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信息安全技术
302教研室 王鲁
电子技术学院
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信息安全技术体系
应用安全技术
网络计算环境安全
安全互联与接入控制
信息安全支撑技术
信息安全支撑技术是基础。
一方面，通过加密和认证直接保护信息的机密
性、完整性和不可否认性等安全特性；
另一方面，提供对安全互联与接入、计算环境
安全和应用安全技术的支持。
信息保密技术
信息认证技术
授权管理与访问控制技术
安全管理技术
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第二部分 信息安全支撑技术
第 2 章
信息保密技术
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第2章 信息保密技术
信息保密技术是研究对信息进行变换，
以防止第三方对信息进行窃取、破坏其机
密性的技术。
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安全服务
安 全 机 制
加密
数字
签名
访问
控制
数据完
整性
鉴别
交换
业务流
填充
路由
控制
公证
认证服务 Y Y - - Y - - -
访问控制服务 - - Y - - - - -
机密性服务 Y - - - - Y Y -
完整性服务 Y Y - Y - - - -
抗抵赖服务 - Y - Y - - - Y
通过加密机制提供机密性
利用数据填充阻止
通过数据项大小所
表示的信息被理解
利用路由控制防止由传输数据项表
示的信息被泄露，只有可信和安全
设施才能路由数据
信息隐藏技术
安全机制
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如何应用加密机制提供机
密性服务，实现对信息的机密
性进行保护 ？
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作业
-3
-6
3.查阅资料学习EFS,熟悉
操作,结合本章内容分析
说明基本工作原理。
EFS(Encrypting File System)
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例
1. 10MB数据
2. B授权读
3. A有B的公钥（RSA）
4. 规定算法RSA、SSF33
加密机制涉及哪些原理？
加密（encryption）将报文进行编码，
以模糊其含义的过程。
p78-6
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第2章 信息保密技术
选择一种密码体制、确定相应算法
加密机制的应用涉及的第一个因素
有哪些密码体制?
其安全性怎样?
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第2章 信息保密技术
保密体制安全性
保密系统的一般模型
密码体制的要求
分组密码
公钥密码
保密系统模型
.随机密码体制
.算法密码体制
.量子密码体制
.新型密码体制
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第2章 信息保密技术
选择一种密码体制
对称密码
公钥密码
如何选？
(体制的特点与应用，需求相适应)
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加解密速度快
安全强度高
使用的加密算法比较简便高效
密钥简短和破译困难
通常应用于对大量数据的加密应用上
密码体制选择
对称密码特点：
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密码体制选择
公钥密码特点：
算法基于计算复杂理论和数学单向陷门
函数。
采用两个不同的密钥，公钥用于加密可
公开，私钥用于解密不公开。
使用双密钥通信双方无需事先交换密钥，
简化了密钥管理。
使用双密钥对于保密通信、密钥分配和
鉴别等有深远的意义。
B的公钥
A
加密
B
解密
B的私钥
密文明文加密模型
A
加密
B
解密
A的公钥
密文明文
A的私钥
认证模型
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密码体制选择
公钥密码系统的应用分成三类：
*加密/解密 发方用收方的公钥加密报文。
*数字签名 发方用自己的私钥“签署”报文。
*密钥交换 两方合作交换密钥。
公钥的加解密主要应用于短消息的保密。如加
密保护密钥的分配。
公钥加密目前更多应用于密钥管理和数字签名。
作业方案考虑？
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密码算法
选择一种密码体制、确定相应算法
加密机制应用涉及的第一个因素
各有哪些算法？
强度、性能、特点
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密码算法
序列密码算法：A5，RC4，PKZIP
分组密码算法：DES，Triple-DES；IDEA； AES
公钥密码算法：RSA，DSS/DSA，ECC，D-H
通用算法：
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密码算法
我国密码算法研究开发，军事、机要、
公安、部分大学研究机构；
国家密码管理部门根据算法应用领域不
同，划分算法为：
商密、普密、核密等级别。
算法的内容、原理、逻辑由国家有关部
门控制管理，一般以密码算法芯片形式
提供使用。如SSF33、SSF09等。
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密码算法
序列密码算法：A5，RC4，PKZIP
分组密码算法：DES，Triple-DES；IDEA； AES
SSF33、SSF09
公钥密码算法：RSA，DSS/DSA，ECC，D-H
通用算法：
算法的选择：强度、性能、实现的代
价、标准、可出口性等作业方案考虑？
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例
作业方案：
规定算法RSA、SSF33。
对10兆数据加密应选择对称密码体制分组密码算
法SSF33；
SSF33算法涉及的密钥由公钥密码算法RSA提供
加密保护；
考虑实现问题?
A:SSF33(KAB,M)、RSA(BKU,KAB)
B:RSA(AKR,KAB) 、SSF33(KAB,M)
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密码算法
算法实现、密钥获得
加密机制应用涉及的第二个因素
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密码算法实现
密码算法是抽象的数学变化或数学函
数。
可通过软/硬形式的实现
（密码软件包〔crypto toolkits〕和
密码芯片〔crypto chip〕），密码算法
的功能才能被应用于信息安全系统中。
Microsoft CryptoAPI;
密码硬件成为密码算法功能实现的首选，
被广泛集成在密码设备和密码系统中
加密算法含有许多对明文位的复杂运算，
在普通计算机处理器上处理的效率较低，在
经过算法优化设计的特殊硬件〔如密码芯片
〕的处理效率很高
硬件的防篡改特性是软件加密方式无法
比拟的，可保护密钥不被外界获取、篡改
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信息保密
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密码算法
密码算法可通过软/硬形式的实现
密码软件包〔crypto toolkits〕
密码芯片〔crypto chip〕
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密码算法
算法封装后使用
密码服务
密码功能实现（算法）
安全服务（保密服务……）
调用 密码服务
加密功能调用
作业方案考虑？ 寻求开源资源
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密码算法
有关加密API的国际标准和规范
微软CryptoAPI （对微软产品
的公共支持）
其他加密算法库
openssl（由SSLeay发展而来，
可免费使用，接口复杂）
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例
作业方案：
1.规定算法RSA、SSF33。
对10兆数据加密应选择对称密码体制分组密码算
法SSF33；
算法涉及的密钥由公钥密码算法RSA提供加
密保护；
3.算法和密钥生成选择微软：Crypto API/Crypto SPI
（公私钥）
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密码算法微软：Crypto API/Crypto SPI
加密服务提供者
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--30--
--31--
密码算法
Crypto APICrypto API
RSA base RSA base
CSPCSP
FortezzaFortezza
CSPCSP
应用程序应用程序
SmartCard SmartCard
CSPCSP
证书管理服务
安全通道
密钥数据库
证书的存储
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加密机制
*选择一种密码体制，确定相应算法
*密码算法实现，密钥生成
*确定加密位置
加密机制应用涉及的第三个因素
保密通信（）
加密存储（）
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保密通信
1.加密位置
1) 物理位置
链-链加密
每条易受攻击的通信链路的两端都装备一个加密设备,从而
该链路上的通信是安全的。
报文分组在交换机处容易受攻击,因为报文进入交换机时必
须解密以读取分组中的地址。
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加密位置
端－端加密
加密过程在两个端系统上完成。源端和目的端共
享一个密钥。
一个薄弱环节,，如果对分组首部加密(包括数据
),分组交换结点就无法读取首部，则无法选路。所以
主机只能对分组的用户数据部分进行加密,首部以未
加密方式传输。使用端端加密后，用户数据是安全的，
然而通信模式并不安全。
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加密位置
混合加密
要取得更大的安全程度，就需要链路加密
也需要端端加密。分组除了在交换机内存中的
那段时间内首部未加密外，整个分组都是安全
的。
作业方案考虑？
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加密位置
2) 逻辑位置
链-链加密
加密功能是在通信层次结构的一个低
层完成的。以OSI术语在物理层和链路层。
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加密位置
端－端加密
置于应用层
置于传输层
置于网络层
作业方案考虑？
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例
作业方案：
1.规定算法RSA、SSF33。
对10兆数据加密应选择对称密码体制分组密码算
法SSF33；
算法涉及的密钥由公钥密码算法RSA提供加
密保护；
3.算法和密钥生成选择微软：Crypto API/Crypto SPI
4.端加密、应用层
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通过对通信量分析攻击得到的信息类型
.通信双方的身份
.通信双方的通信的频度
.暗示出有重要信息正在交换的报文模式，长度，
数量。
.特定的通信双方之间的交谈所关联的事件。
通信量的机密性
通信量机密性
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通信量机密性
链路加密 防范措施：通信量填充。
端端加密 由于首部未加密，防范措
施有限。填充数据单元为统一长度，
插入空白报文。
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安全存储的研究思路：
针对信息安全属性提出专门的解决方案，
如，加密文件系统等。
从存储系统的体系结构入手，寻找安全的、
高效的存储模式，如，对象存储模式等。
加密存储
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加密存储
安全存储系统
加密文件系统
安全网络文件系统
可生存存储系统
基于存储的入侵检测系统
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加密存储
加密文件系统：磁盘加密和通信加密，因
基于密码操作而增加计算开销，以及密钥
选择和分发问题，以及密钥撤销，等可能
带的安全问题。
安全网络文件系统：在原来的网络文件系
统的机制上添加了安全认证和访问控制功
能的文件系统，一般提供加密，但不提供
端到端的数据安全。一般假设数据服务器
和系统管理员是安全可信的。
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加密存储
可生存存储系统：此概念是由卡耐基.梅隆大学
的PASIS项目组提出的。其设计思想和出发点在
于：网络存储系统是一种分布式的文件系统，所
谓的安全网络存储系统不是用来维护分布式系统
中每个存储节点的安全性，而是确保整个系统在
某些环节受到不同程度损害停止服务以后，系统
仍能向数据用户提供可靠的网络存储服务。其中，
PASIS项目主要是通过将文件分散存储于系统内
的多个节点中来实现这个设计目标的。
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加密存储
基于存储的入侵检测系统：该系统设计思想
实际上源于网络存储系统不断增加的复杂性。
设计者认为从整体角度来确保整个系统的安
全性变得越来越复杂，所以，有必要将系统
的安全性分散在整个存储系统的各个功能模
块之中来加以实现，一个典型的设计就是在
网络存储系统的存储设备和文件服务器之中
嵌入入侵检测系统。
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加密存储
加密位置
思想：通过在用户态请求到
存储介质存储这条通路的某处添
加自定义的处理例程，将明文信
息转换为密文信息，并将最终密
文信息保存在存储介质上。
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加密存储
1.文件/文件夹主动加密类
通过主动加密方式，由操作者对文件/文件夹加密。
2. 文件格式转化类
3. 将被保护文件转换成特定格式，以便实施安全控制。
（DRM数字版权管理技术）
4. 3.磁盘加密类
5. 通过对逻辑磁盘卷或整个磁盘卷加密，实现文件保护。
（Vista BitLocker）
6. 4.透明文件加密类
7. 对特定文件透明（强制）加密，保护安全，强制根据
相关机构策略。
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加密存储
实现的方法
1.通过硬件加密引擎实现，CPU将数据发给硬件加密
引擎完成，优点：速度快、安全性高，实现成本较高、
交互性差；
2.通过软件实现，可分为
基于用户模式
基于系统内核模式
基于用户模式实现较为方便；
基于系统内核模式的实现，由于软件工作在操作系统，
实现难度大。
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过滤驱动技术
实现透明加密技术－－过滤驱动技术
过滤驱动技术，属于基于操作系统内
核模式的实现方式，特点是技术门槛高，
需要深入理解Windows系统内核，对于实
施信息安全技术很有意义。
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应用程序
I/O管理器
文件过滤驱动
文件系统驱动程序
磁盘驱动程序
（设备驱动程序）
磁盘
文
件
过
滤
驱
动
原
理
文件过滤驱动
用来扩充底层驱动程
序的功能，实现特定
的文件系统， 为用户
通过磁盘等介质上存
取数据服务
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应用程序
I/O管理器
文件过滤驱动
文件系统驱动程序
磁盘驱动程序
（设备驱动程序）
磁盘
文
件
过
滤
驱
动
原
理
文件过滤驱动
是一种可选的，为文件系是一种可选的，为文件系
统提供具有附加值功能的统提供具有附加值功能的
驱动程序驱动程序
I/O管理器支持分层驱动程
序模型，每个IRP（I/O请求）
的处理分别经过各层驱动程
序处理直到完成这个请求。
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过滤驱动加载在文件系统之上时，
I/O管理器发出的IRP(I/O Request
Package)包都会先经过过滤驱动的处理再
发送给文件系统驱动，而请求得到的数据
也需要先经过过滤驱动的处理再返给应用
程序。
这样在过滤驱动中使用自定义的例程
对数据进行处理，实现安全操作。
过滤驱动技术
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应用程序
I/O管理器
文件过滤驱动
文件系统驱动程序
磁盘驱动程序
（设备驱动程序）
磁盘
文
件
过
滤
驱
动
原
理
文件过滤驱动
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小结
加密机制的应用一般需要考虑的因素：
选择一种密码体制，确定算法
算法实现，密钥生成
加密位置（通信保密、存储保密）
密钥管理（）
（、、）
（补充）
（）
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设计加密应用程序保护系统文档机密性
形式：终端用户程序 用户态完成
先解决哪些问题：算法实现，密钥获取
cryptoAPI
核心功能：文档加解密
作业
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附加功能?
界面（以什么形式提供用户对文件加密的操作）
一个完整的软件，仅靠核心功能是远
远不够的。核心功能是基础，必须在这个
基础上加入辅助功能才能创建流畅的工作
流程。
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基于****文件加密系统的设计与实现
引言
1.需求分析
用户需求：本系统面向的用户是XX内部局域网
用户。他们对系统的需求：
.对指定文件加/解密（10MB）存储(共享)
.密钥的安全管理
.提供对文件加解密操作的日志查阅
.操作简单、界面友好
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2.系统功能
综合分析用户需求，规划系统功能层次为
.加密 加密; 解密
.密钥管理 生成; 导出 ; 导入
.日志管理 日志生成 ; 日志查询
.帮助
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3.关键技术
基于Java API 自带的加密工具、签名工
具，以及JAVA SOCKET技术，在Java
中， 接口实现了密钥
模型的概念化，并利用扩展接口
serializable，得到算法、格式等。
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4.设计与实现
1）系统分n模块：
UI模块：系统界面，负责接受用户输入，
显示输出，协调其他功能模块的调用，
和显示各调用模块的返回信息。
Encrypt模块：实现加解密功能，
Km模块：密钥管理，
Record模块：实现记录日志，
2）系统流程
（工作流程）
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5. 实现
结合实验
6.结束语（总结）
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作业
-3(加密提交)
2.设计加密应用程序保护系统文档机密性
（需求、功能、设计、技术、实现）
（结合实验提交设计方案和实现报告）
3.查阅资料学习EFS。
保护文档的机密性的解决办法
定制软件，（购买、专门设计）
利用系统自带的功能保护
（EFS)
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思考
假设你负责一家生成密码设备的公司的
产品开发。最简单的情况下，密码实
现就是一个黑盒子：插入密钥 、明文，
按下“开始”键，得到密文。对于相
同的算法，来自不同制造商的所谓“
黑盒”也非常相似。还可以增加什么
特征或功能使你的密码产品在竞争中
脱颖而出？不要只是简单第说“用户
界面”，要列出你认为用户期望拥有
的特殊产品。
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思考
加密产品制造商是否应该开发一种“包
罗万象”的产品，例如可以实现DES、
AES、RSA等密码？为什么？
