CISP-安全支撑技术

# 一、密码学基础

# 1.1 基本概念

# 保密通信模型

通信流程：

1. 发送方使用加密密钥将明文转为密文
2. 密文通过公共信道传输
3. 接收方使用解密密钥还原明文
4. 安全关键： 密钥传输的安全性

# 密码系统安全性

科克霍夫准则（Kerckhoffs's Principle）：

• 系统安全性应仅依赖于密钥的保密性，而非算法的保密性
• 算法公开、密钥保密 → 可评估的安全模型

安全性评估要点：

• 即使截获密文，攻击者无法获取明文
• 密钥传输需独立的安全通道
• 典型威胁：中间人攻击获取密钥

# 密码算法分类

# 1.2 密码学发展

# 发展阶段（CSP 4.2 版本三代划分法）

注意： 不同资料可能有不同分期方式，以当前教材为准。

# 古典密码学

典型分类：

实际中常将两种方法结合使用提高安全性。

例题：凯撒密码

• 加密原理：典型的替代密码，字母位移固定量（A→D, T→W, T→W, A→D, C→F, K→N，即 ATTACK → DWWDFN）
• 安全缺陷：字符对应关系固定，易被频率分析破解

例题：恩尼格玛密码

• 机械结构：键盘–转子–灯泡的三部件机电系统
• 核心创新：转子每日变更初始位置，实现变代换
• 加密流程：
  1. 设置转子初始位置（如 AAA）
  2. 每输入字符转子前进 1 位（AAA → AAB）
  3. 通过导线连接输出加密字符
• 历史意义：二战中广泛使用，最终被盟军破解

# 现代密码学

革命性突破： 1976 年 Diffie & Hellman 提出非对称加密（公钥密码学）

• 核心价值：解决密钥分发与管理难题
• 新功能：支持数字签名等

DH 算法原理：

• 数学基础：离散对数问题（P 为大素数，G 为原根）
• 密钥生成过程：
  1. 双方各自选择私钥（如 x=2, y=3）
  2. 计算公钥并交换：$g^x \mod p$、$g^y \mod p$
  3. 各自计算共享密钥：$g^{xy} \mod p$
• 安全本质：离散对数问题的计算不可行性

# 密码系统安全性的三大影响因素

实用安全标准：（满足其一即可视为安全）

• 破译计算量不可实现
• 破译时间超过信息生命周期
• 破译成本超过信息价值

# 1.3 对称密码算法

# 基本概念

• 定义： 加密密钥和解密密钥相同或实质上等同的算法
• 优点： 加密效率高（相比非对称加密快约 100 倍）
• 缺点：
  • 密钥交换存在安全隐患
  • 密钥管理复杂度随用户数量呈指数增长（$n$ 个用户需 $\frac{n(n-1)}{2}$ 个密钥）

# 分组密码工作模式

对称分组密码需配合工作模式使用，CISP 常考以下模式：

考试重点： CBC 是最常用的工作模式，ECB 安全性最弱应避免使用。

# DES 算法

# 3DES（三重 DES）

• 本质：对 DES 进行三次加密（加密–解密–加密，即 EDE）
• 有效密钥长度：112 位或 168 位
• 缺点：效率低（DES 的三倍时间），现已被 AES 取代

# AES 算法

# SM4 算法（国产）

CISP 考点： SM4 是我国商用密码标准，需与非对称算法 SM2、哈希算法 SM3 区分记忆。

# 1.4 非对称密码算法

# 基本概念

• 别名： 公钥密码算法
• 核心特征： 加密密钥和解密密钥不同
  • 公钥： 公开的加密密钥（可公开传播）
  • 私钥： 保密的解密密钥（永不传输，保存在本地设备）
• 加密规则： 公钥加密需私钥解密，私钥加密需公钥解密

安全本质： 无法从公钥反向推导私钥（基于数学难题）。

# 对称 vs 非对称算法对比

# RSA 算法

# SM2 算法（国产）

CISP 考点： SM2 基于 ECC，密钥短、性能高；RSA 基于大数分解，密钥长、计算慢。两者数学基础不同，SM2 是 ECC 的中国标准实现。

# 1.5 数字信封

# 基本原理

• 思想： 结合对称加密的高效性和非对称加密的安全性
• 为什么需要数字信封？ 对称加密快但密钥分发难，非对称加密安全但效率低 → 两者取长补短

实现步骤：

1. Alice 用对称密钥 K1 加密明文（高效处理大数据）
2. 用 Bob 的公钥 K2 加密对称密钥 K1
3. 将两个密文传输给 Bob
4. Bob 先用私钥解密获得 K1，再用 K1 解密密文

安全机制：

• 双重加密保障：对称加密保护数据，非对称加密保护密钥
• 截获者无法解密：缺少 Bob 私钥无法获取 K1

关键理解： 数字信封解决的是 "如何安全地传输对称密钥" 的问题。

# 1.6 哈希函数

# 定义与核心作用

• 定义： 将任意长度数据映射为定长摘要的函数
• 核心作用： 数据完整性检查，防止传输过程中被截断、篡改或追加内容

# 数学特性

# 典型应用

1. 发送方计算数据哈希值，随数据发送
2. 接收方重新计算并比对哈希值
3. 不一致 → 数据被篡改

重要提醒：

• ⚠️ 不保证机密性（传输的是明文 + 哈希值）
• 哈希值长度决定安全性（SHA-256 比 MD5 更安全）

# SM3 算法（国产）

# 1.7 消息认证码（MAC）

# 基本概念

• 别称： 消息鉴别码（Message Authentication Code）
• 核心机制： 结合密钥生成固定长度数据块附加在消息后

# 双重作用

# 实现方式

• 将明文与时间戳 / 序列号组合后做哈希运算
• 典型算法：
  • CBC-MAC： 基于分组密码
  • HMAC： 基于哈希函数（更常用）

# 应用场景

• 防止攻击者复制并重复发送捕获的数据包
• 接收方通过时间戳 / 序列号识别过期或重复消息

区别： MAC ≠ 哈希。MAC 有密钥参与，哈希无密钥；MAC 可同时验证完整性和消息源。

# 1.8 数字签名

# 实现步骤

1. 发送方用哈希算法生成数据摘要
2. 用私钥加密摘要形成签名
3. 发送原始数据 + 签名
4. 接收方用公钥解密签名获得摘要
5. 比对接收方自算摘要与解密摘要

# 三大特性

# 关键区别

典型误区：

• ⚠️ 数字签名不保证机密性（仍传输明文）
• ⚠️ 私钥加密的是哈希值（摘要），而非原始数据

# 1.9 公钥基础设施 PKI

# 定义

• 组成要素： 硬件、软件、人员、策略和规程的集合
• 核心功能： 实现基于公钥密码体制的密钥和证书的产生、管理、存储、分发和撤销
• 历史背景： 美国政府曾限制非对称加密算法使用（如 RSA），后妥协采用数字证书方案

# PKI 架构

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                    PKI                           │
│  ┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌─────────────┐ │
│  │    CA    │ ←→│    RA    │ ←→│ 终端实体     │ │
│  │ 认证权威  │   │ 注册权威  │   │ (人/设备等)  │ │
│  └────┬─────┘   └──────────┘   └─────────────┘ │
│       │                                          │
│  ┌────▼─────┐                                   │
│  │ 目录服务   │  证书数据库                        │
│  └──────────┘                                   │
└─────────────────────────────────────────────────┘

信任链机制：

• 关键点：所有实体必须信任根 CA（RCA）
• 现实类比：如同身份证最终由公安部背书

# 数字证书

• 标准规范： 遵循 X.509 国际标准格式
• 核心内容：
  • 拥有者的身份信息
  • 对应的公开密钥
• ⚠️ 特别注意：证书不包含私钥

# PKI 体系工作流程

1. 证书申请： 用户向 RA 提交身份信息和证书请求
2. 审核验证： RA 审核通过后将请求转发给 CA
3. 证书签发： CA 生成包含用户公钥的数字证书
4. 证书发布： CA 将证书发布到目录服务供查询
5. 证书使用： 应用程序通过验证证书有效性实现安全通信

# 1.10 身份鉴别基础

# 标识与鉴别

鉴别的作用：

• 访问控制的前提条件
• 提供审计追踪依据
• 实现数据源认证

# 鉴别系统构成

# 鉴别类型

# 二、认证技术

# 2.1 身份鉴别方式

# 三种鉴别方式

# 多因素认证

⚠️ 重要： 同类多验证仍属单因素（如同时使用密码 + PIN 码，仍属 "所知" 这一类）。

例题： 仅服务器要求客户端提供凭证，无反向验证 → 单向鉴别

• 易错点：容易忽略 "双向" 需包含交互验证过程

# 2.2 基于实体所知的鉴别

# 基本特点

# 安全威胁与防护

# 暴力破解防护

系统级防护：

• 账户锁定策略（如连续 5 次错误锁定 30 分钟）
• 随机验证码机制（图形 / 滑块 / 图像识别验证）

用户级防护：

• 密码构造技巧： 使用诗句首字母 + 大小写变换 + 平台标识
  • 例："锄禾日当午" → CHRDw@jd
• 记忆方法： 建立可扩展的密码派生规则（不同平台添加不同后缀）

# 木马窃取防护

输入保护技术：

• 安全输入控件（防止内存读取）
• 动态软键盘（对抗击键记录）
• 随机字符排列（防止屏幕截图重现）

攻击原理： 木马通过监听 password / username 等字段名触发记录。

# 密码嗅探防护

# 挑战应答机制

工作流程：

1. 服务端发送随机挑战数
2. 客户端组合 "用户名 + 密码 + 随机数" 计算哈希
3. 服务端验证哈希匹配性

安全特性：

• 防止明文传输（始终传输哈希值）
• 防止重放攻击（每次随机数不同）
• 典型应用：早期 PPPoE 拨号认证系统

# 2.3 基于实体所有的鉴别

# IC 卡类型

特点：

• 优势：难以复制（特别是 CPU 卡），安全性高
• 缺点：存在物理损坏风险（弯折 / 老化），丢失后无法通过认证

# 2.4 基于实体特征的鉴别

# 常见生物识别技术

# 面部识别技术演进

# 鉴别系统有效性评价指标

实际应用：

• 安全权衡： 厂商需在安全性和用户体验间平衡
• 漏洞案例： 华为手机曾出现拼接指纹通过验证（前半部分右手食指 + 后半部分左手食指）

# 2.5 Kerberos 协议

# 开发背景

• 1985 年由美国麻省理工学院（MIT） 开发
• 用于通信实体间的身份认证
• 1994 年 V5 版本作为 Internet 标准草案公布
• 微软 Windows NT 域采用该协议进行登录验证

# 协议特点

• 基于对称密码算法为用户提供安全的单点登录服务
• 包含可信第三方认证服务
• 名称由来： 希腊神话中看守地狱入口的三头犬 "Kerberos"，象征守护身份验证入口

# 核心优势

1. 避免本地保存密码及会话中传输密码
2. 实现客户端和服务器的双向认证

# 体系架构

# 认证过程（三次通信）

第一阶段                 第二阶段                 第三阶段
┌─────┐                ┌─────┐                ┌─────┐
│客户端│──①请求──→│ AS  │                │客户端│──③请求──→│ TGS │
│     │←──②TGT───│     │                │     │←──④SGT──│     │
└─────┘                └─────┘                └─────┘
                                                │
                                              ⑤请求
                                                │
                                                ▼
                                            ┌──────┐
                                            │ 应用  │
                                            │ 服务器 │
                                            └──────┘
                                                │
                                              ⑥服务
                                                │
                                                ▼
                                            ┌─────┐
                                            │客户端│
                                            └─────┘

跨域认证： 当客户端和服务处于不同域时，过程会更复杂，但基础原理相同。

# 安全机制

• 全程避免明文传输密码
• 通过时间戳防止重放攻击
• 票据具有有效期限

# 2.6 单点登录（SSO）

# 核心概念

安全优势：

• 减轻安全维护工作量
• 减少认证错误
• 提高操作效率
• 提供统一可靠的身份验证

实现方式：

• 通过第三方认证中心（如 Kerberos 中的 KDC）集中管理身份信息
• 用户只需向认证中心提交一次凭证，即可获得访问多个系统的权限

# 2.7 AAA 服务（认证、授权、计费）

# 基本概念

3A 服务组成： 认证（Authentication）、授权（Authorization）、计费（Accounting）三个英文首字母均为 A，故称 3A 服务。

# 主要协议对比

CISP 考点： RADIUS vs TACACS+ 的对比是常考内容。核心区别：RADIUS 基于 UDP、仅加密密码；TACACS+ 基于 TCP、全数据加密、思科私有。

# 三、访问控制技术

# 3.1 基本概念

# 核心定义

在保证系统资源最大共享前提下，对用户访问权限进行管理，防止信息被非授权篡改和滥用。

# 三大作用

1. 合法访问保障： 确保用户在安全策略范围内正常工作
2. 非法访问拦截： 拒绝非法用户的非授权访问请求
3. 越权操作防范： 阻止合法用户的越权服务请求

本质： 对通过身份认证的合法用户进行行为约束，限制其系统操作权限。

# 访问控制模型四要素

考试重点： 需掌握模型中四个组成要素的具体含义及其相互关系。

# 三种访问控制模型

记忆要点： 考试需要准确记忆三种模型的英文缩写对应关系。

# 3.2 自主访问控制模型（DAC）

# 核心机制

客体的创建者（属主） 决定该客体的访问权限。

# 两种实现方式

理解：ACL 站在文件角度 "谁能访问这个文件"；能力表站在用户角度 "我能访问哪些文件"。

# 3.3 强制访问控制模型（MAC）

# 核心机制

主体和客体都有固定安全属性，系统根据属性决定访问权限。

# BLP 模型（Bell-LaPadula）

安全级组成：

• 密级： 绝密 > 机密 > 秘密 > 公开
• 范畴： 军事、外交、商务等

安全策略（两个核心规则）：

本质： "不上读，不下写"—— 防止高密级信息流向低密级。

# Biba 模型

完整级：

• 安全级：极为重要 > 非常重要 > 重要等
• 范畴：军事、外交、商务等

安全策略：

本质： "向上读，向下写"—— 与 BLP 方向相反，保护数据不被低完整性来源污染。

# Clark-Wilson 模型

# Chinese Wall 模型

示例：

• 银行 COI 类：银行 a、银行 b、银行 c → 顾问如为银行 a 服务，则不能再为银行 b、c 服务
• 石油公司 COI 类：公司 W、公司 X、公司 U、公司 V

# 3.4 基于角色的访问控制模型（RBAC）

# 核心机制

• 系统内置多个角色
• 权限与角色关联
• 用户需成为角色才能获得权限
• 用户必须激活角色才能执行操作

# RBAC 模型四种类型

CISP 考点： 理解 RBAC 的核心是 "用户 ↔ 角色 ↔ 权限" 的间接关联关系。

# 3.5 特权管理基础设施（PMI）

# 功能

• 系统定义和描述权限管理
• 建立用户身份到应用授权的映射
• 支持访问控制等应用
• 基础： 建立在 PKI 提供的身份认证服务基础上
• 授权模式： 基于属性证书

# PKI vs PMI 对比

# 附录：知识小结