第九章信息安全基础
软考高级系统架构设计师备考，写着方便自己看，如果有发现不对或少得的地方可以多多指正，谢谢各位兄弟。
一、信息安全基础
1. 信息安全5大基本要素
要素 | 定义 | 示例 |
|---|---|---|
机密性 | 信息不暴露给未授权的实体/进程 | 微信聊天内容加密，只有收发双方可见；公司薪酬表仅HR、财务有权查看，普通员工无法访问 |
完整性 | 仅授权者可修改数据，可识别数据是否被篡改 | 下载官方安装包后校验MD5值，若与官网不一致则说明文件被篡改；银行转账金额中途不能被恶意修改为更高数值 |
可用性 | 授权实体需要时即可访问数据，攻击者无法占用全部资源阻碍正常工作 | 双十一淘宝提前扩容服务器，避免流量洪峰挤垮服务，保障用户正常下单 |
可控性 | 可控制授权范围内的信息流向及行为方式 | 企业内网出口部署管控设备，禁止向境外传输敏感数据，管理员可实时监控所有数据流转 |
可审查性 | 出现安全问题时有调查依据和手段 | 企业内网发生数据泄露后，可通过审计日志定位到具体账号的操作时间、操作内容，作为追责依据 |
2. 信息安全4大范围
范围 | 定义 | 示例 |
|---|---|---|
设备安全 | 信息系统设备的稳定性、可靠性、可用性，是安全的基础 | 机房配备UPS不间断电源，防止断电导致服务器宕机；服务器配置冗余电源，单电源故障不影响正常运行 |
数据安全 | 数据免受未授权泄露、篡改、毁坏 | 用户手机号存储时脱敏显示为 |
内容安全 | 信息内容符合政治要求、法律法规、道德规范 | 短视频平台部署内容审核系统，禁止发布涉黄涉暴、谣言类内容 |
行为安全 | 信息系统服务行为的秘密性、完整性、可控性 | 银行交易记录不可被管理员随意篡改，所有转账操作全程留痕、可追溯 |
3. 信息存储安全
核心包括5部分：
用户标识与验证：企业NAS存储登录需刷指纹+输密码，双重验证身份
存取权限限制：普通员工仅可读取项目文件，无删除、修改权限
系统安全监控：存储系统开启审计日志，所有文件下载、修改操作均有记录
计算机病毒防治：NAS部署杀毒软件，定期更新病毒库，防范勒索病毒
数据加密：敏感文件存储时自动加密，即使硬盘丢失也无法解密查看
4. 网络安全
常见隐患：机房无防雷设备（物理安全）、系统存在未修复漏洞（软件漏洞）、跨部门安全策略冲突（不兼容漏洞）
常见威胁：黑客窃取用户隐私（信息泄露）、恶意修改电商商品价格（破坏完整性）、DDoS攻击打瘫网站（拒绝服务）、邮件传播病毒（病毒传播）
安全措施目标：访问控制、身份认证、完整性校验、安全审计、数据保密
二、信息安全系统技术体系
从实现维度分为5类技术：
基础安全设备：身份证内的密码芯片用于身份验证；机房电磁屏蔽柜防止设备电磁泄漏被窃听
计算机网络安全：企业内外网边界部署防火墙，禁止外部非法访问内部服务器；员工远程办公通过VPN加密连接内网；上网行为管理设备禁止员工上班访问违规网站
操作系统安全：Windows系统及时安装补丁修复永恒之蓝漏洞；Linux系统关闭无用端口、删除默认账户，降低入侵风险；开启审计日志记录所有
sudo操作数据库安全：MySQL给不同用户分配不同权限，开发人员仅拥有查询权限，DBA才有修改权限；部署推理控制，防止攻击者通过多次查询统计数据反推出单个用户的敏感信息
终端安全：政企使用的传真密码机，发送涉密文件时自动加密，接收方需用对应密码机解密；手机加密短信功能，仅收发双方可查看消息内容
三、信息加解密技术
1. 密码体制组成
一套密码系统由5部分组成：明文空间（原始信息集合）、密文空间（加密后信息集合）、密钥空间（所有密钥集合）、加密算法（明文转密文的规则）、解密算法（密文转明文的规则）。
示例：你寄一封加密信，信的内容是明文，装进加密信封后的内容是密文，开信封的钥匙是密钥，装信封的规则是加密算法，拆信封的规则是解密算法。
2. 对称加密技术
加密、解密使用同一个密钥，加密算法不公开。优点是加密速度快、流程简单；缺点是密钥传输困难、一旦泄露加密失效，仅适合小范围使用。
常见算法：DES（已淘汰）、3DES（过渡方案）、AES（当前主流）、IDEA
示例：你和同事约定同一个AES密钥，你用该密钥加密项目文件发给同事，同事用同一个密钥解密即可查看。
3. 非对称加密技术
使用一对密钥：公钥（可公开给他人）和私钥（自己留存）。公钥加密的内容仅私钥可解密，私钥加密的内容仅公钥可解密。优点是无需传输密钥、安全性高；缺点是加密速度慢，仅适合少量数据加密。
常见算法：RSA（最常用，金融、互联网通用）、DSA（专用于数字签名）、ECC（椭圆曲线加密，比特币、移动支付常用）
示例：你把公钥发给合作方，合作方用你的公钥加密合同发给你，只有你的私钥能解密；你用私钥加密合同摘要，合作方用你的公钥可验证是你本人发送。
4. 数字信封（解决对称密钥传输问题）
结合对称加密（速度快）和非对称加密（密钥传输安全）的优势：发送方先生成临时对称密钥，用该密钥加密大文件，再用接收方的公钥加密这个对称密钥，把「加密后的文件+加密后的对称密钥」一起发送给接收方。接收方先用私钥解密得到对称密钥，再用对称密钥解密文件。
示例：你给客户发10G的设计图纸，直接非对称加密耗时极长，用数字信封方案仅需几分钟即可完成安全传输。
5. 数字签名（解决身份确认、防篡改、防抵赖）
流程：①发送方用Hash算法对原文生成固定长度的信息摘要；②用自身私钥对摘要加密，生成数字签名；③把原文+签名一起发送给接收方；④接收方用相同Hash算法对原文生成新摘要，用发送方公钥解密签名得到原摘要，比对两个摘要一致，则说明原文未被篡改、且确实是发送方发出，发送方无法抵赖。
信息摘要特点：无论原文多长，摘要长度固定；不同原文生成的摘要完全不同；仅能从原文生成摘要，无法从摘要反推原文。
常见摘要算法：MD5（128位输出，已逐渐淘汰）、SHA-1（160位输出，安全性更高）
示例：你给合作方发电子合同，附带数字签名，合作方验证通过后即可确认合同未被修改，且确实是你发送，后续你不能否认发过合同。
6. 公钥基础设施PKI
以非对称加密为基础的安全基础设施，核心包括：
数字证书：CA机构签发的身份凭证，包含版本号、序列号、持有者信息、公钥、CA签名等。类似你的驾照，车管所（CA）给你签发驾照（证书），其他人用车管所的公钥即可验证驾照真实性。
签证机构CA：负责签发、管理、撤销证书，是所有用户信赖的权威机构。比如网站申请HTTPS证书，CA签发后浏览器内置的CA公钥可验证证书有效性，确认网站不是钓鱼网站。
四、访问控制技术
访问控制3要素：主体（主动发起访问的对象，如用户、进程）、客体（被访问的资源，如文件、数据库、打印机）、控制策略（访问规则，如“User1可读取File1”）。
常见4种实现技术：
技术 | 定义 | 示例 |
|---|---|---|
访问控制矩阵 | 矩阵形式存储权限，行为主体、列为客体 | 一个Excel表，行是用户User1/User2/User3，列是文件File1/File2/File3，单元格标注rw（读写）、r（只读）、x（执行）权限 |
访问控制表ACL | 按列存储矩阵，每个客体对应一张权限表，是当前最主流的实现方式 | Windows文件夹属性的「安全」页，列出所有可访问该文件夹的用户及对应权限 |
能力表 | 按行存储矩阵，每个主体对应一张权限表 | Unix系统中，User1的能力表记录其对File1有读写权限、对File3有读写权限 |
授权关系表 | 按行存储单个主体对单个客体的权限，按主体排序等价于能力表，按客体排序等价于ACL | 数据库权限表的一条记录： |
五、信息安全抗攻击技术
1. 密钥选择原则
密钥生成需满足：增大密钥空间、选择强密钥（复杂度高）、保证随机性。
示例：WiFi密码不使用12345678、生日这类弱密码，而是使用Aa@1234!这类包含大小写、数字、特殊字符的随机长密码，大幅提升暴力破解难度。
2. 拒绝服务攻击（DoS/DDoS）与防御
DoS企图通过漏洞让系统资源耗尽、服务中断；DDoS是分布式的DoS，攻击者控制大量「肉鸡」同时发起攻击，隐蔽性、破坏性更强。
防御方法：部署高防CDN清洗攻击流量；防火墙监控端口异常；定期修补系统漏洞，避免设备被控为肉鸡。
示例：某公司官网遭数千台肉鸡攻击，每秒请求量达数百万次，带宽被打满，正常用户无法访问，启用高防CDN后攻击流量被拦截，服务恢复正常。
3. 三大欺骗攻击与防御
攻击类型 | 原理 | 防御/检测方法 | 示例 |
|---|---|---|---|
ARP欺骗 | 攻击者伪造网关MAC地址，让受害者误以为攻击者是网关，所有流量经攻击者中转 | 绑定网关IP与MAC地址；部署ARP防护软件 | 同一WiFi下的黑客伪造网关MAC，窃取你的账号密码 |
DNS欺骗 | 攻击者冒充DNS服务器，返回虚假IP，让用户访问钓鱼网站 | 收到DNS应答后，反向查询IP对应的域名是否与请求一致 | 你访问 |
IP欺骗 | 攻击者伪造可信IP地址（如内网IP）访问目标系统，绕过访问控制 | 防火墙过滤外来但源IP为内网的报文；删除Unix系统的 | 黑客伪造公司内网IP访问内部服务器，获取敏感数据 |
4. 端口扫描
攻击者通过扫描目标端口判断开放的服务、操作系统，为后续攻击做准备。
常见扫描类型：
全TCP连接：完成三次握手，易被日志记录
SYN半开扫描：仅发送SYN请求，不完成握手，隐蔽性强
FIN扫描：发送FIN包，不建立连接，最隐蔽
第三方扫描：借助他人设备扫描，隐藏自身IP
示例：黑客扫描你的服务器，发现开放80端口（Web服务）、3306端口（MySQL数据库），后续针对性攻击这两个服务的漏洞。
5. TCP/IP堆栈加固
针对常见协议漏洞的防御：
SYN Flooding：利用TCP三次握手缺陷，发送大量伪造的SYN请求，不完成第三次握手，占满连接队列导致系统挂起。防御方法：缩短SYN超时时间、启用SYN Cookie机制。
ICMP攻击：利用ICMP包最大64KB的限制，发送超大ICMP包导致系统崩溃（如Ping of Death）。防御方法：防火墙禁用不必要的ICMP包。
SNMP攻击：攻击者获取SNMP共同体字符串后，可修改网络设备配置、切断连接。防御方法：修改默认共同体字符串、限制SNMP访问IP。
6. 系统漏洞扫描
检查系统中可被黑客利用的漏洞，分为两类：
网络漏洞扫描：无需安装Agent，远程扫描主机，部署方便
主机漏洞扫描：需在目标设备安装Agent，扫描精度更高
示例：新系统上线前扫描发现Log4j漏洞，及时安装补丁，避免被黑客利用植入勒索病毒。
六、信息安全保障体系与评估方法
1. 计算机系统安全保护5个等级（GB17859-1999）
从低到高安全能力逐级提升：
等级 | 名称 | 核心特征 | 示例 |
|---|---|---|---|
第一级 | 用户自主保护级 | 自主访问控制，用户对自身数据负责 | 个人家用电脑，自行设置文件访问权限 |
第二级 | 系统审计保护级 | 细粒度自主访问控制+安全审计，操作可追溯 | 小企业OA系统，记录所有登录、修改操作，出问题可追责 |
第三级 | 安全标记保护级 | 引入强制访问控制，数据打安全标签，无权限者无法访问 | 地方政务系统，数据标记为“机密”，即使管理员无权限也无法查看 |
第四级 | 结构化保护级 | 形式化安全策略模型，覆盖所有主体客体，考虑隐蔽通道 | 银行核心交易系统，所有资源均做强制访问控制，防范隐蔽信息泄露 |
第五级 | 访问验证保护级 | 独立访问监控器仲裁所有访问，自身抗篡改，粒度到单个用户 | 军用涉密系统，访问需经过独立硬件模块验证，权限控制最严格 |
2. 安全风险管理
风险评估核心要素：资产（如用户数据、交易系统）、威胁（如黑客攻击、员工误操作）、脆弱性（如弱密码、未打补丁）、风险、安全措施。
评估流程：①识别资产并赋值→②分析威胁发生概率→③识别脆弱性严重程度→④计算安全事件发生可能性→⑤计算资产风险值→⑥制定安全措施，剩余无法消除的风险为残余风险，需持续监控。
示例：企业上云前评估：用户数据资产价值极高，黑客攻击发生概率中等，数据库弱密码脆弱性严重程度高，综合风险值为高，因此制定“修改强密码、部署WAF、定期备份”等措施降低风险。