計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，也存在很多安全隱患，比如信息偽造，病毒入侵，端點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)，SQL 注入等，給我們?nèi)粘Ｉ钤斐珊車?yán)重的影響。

那么這篇文章我就跟大家聊聊常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)安全隱患，只作為科普，不能作為網(wǎng)安系列文章。

網(wǎng)絡(luò)安全性威脅的種類

在網(wǎng)絡(luò)通信中可能會(huì)受到各種各樣的潛在的安全性威脅，這些威脅總的來(lái)講可以大致分為下面幾類：

• 截獲(interception)：攻擊者從網(wǎng)絡(luò)上竊聽(tīng)他人的通信內(nèi)容。

• 中斷(interruption)：攻擊者會(huì)強(qiáng)制中斷其他人在網(wǎng)絡(luò)上的通信。

• 篡改(modification)：攻擊者會(huì)修改他人在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出的報(bào)文。

• 偽造(fabrication)：攻擊者會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出偽造信息產(chǎn)生誤導(dǎo)。

在上面四種網(wǎng)絡(luò)安全類型中，截獲是屬于被動(dòng)攻擊的，因?yàn)榻孬@主要為了竊聽(tīng)信息，它并沒(méi)有攻擊行為；而中斷、篡改和偽造都是主動(dòng)攻擊，他們會(huì)產(chǎn)生攻擊行為。

這里先來(lái)認(rèn)識(shí)一個(gè)新的概念叫 PDU ，PDU 的官方解釋是協(xié)議數(shù)據(jù)單元，但是它其實(shí)指的就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這幾層模型里面所描述的數(shù)據(jù)單元，比如應(yīng)用層交換的就是應(yīng)用數(shù)據(jù)，TCP 層的 PDU 交換的就是段。

在被動(dòng)攻擊中，攻擊者只是觀察和分析 PDU ，并沒(méi)有對(duì)通信內(nèi)容造成干擾。通過(guò)觀察和分析 PDU，進(jìn)而了解通信雙方的通信類型，通信雙方的地址和身份，這種被動(dòng)攻擊又叫做流量分析（traffic analysis）。

主動(dòng)攻擊是指攻擊者對(duì)通信內(nèi)容中的 PDU 進(jìn)行各種處理。比如有選擇的更改、替換 PDU 中的記錄，甚至還可以偽造 PDU ，記錄之前截獲的 PDU ，在其他連接中釋放此 PDU ，造成通信干擾和破壞。

主動(dòng)攻擊還可以細(xì)分為下面三種類型：

• 更改報(bào)文信息：這個(gè)就是我上面說(shuō)到的替換修改甚至偽造報(bào)文信息，對(duì) PDU 的真實(shí)性和完整性進(jìn)行攻擊。

• 拒絕服務(wù)：攻擊者會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送大量的分組，使得目標(biāo)服務(wù)無(wú)法處理大量的分組信息，使得目標(biāo)服務(wù)器無(wú)法提供正常有效的服務(wù)，這種攻擊又叫做拒絕服務(wù) Dos(Denial of Service)，還有一種由成千上萬(wàn)個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)一起對(duì)目標(biāo)服務(wù)器發(fā)起攻擊的方式，叫做分布式拒絕服務(wù) DDos(Distributed Denial of Service)。

• 連接偽造：攻擊者試圖使用之前記錄下來(lái)的信息和身份進(jìn)行偽造發(fā)起連接請(qǐng)求。

那么我們?cè)撊绾沃烙?jì)算機(jī)被攻擊了呢？

對(duì)于被動(dòng)攻擊，通常是無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的，對(duì)于主動(dòng)攻擊，我們通常會(huì)以下面這幾個(gè)大前提進(jìn)行防范：

• 防止析出報(bào)文內(nèi)容

• 防止流量分析

• 檢測(cè)更改報(bào)文內(nèi)容

• 檢測(cè) DDos

• 檢測(cè)偽造初始化連接

對(duì)于被動(dòng)攻擊，可以采用各種數(shù)據(jù)的加密技術(shù)；對(duì)于主動(dòng)攻擊，可以采用防范措施與加密技術(shù)結(jié)合防范。

還有一種威脅比較大的是惡意程序，會(huì)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)造成比較大的影響，據(jù)史料記載，互聯(lián)網(wǎng)編年體到現(xiàn)在出現(xiàn)比較大規(guī)模影響的病毒有：計(jì)算機(jī)病毒、計(jì)算機(jī)蠕蟲(chóng)、特洛伊木馬、邏輯炸彈、勒索軟件等。

數(shù)據(jù)加密的模型

由于通信存在不安全性，所以出現(xiàn)了加密技術(shù)，使用加密技術(shù)對(duì)報(bào)文進(jìn)行加密后，再傳到目標(biāo)服務(wù)器后再進(jìn)行解密，一般的加密和解密模型如下圖所示：

上圖所示的加密密鑰和解密密鑰所使用的密鑰 K 通常是一串字符串，一般來(lái)說(shuō)會(huì)有下面這種公式

Y = Ek（X）

通過(guò)加密算法使用加密密鑰對(duì)明文 X 進(jìn)行加密。

解密算法是加密算法的逆運(yùn)算，再進(jìn)行解密時(shí)如果不使用事先約定好的密鑰 K 就無(wú)法完成解密工作。

Dk（Y） = Dk（Ek（x）） = X

這里我們假設(shè)了加密密鑰和解密密鑰是相同的，但真實(shí)情況未必一定是相同的，只不過(guò)加密密鑰和解密密鑰存在著某種關(guān)聯(lián)性，這個(gè)密鑰通常由密鑰中心提供。當(dāng)密鑰進(jìn)行傳輸時(shí)，一定要經(jīng)過(guò)安全信道，否則會(huì)有安全風(fēng)險(xiǎn)。

這里延伸出來(lái)了兩個(gè)新的概念，密碼編碼學(xué)(cryptography)和密碼分析學(xué)(cryptanalysis)。密碼編碼學(xué)著重對(duì)密碼進(jìn)行設(shè)計(jì)的學(xué)科，密碼分析學(xué)著重對(duì)報(bào)文進(jìn)行分析，提煉出加密所使用明文或者密鑰的學(xué)科。這兩個(gè)學(xué)科合起來(lái)就是密碼學(xué)。其實(shí)密碼學(xué)歸根結(jié)底就是做好加密和解密的這個(gè)過(guò)程。

對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密

從很早以前人類就有了對(duì)通話內(nèi)容進(jìn)行加密的思想，進(jìn)入 20 世紀(jì)以來(lái)，隨著電子信息、線性代數(shù)以及計(jì)算復(fù)雜性理論等學(xué)科的研究深入，密碼學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，一共出現(xiàn)了兩種密碼機(jī)制：對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密。

對(duì)稱加密

所謂的對(duì)稱加密，起歸根結(jié)底在于加密和解密的密鑰是相同的。

數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES(Data Encryption Standard)就是一種對(duì)稱加密的標(biāo)準(zhǔn)，DES 可以說(shuō)是用途最廣泛的對(duì)稱加密算法。

DES 是一種分組密碼，在加密前首先先對(duì)整個(gè)報(bào)文進(jìn)行分組，每一組都是 64 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。然后對(duì)每一個(gè) 64 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，產(chǎn)生一組 64 位的密文數(shù)據(jù)，最后將各組密文串起來(lái)，就是整個(gè)加密密文。使用的密鑰是 64 位（實(shí)際使用 56 位，最后 8 位于奇偶校驗(yàn)）。

在 DES 分組加密機(jī)制中，進(jìn)行保密的只是加密密鑰，而加密算法是公開(kāi)的。

不過(guò) DES 的這種加密機(jī)制是存在弊端的：由于 DES 會(huì)把報(bào)文拆開(kāi)成為一組一組的 64 位數(shù)據(jù)，64 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)有 56 位可用，所以數(shù)據(jù)總量是 2 ^ 56 次方，它的密碼生命周期非常段，這個(gè)數(shù)據(jù)總量在現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)世界非常容易被破解！在 1999 年當(dāng)時(shí)價(jià)值 100 萬(wàn)和 1000 萬(wàn)美元的超級(jí)計(jì)算機(jī)暴力破解 DES 的密碼分別用了 3.5 小時(shí)和 21 分鐘。

在 DES 之后出現(xiàn)了IDEA(International Data Encryption Algorithm)算法，IDEA 使用的是 128 位密鑰進(jìn)行加密，這個(gè)長(zhǎng)度很難被破解了。

非對(duì)稱加密

非對(duì)稱加密其實(shí)還有一個(gè)叫法是公鑰密碼加密，非對(duì)稱加密使用的是不同的加密密鑰和解密密鑰。

非對(duì)稱加密出現(xiàn)的原因大概是基于兩個(gè)方面：一是由于對(duì)稱加密的密鑰分配問(wèn)題，二是由于對(duì)數(shù)字簽名的要求。在對(duì)稱加密中，加密解密雙方用的是同一種密鑰，這是如何做到的呢？一種是事先約定，另外一種是使用互聯(lián)網(wǎng)信使來(lái)傳送。在大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)中，用信使來(lái)傳輸密鑰顯然是不太合適的，但是如果采用事先約定的方式，那么對(duì)于后續(xù)的更新和迭代來(lái)說(shuō)又比較困難。還有一種方式是使用安全系數(shù)比較高的密鑰分配中心（Key Distribution Center），也會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的成本增加。

同時(shí)，一些需要對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行保密的機(jī)構(gòu)越來(lái)越需要數(shù)字簽名，根據(jù)數(shù)字簽名，對(duì)方才知道某項(xiàng)內(nèi)容是由特定的人或者公司產(chǎn)生的。根據(jù)這兩項(xiàng)原因?qū)е铝朔菍?duì)稱加密的出現(xiàn)。

非對(duì)稱加密主要的算法有三種：RSA、DSA、ECDSA，目前使用最廣泛、最普遍的非對(duì)稱加密算法就是 RSA。RSA 采用的是數(shù)論中的大數(shù)分解方式。

非對(duì)稱加密的特點(diǎn)是這樣的：

某些能夠生產(chǎn)公鑰和私鑰的密鑰生成器會(huì)生產(chǎn)出一對(duì)公鑰和私鑰給接受者 B ：即加密密鑰 PKB 和 解密密鑰 SKB。發(fā)送者所使用的加密密鑰也是 PKB，這個(gè)密鑰是公開(kāi)的，而接受者的解密密鑰 SKB 是非公開(kāi)的，接受者 B 特有的。

發(fā)送者利用接受者的密鑰 PKB 通過(guò)加密算法 E 對(duì)密鑰進(jìn)行加密，得出了密文 Y 再發(fā)送給接受者 B：

Y = E（PKB（X））

接受者 B 用自己的私鑰通過(guò)解密算法 D 對(duì)密文 Y 進(jìn)行解密，得出密文 X ：

D（SKB（Y））= D（SKB）（ E（PKB（X））） = X

下圖是這個(gè)加密解密過(guò)程：

這里需要注意一點(diǎn)的是，任何加密方法的安全性都取決于密鑰的長(zhǎng)度，以及攻破密文所需要的計(jì)算量，而不是簡(jiǎn)單的取決于加密本身。

數(shù)字簽名

我們?cè)谌粘?xiě)信、上交某些材料的時(shí)候都需要親筆簽名或者使用手印、印章的方式來(lái)驗(yàn)證真實(shí)性，那么在互聯(lián)網(wǎng)中如何驗(yàn)證其真實(shí)性呢？在網(wǎng)絡(luò)通信中，使用數(shù)字簽名的方式來(lái)驗(yàn)證，數(shù)字簽名必須實(shí)現(xiàn)下面三點(diǎn)功能：

1. 接受者能夠核實(shí)發(fā)送者對(duì)報(bào)文的簽名，確定報(bào)文是由發(fā)送者發(fā)出的，別人無(wú)法進(jìn)行偽造，這叫做報(bào)文鑒別。

2. 接受者確信所收到數(shù)據(jù)和發(fā)送者發(fā)送的數(shù)據(jù)是一致的，沒(méi)有被篡改過(guò)，這叫做報(bào)文完整性。

3. 發(fā)送者事后不能抵賴自己發(fā)送的報(bào)文，這叫做不可否認(rèn)。

下面來(lái)討論一下數(shù)字簽名的鑒別過(guò)程：

首先，發(fā)送者 A 用自己的私鑰 SKA 對(duì)報(bào)文 A 經(jīng)過(guò)算法 D 后得出密文 D（SKA（X）），算法 D 不是解密運(yùn)算，它只是一個(gè)能得到不可讀的密文的算法。A 把經(jīng)過(guò)算法 D 運(yùn)算后得出來(lái)的密文傳給 B，B 對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)簽。B 會(huì)用 A 的公鑰進(jìn)行 E 運(yùn)算，還原出報(bào)文 X 。

這里需要注意一點(diǎn)：任何人用 A 的公鑰 PKA 進(jìn)行 E 運(yùn)算后都會(huì)得出 A 發(fā)送的明文 X ，所以下圖中的 D 和 E 算法并不是加密解密算法。

除了 A 之外沒(méi)有人持有 A 的私鑰 SKA ，所以除 A 外沒(méi)有人能產(chǎn)生密文 D（SKA（X））。這樣，B 就相信報(bào)文 X 是簽名 A 發(fā)送的，這就叫做報(bào)文鑒別。如果其他人篡改過(guò)報(bào)文，但是卻無(wú)法使用私鑰 A 的簽名 SKA，那么 B 使用公鑰解密后就知道報(bào)文被篡改過(guò)，這樣就保證了報(bào)文的完整性。如果 A 想要抵賴自己層發(fā)給過(guò)報(bào)文 B ，那么 B 就可以把 X 以及密文 D（SKA（X））拿給公證的第三者，很容易證明。這就是不可否認(rèn)。

但是上述過(guò)程僅僅對(duì)報(bào)文進(jìn)行了簽名，卻并沒(méi)有對(duì)報(bào)文本身進(jìn)行任何加密操作，如果傳輸?shù)倪^(guò)程中被攻擊者截獲到了 D（SKA（X））并且知道發(fā)送者身份的人，就可以通過(guò)查閱相關(guān)手冊(cè)知道 A 的公鑰，從而得知 A 的明文，這顯然是不安全的，如何解決呢？

需要使用上面的非對(duì)稱加密算法再對(duì)明文 X 進(jìn)行加密一波，示意圖如下。

示意圖畫(huà)出來(lái)，估計(jì)大家也好理解，無(wú)非就是增加了一步用 B 的公鑰加密，在用 B 的私鑰解密的過(guò)程。