31.计算机安全
基本定义
计算机安全，看成是保护系统和数据的保密性secrecy，完整性integrity 和可用性availability
保密性
保密性”是只有有权限的人，才能读取计算机系统和数据
例子：黑客泄露别人的信用卡信息，就是攻击保密性
完整性
有权限的人才能使用和修改系统和数据
例子：黑客知道你的邮箱密码，假冒你发邮件就是攻击”完整性”
可用性
有权限的人应该随时可以访问系统和数据
例子：拒绝服务攻击(DDOS) 就是黑客发大量的假请求到服务器，让网站很慢或者挂掉
威胁模型分析
了实现这三个目标，安全专家会从抽象层面想象”敌人”可能是谁
模型会对攻击者有个大致描述：能力如何，目标可能是什么，可能用什么手段（攻击矢量 attack vector）
“威胁模型分析”让你能为特定情境做准备，不被可能的攻击手段数量所淹没因为手段实在有太多种了
安全问题分类
你是谁authentication
身份认证有三种
对于重要账户，安全专家建议用两种或两种以上的认证方式
你知道什么
你有什么
你是什么
把特征展示给计算机进行验证，不确定性，无法重设
生物识别验证器：指纹识别器和虹膜扫描仪
你能访问什么Access Control
一旦系统知道你是谁，它需要知道你能访问什么，<br />这可以通过"**权限**"或"**访问控制列表**"（ACL）来实现，其中描述了用户对每个文件，文件夹和程序的访问权限
- “读”权限允许用户查看文件内容，
- “写”权限允许用户修改内容，
- “执行”权限允许用户运行文件，比如程序
有些组织需要不同层级的权限，”访问控制列表”的正确配置非常重要，以确保保密性，完整性和可用性
美国国防部”多层安全政策”Bell LaPadula model
假设我们有三个访问级别：公开，机密，顶级机密
规则：
- 用户不能”读上”, 不能读等级更高的信息
- 用户不能”写下”
确保了”顶级机密” 不会意外泄露到”机密”文件或”公共”文件里
还有许多其他的访问控制模型 - 比如”中国墙”模型和”比伯”模型
中国墙模型和比伯模型
RBAC模型
总结
“身份验证”和”访问控制”帮助计算机知道”你是谁”，以及”你可以访问什么”
还有一个条件！做这些事情的软硬件必须是可信的！！
如果攻击者给计算机装了恶意软件，控制了计算机的操作系统，无法保证程序或计算机系统的安全
系统级安全的圣杯之一是”安全内核”或”可信计算基础”：一组尽可能少的操作系统软件
独立安全检查和质量验证
让一群安全行业内的软件开发者来审计代码
应该计划当程序被攻破后，如何限制损害，控制损害的最大程度
隔离 Isolation
操作系统会把程序放到沙盒里，方法是给每个程序独有的内存块，其他程序不能动
一台计算机可以运行多个虚拟机，虚拟机模拟计算机，每个虚拟机都在自己的沙箱里
如果一个程序出错，最糟糕的情况是它自己崩溃，或者搞坏它处于的虚拟机，计算机上其他虚拟机是隔离的，不受影响
沙盒 Sandbox
To achieve isolation, we can “sandbox” applications.
要实现隔离，我们可以”沙盒”程序
32.黑客和攻击
黑客入侵最常见的方式:不是通过技术，而是欺骗别人,不是通过技术，而是欺骗别人
- 最常见的攻击是网络钓鱼:银行发邮件叫你点邮件里的
- 链接，登陆账号
- 假托(Pretexting)，攻击者给某个公司打电话,修改电脑配置,让他们泄露机密信息，比如密码或网络配置
- 邮件里带”木马”也是常见手段
- 暴力尝试密码
- 攻破方法叫 “NAND镜像”
- 往内存上接几根线,复制内存,暴力尝试密码
- 攻击系统漏洞
- 缓冲区溢出,具备修改内存的能力,解决办法:边界检查
- 代码注入-sql注入 解决思路:检查参数特殊字符之类
- 保持系统更新(不保持)
- DDoS拒绝服务攻击,阻塞服务器
33.加密
定义
多层防御
世上不存在100%安全的系统，总会有漏洞存在，而且安全专家知道这一点，所以系统架构师会部署”多层防御”加密解密
为了加密信息，要用加密算法(Cipher) 把明文转为密文，除非你知道如何解密，不然密文看起来只是一堆乱码
把明文转成密文叫”加密”(encryption)
把密文恢复回明文叫”解密”(decryption)加密算法（共同保存密钥）
替换加密 Substitution cipher
凯撒加密 Caesar cipher
信件中的字母 向前移动三个位置
为了解密，接收者要知道：1. 用了什么算法 2. 要偏移的字母位数
缺点：E在英语中是最常见的字母，如果把E加密成X，那么密文中 X 的出现频率会很高
熟练的密码破译师可以从统计数据中发现规律，进而破译密码移位加密 Permutation cipher
列移位加密
Columnar transposition cipher
我们把明文填入网格，网格大小我们这里选择 5x5，为了加密信息，我们换个顺序来读，比如从左边开始，从下往上，一次一列。加密后字母的排列不同了，解密的关键是，知道读取方向和网格大小是5x5
德国 Enigma 加密机
到了1900年代，人们用密码学做了加密机器
多次字母替换映射，电路是双向（加密和解密的步骤是一样）的
升级功能：每输入一个字母，转子会转一格，有点像汽车里程表，nazi每天要同步加密方和解密方的配置表
DES
早期加密算法中，应用最广泛的是 IBM 和 NSA 于1977年开发的”数据加密标准”,DES最初用的是56 bit长度的二进制密钥，意味着有2的56次方，或大约72千万亿个不同密钥
04:54 1977年”数据加密标准” - Data Encryption Standard (DES)
AES
Advanced Encryption Standard
由于计算机计算能力增强，原先的DES很容易被破解
因此 2001 年出了：高级加密标准（AES），AES 用更长的密钥 - 128位/192位/256位 - 让暴力破解更加困难
AES将数据切成一块一块，每块16个字节，然后用密钥进行一系列替换加密和移位加密，再加上一些其他操作，进一步加密信息，每一块数据，会重复这个过程10次或以上
为什么只重复10次？不是20次？为什么用128位密钥，而不是10000位？
这其实是基于性能的权衡，AES 在性能和安全性间取得平衡
- 如今AES被广泛使用，比如iPhone上加密文件
- 用 WPA2 协议在 WiFi 中访问 HTTPS 网站
小结
上面的算法共同点：加密技术依赖于发送者和接收者都知道密钥
下面讨论一下 密钥交换加密算法（交换密钥）
密钥交换是一种不发送密钥 Key exchange，但依然让两台计算机在密钥上达成共识的算法
我们可以用”单向函数“来做
单项函数是一种数学操作，很容易算出结果，但想从结果逆向推算出输入非常困难
举两个简单的例子颜色混合
首先，有一个公开的颜色，所有人都可以看到
为了交换密钥，我把我的 秘密颜色A 和 公开颜色P 混在一起，然后发给约翰
约翰也这样做，把他的秘密颜色B和公开颜色P混在一起，然后发我
我收到约翰的颜色之后，把我的秘密颜色加进去->最终APB
约翰一样的操作->最终BPA
结果：我们有了一样的颜色，说明是安全的迪菲-赫尔曼密钥交换
Diffie-Hellman Key Exchange
单向函数是模幂运算
模幂运算
先做幂运算，拿一个数字A当底数，拿一个数字B当指数，然后除以第三个数字C，最后拿到我们想要的余数D
举例：
双方基于共同的A比如10086,共同的余数886进行加密
甲选取密钥x，计算出B的X次方模M t1
乙选取密钥y，计算出B的Y次方模M t2
甲将t2用x进行横幂运算=B的XY次方 模M
乙将t1用y进行横幂运算=B的XY次方 模M
相等就说明，双方是安全的
用密钥的话，结果就是好算的，根据中间参数t1，t2去反推x，y是很难的！加密算法（非对称加密）
凯撒加密，英格玛，AES 都是”对称加密”
双方用一样的密钥加密和解密消息，这叫”对称加密”, 因为密钥一样
还有”非对称加密”，有两个不同的密钥，一个是公开的，另一个是私有的
人们用公钥加密消息，只有有私钥的人能解密
反过来也是可以的：私钥加密后 用公钥解密
这种做法用于签名，服务器可以用私钥加密，任何人都可以用服务器的公钥解密
就像一个不可伪造的签名，因为只有私钥的持有人能加密，这能证明数据来自正确的服务器或个人，而不是某个假冒者
使用案例：当你访问一个安全的网站，比如银行官网，绿色锁图标代表 用了公钥密码学
非对称加密算法 RSA
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