、内容安全和行为安全。

(1)信息系统设备的安全是信息系统安全的首要问题，是信息系统安全的物质基础，它包括3个方面:设备的稳定性、可靠性、可用性。

(2)数据安全即采取措施确保数据免受未授权的泄露、篡改和毁坏，包括3个方面：数据的秘密性、完整性、可用性。

(3)内容安全是信息安全在政治、法律、道德层次上的要求，包括3个方面:信息内容政治上健康、符合国家法律法规、符合道德规范。

(4)信息系统的服务功能是指最终通过行为提供给用户，确保信息系统的行为安全，才能最终确保系统的信息安全。行为安全的特性包括：行为的秘密性、完整性、可控性。

信息的存储安全包括：信息使用的安全、系统安全监控、计算机病毒防治、数据的加密和防止非法的攻击等。

(1)信息使用的安全。包括用户的标识与验证、用户存取权限限制。

(2)系统安全监控。系统必须建立一套安全监控系统，全面监控系统的活动，并随时检查系统的使用情况，一旦有非法入侵者进入系统，能及时发现并采取相应措施，确定和填补安全及保密的漏洞。还应当建立完善的审计系统和日志管理系统，利用日志和审计功能对系统进行安全监控。

(3)计算机网络服务器必须加装网络病毒自动检测系统，以保护网络系统的安全，防范计算机病毒的侵袭，并且必须定期更新网络病毒检测系统。

网络安全

网络安全隐患体现在：物理安全性、软件安全漏洞、不兼容使用安全洞、选择合适的安全哲理。

网络安全威胁：非授权的访问、信息泄露或丢失、破坏数据完整性、拒绝服务攻击、利用网络传播病毒。

安全措施的目标：访问控制、认证、完整性、审计、保密。

二、信息安全系统的组成框架

从实现技术上来看，信息安全系统涉及以下技术:

(1)基础安全设备：包括密码芯片、加密卡、身份识别卡等，此外还涵盖运用到物理安全的物理环境保障技术，建筑物、机房条件及硬件设备条件满足信息系统的机械防护安全，通过对电力供应设备以及信息系统组件的抗电磁干扰和电磁泄漏性能的选择性措施达到相应的安全目的。

(2)计算机网络安全：指信息在网络传输过程中的安全防范，用于防止和监控未经授权破坏、更改和盗取数据的行为。通常涉及物理隔离，防火墙及访问控制，加密传输、认证、数字签名、摘要，隧道及VPN 技术，病毒防范及上网行为管理，安全审计等实现技术。

(3)操作系统安全：指操作系统的无错误配置、无漏洞、无后门、无特洛伊木马等，能防止非法用户对计算机资源的非法存取，一般用来表达对操作系统的安全需求。操作系统的安全机制包括标识与鉴别机制、访问控制机制、最小特权管理、可信通路机制、运行保障机制、存储保护机制、文件保护机制、安全审计机制，等等。

(4)数据库安全：可粗略划分为数据库管理系统安全和数据库应用系统安全两个部分，主要涉及物理数据库的完整性、逻辑数据库的完整性、元素安全性、可审计性、访问控制、身份认证、可用性、推理控制、多级保护以及消除隐通道等相关技术。

(5)终端安全设备：从电信网终端设备的角度分为电话密码机、传真密码机、异步数据密码机等。

例题：
在这里插入图片描述

答案：D、D、B、C

三、信息安全技术

加密技术是一个密码系统，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均由加密密钥Ke和解密密钥Kd组成，即K=<Ke，Kd>。

(4)加密算法E，它是一组由M 至c的加密变换。

(5)解密算法D，它是一组由C到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(因为密钥还需要传输给接收方，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，密钥易产生。

3DES： 三重DES，两个56位密钥K1、K2。

加密：K1加密->K2解密->K1加密。

解密：K1解密->K2加密->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位数据块，比DES的加密性好，对计算机功能要求相对低。

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。

非对称技术的原理是：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，因为无需传输密钥。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。

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，就将两个技术组合使用了，这也是数字信封的原理。

数字信封原理：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，取出对称密钥解密的原文。

数字信封运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：不算数据多长，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

唯一标识一个发送方。发送者发送数据时，使用发送者的私钥进行加密，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。如下：
在这里插入图片描述

公钥基础设施PKI

公钥基础设施PKI是以不对称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。

(1)数字证书：一个数据结构，是一种由一个可信任的权威机构签署的信息集合。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)主题信息、(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。

(2)签证机构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。

例题：

答案：C、C

答案：A、B

访问控制

访问控制是指主体依据某些控制策略或权限对客体本身或是其资源进行的不同授权访问。访问控制包括3个要素，即主体、客体和控制策略。
访问控制包括认证、控制策略实现和审计3方面的内容。

(1)访问控制矩阵(ACM)：是通过矩阵形式表示访问控制规则和授权用户权限的方法。主体作为行客体作为列。

(2)访问控制表(ACL)：目前最流行、使用最多的访问控制实现技术。每个客体有一个访问控制表是系统中每一个有权访问这个客体的主体的信息。这种实现技术实际上是按列保存访问矩阵。

(3)能力表：对应于访问控制表，这种实现技术实际上是按行保存访问矩阵。每个主体有一个能力表是该主体对系统中每一个客体的访问权限信息。使用能力表实现的访问控制系统可以很方便地查询某一个主体的所有访问权限。

(4)授权关系表：每一行(或者说元组)就是访问矩阵中的一个非空元素，是某一个主体对应于某一个客体的访问权限信息。如果授权关系表按主体排序，查询时就可以得到能力表的效率;如果按客体排序查询时就可以得到访问控制表的效率。

四、信息安全的抗攻击技术

为对抗攻击者的攻击，密钥生成需要考虑3个方面的因素：增大密钥空间、选择强钥(复杂的)、密钥的随机性(使用随机数)。

拒绝服务攻击有许多种，网络的内外部用户都可以发动这种攻击。内部用户可以通过长时间占用系统的内存、CPU 处理时间使其他用户不能及时得到这些资源，而引起拒绝服务攻击；外部黑客也可以通过占用网络连接使其他用户得不到网络服务。

外部用户针对网络连接发动拒绝服务攻击主要有以下几种模式：消耗资源、破坏或更改配置信息、物理破坏或改变网络部件、利用服务程序中的处理错误使服务失效。

分布式拒绝服务DDoS攻击是传统Dos攻击的发展，攻击者首先侵入并控制一些计算机，然后控制这些计算机同时向一个特定的目标发起拒绝服务攻击。克服了传统DOS受网络资源的限制和隐蔽性两大缺点。

拒绝服务攻击的防御方式：

(1)加强对数据包的特征识别，攻击者发送的数据包中是有一些特征字符串。通过搜寻这些特征字符串就可以确定攻击服务器和攻击者的位置。

(2)设置防火墙监视本地主机端口的使用情况。如果发现端口处于监听状态，则系统很可能受到攻击。

(3)对通信数据量进行统计也可获得有关攻击系统的位置和数量信息。在攻击时，攻击数据的来源地址会发出超出正常极限的数据量。

(4)尽可能的修正已经发现的问题和系统漏洞。

ARP欺骗

正常ARP原理：如图所示，主机A想知道局域网内主机B的MAC地址，那么主机A就广播发送ARP请求分组，局域网内主机都会收到，但只有B收到解析后知道是请求自己的MAC地址，所以只有B会返回单播的响应分组，告诉A自己的MAC地址。A收到响应分组后，会建立一个B的IP地址和MAC地址映射，这个映射是动态存在的，如果一定时间AB不再通信，那么就会清空这个地址映射，下次如果还要通信，则重复这个过程。

ARP欺骗原理：上述过程主机A是不管其有没有发送过请求广播分组的，而是只要收到了返回的分组信息，就会刷新IP地址和MAC地址的映射关系这样就存在安全隐患，假设有主机C，模拟返回分组格式，构造正确的IP地址和自己的MAC地址映射A收到后也会刷新映射关系，那么当A再次向B发送信息时，实际就发送到了C的MAC地址，数据就被C监听到了。

ARP欺骗的防范措施:

①在winxp下输入命令：arp-sgate-way-ip gate-way-mac 固化arp 表，阻止arp 欺骗。

②使用ARP服务器。通过该服务器查找自己的ARP转换表来响应其他机器的ARP广播。确保这台ARP服务器不被黑。

③采用双向绑定的方法解决并且防止ARP欺骗。

④ARP 防护软件–ARPGuard。通过系统底层核心驱动，无须安装其他任何第三方软件(如WinPcap)以服务及进程并存的形式随系统启动并运行，不占用计算机系统资源。无需对计算机进行IP地址及MAC地址绑定，从而避免了大量且无效的工作量。也不用担心计算机会在重启后新建ARP 缓存列表，因为此软件是以服务与进程相结合的形式存在于计算机中，当计算机重启后软件的防护功能也会随操作系统自动启动并工作。

DNS欺骗

首先是冒充域名服务器，然后把查询的IP地址设为攻击者的IP地址，这样的话，用户上网就只能看到攻击者的主页，而不是用户想要取得的网站的主页了，这就是DNS 欺骗的基本原理。也即改掉了域名和IP地址的对应关系。黑客是通过冒充DNS服务器回复查询IP的，如下图所示：

DNS欺骗的检测:

①被动监听检测：通过旁路监听的方式，捕获所有DNS请求和应答数据包，并为其建立一个请求应答映射表。如果在一定的时间间隔内，一个请求对应两个或两个以上结果不同的应答包，则怀疑受到了DNS欺骗攻击。

②虚假报文探测：采用主动发送探测包的手段来检测网络内是否存在DNS 欺骗攻击者。如果向一个非DNS服务器发送请求包，正常来说不会收到任何应答，如果收到了应答包，则说明受到了攻击。③交叉检查查询:在客户端收到DNS 应答包之后，向DNS服务器反向查询应答包中返回的IP地址所对应的DNS 名字，如果二者一致说明没有受到攻击，否则说明被欺骗。

IP欺骗

IP欺骗的原理和流程:

①首先使被冒充主机hostb的网络暂时瘫痪，以免对攻击造成干扰。

②然后连接到目标机hosta的某个端口来猜测ISN 基值和增加规律。

③接下来把源址址伪装成被冒充主机hostb，发送带有SYN标志的数据段请求连接。

④然后等待目标机hosta发送SYN+ACK 包给已经瘫痪的主机，因为现在看不到这个包。

⑤最后再次伪装成主机hostb向目标主机hosta 发送的ACK，此时发送的数据段带有预测的目标机的ISN+1。

⑥连接建立，发送命令请求。

IP欺骗的防范： 虽然IP 欺骗攻击有着相当难度，但这种攻击非常广泛，入侵往往由这里开始。预防这种攻击可以删除UNX中所有的/etc/hosts.equiv、$HOME/.rhosts文件，修改/etc/inetd.conf文件，使得RPC机制无法应用。另外，还可以通过设置防火墙过滤来自外部而信源地址却是内部IP的报文。

端口扫描

端口扫描就是尝试与目标主机的某些端口建立连接，如果目标主机该端口有回复(见三次握手中的第二次)，则说明该端口开放，即为“活动端口"。

扫描原理分类:

(1)全TCP连接：这种扫描方法使用三次握手，与目标计算机建立标准的TCP连接。

(2)半打开式扫描(SYN扫描)：在这种扫描技术中，扫描主机自动向目标计算机的指定端口发送SYN数据段，表示发送建立连接请求。如果目标计算机的回应TCP报文中SYN=1ACK=1，则说明该端口是活动的，接着扫描主机传送一个RST给目标主机拒绝建立TCP连接，从而导致三次握手的过程失败。如果目标计算机的回应是RST，则表示该端口为“死端口”，这种情况下，扫描主机不用做任何回应。

(3)FIN扫描：依靠发送FIN来判断目标计算机的指定端口是否是活动的。发送一个FIN=1的TCP报文到一个关闭的端口时，该报文会被丢掉，并返回一个RST 报文。但是，如果当FIN 报文到一个活动的端口时，该报文只是被简单的丢掉，不会返回任何回应。从FIN扫描可以看出，这种扫描没有涉及任何TCP 连接部分。因此，这种扫描比前两种都安全，可以称之为秘密扫描。

(4)第三方扫描：第三方扫描又称“代理扫描”，这种扫描是利用第三方主机来代替入侵者进行扫描。这个第三方主机一般是入侵者通过入侵其他计算机而得到的，该“第三方”主机常被入侵者称之为“肉鸡”。这些“肉鸡”一般为安全防御系数极低的个人计算机。

强化ICP/IP堆栈以抵御拒绝服务攻击

1.同步包风暴(SYN Flooding)：利用TCP协议缺陷发送大量伪造的TCP连接请求，使得被攻击者资源耗尽。三次握手，进行了两次，不进行第三次握手，连接队列处于等待状态，大量这样的等待，会占满全部队列空间，使得系统挂起。可以通过修改注册表防御SYN Flooding 攻击。

2.ICMP攻击：ICMP协议本身的特点决定了它非常容易被用于攻击网络上的路由器和主机。比如，前面提到的“Ping of Death"攻击就是利用操作系统规定的ICMP 数据包的最大尺寸不超过64KB这一规定，达到使TCP/IP 堆栈崩溃、主机死机的效果。可以通过修改注册表防御ICMP 攻击。

3.SNMP攻击：SNMP还能被用于控制这些设备和产品，重定向通信流，改变通信数据包的优先级，甚至断开通信连接。总之，入侵者如果具备相应能力，就能完全接管你的网络。可以通过修改注册表项防御系统漏洞扫描指对重要计算机信息系统进行检查，发现其中可能被黑客利用的漏洞。包括基于网络的漏洞扫描(通过网络远程扫描主机)、基于主机的漏洞扫描(在目标系统安装了代理扫描)。

例题：

答案：A

五、信息安全的保证体系和评估方法

GB17859-999 标准规定了计算机系统安全保护能力的五个等级：

用户自主保护级：本级的计算机信息系统可信计算机通过隔离用户与数据，使用户具备自主安全保护的能力。本级实施的是自主访问控制，即计算机信息系统可信计算机定义和控制系统中命名用户对命名客体的访问。
系统审计保护级：本级的计算机信息系统可信计算机实施了粒度更细的自主访问控制，它通过登录规程、审计安全性相关事件和隔离资源，使用户对自己的行为负责。在自主访问控制的基础上控制访问权限扩散。
安全标记保护级：本级的计算机信息系统可信计算机具有系统审计保护级所有功能。此外，还提供有关安全策略模型、数据标记以及主体对客体强制访问控制的非形式化描述;具有准确地标记输出信息的能力:消除通过测试发现的任何错误。本级的主要特征是计算机信息系统可信计算机对所有主体及其所控制的客体(例如:进程、文件、段、设备)实施强制访问控制。
结构化保护级：本级的计算机信息系统可信计算机建立于一个明确定义的形式化安全策略模型之上，它要求将第三级系统中的自主和强制访问控制扩展到所有主体与客体。此外，还要考虑隐蔽通道。对外部主体能够直接或间接访问的所有资源(例如:主体、存储客体和输入输出资源)实施强制访问控制。
访问验证保护级：本级的计算机信息系统可信计算机满足访问监控器需求。访问监控器仲裁主体对客体的全部访问。访问监控器本身是抗篡改的:必须足够小，能够分析和测试。与第四级相比，自主访问控制机制根据用户指定方式或默认方式，阻止非授权用户访问客体。访问控制的粒度是单个用户。访问控制能够为每个命名客体指定命名用户和用户组，并规定他们对客体的访问模式。没有存取权的用户只允许由授权用户指定对客体的访问权。