冯登国编著《网络安全原理与技术》,ppt课件 chapter1
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26
可用性
• 可用性是指保障信息资源随时可提供服务的能力特 性，即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。 可用性是信息资源服务功能和性能可靠性的度量， 涉及到物理、网络、系统、数据、应用和用户等多 方面的因素，是对信息网络总体可靠性的要求。 • 企图破坏系统的可用性，被称为拒绝服务攻击，这 可能是最难检测的攻击，因为这要求分析者能够判 断异常的访问模式是否可以归结于对资源或环境的 蓄意操控。
8
网络安全问题日益突出
70,000
混合型威胁 (Red Code, Nimda)
60,000
拒绝服务攻击 (Yahoo!, eBay)
已知威胁的数量
50,000
40,000
发送大量邮件的病毒 (Love Letter/Melissa)
30,000
特洛伊木马
20,000
网络入侵
10,000
多变形病毒 (Tequila)
38
基础理论研究----安全理论
33
基础理论研究----密码研究
• 密钥管理（Key Management）
密码算法是可以公开的，但密钥必须受到严格 的保护。如果非授权用户获得加密算法和密钥， 则很容易破解或伪造密文，加密也就失去了意 义。密钥管理研究就是研究密钥的产生、发放、 存储、更换和销毁的算法和协议等。
34
基础理论研究----安全理论
复杂程度
Intranet 站点 Web 浏览 Internet Email
时间
7
多数人严重依赖互联网
• 2006年12月26日晚，台湾地震造成海底光 缆断裂，中国大陆地区联系外部的网络发 生错乱：MSN拒绝登录，Live.com国外域名 的网站显示空白，微软、yahoo等邮箱不能 打开…… • 调查显示，超过90%的网民认为，这次事故 影响或严重影响了自己的工作和生活。
• 完整性校验 消息的发送者使用所有的消息产生一个 附件，并将该附件和消息传输给接收者。 消息的接收者在将消息作为真实消息接 收前，检查接收的消息内容和附件是否 一致。Hash函数 单向变换 消息的任 何改变（1bit) 能引起数值面目全非的 变化
32
基础理论研究----密码研究
• 数字签名 从原理上讲，通过私有密钥对信息本身 进行加密，即可实现数字签名功能。这 是因为用私钥加密只能用公钥解密，因 而接受者可以解密信息，但无法生成用 公钥解密的密文，从而证明用公钥解密 的密文肯定是拥有私钥的用户所为，因 而是不可否认的。
27
信息安全的研究内容
• 基础理论研究 密码研究 安全理论研究 • 应用技术研究 安全实现技术 安全平台技术 • 安全管理研究 安全标准 安全策略 安全测评
28
29
基础理论研究----密码研究
• 密码理论的研究重点是算法，包括数据加密算 法、数字签名算法、消息摘要算法及相应密钥 管理协议等。这些算法提供两个方面的服务： 一方面，直接对信息进行运算，保护信息的安 全特性：即通过加密变换保护信息的机密性， 通过信息摘要变换检测信息的完整性，通过数 字签名保护信息的抗否认性；另一方面，提供 对身份认证和安全协议等理论的支持。
14
外因
国家 安全 威胁 信息战士 情报机构 恐怖分子 共同 威胁 犯罪团伙 工业间谍 减小美国决策空间、 战略 优势， 制造混乱， 进行目 标破坏 搜集政治、 军事， 经济信 息 破坏公共秩序，制造混 乱，发动政变 掠夺竞争优势，恐吓 施行报复，实现经济目 的， 破坏制度 攫取金钱，恐吓，挑战， 获取声望 以吓人为乐，喜欢挑战
11
安全事件造成经济损失-2
• 2000年2月份黑客攻击的浪潮，是互连网 问世以来最为严重的黑客事件。
–三天内黑客使美国数家顶级互联网站——雅 虎、亚马逊、EBAY、CNN陷入瘫痪，造成直 接经济损失12亿美元。并引起股市动荡。 –引起美国道穷斯股票指数下降了200多点。 –黑客攻击手法：侵入主机，植入攻击程序， 一齐向目标主机发海量数据。
病毒来自百度文库
9
10
安全事件造成经济损失-1
• 1988年康奈尔大学的研究生罗伯特.莫里斯(22岁)针 对UNIX的缺陷设计了一个“蠕虫”程序,感染了6000 台计算机，使Internet不能正常运行，造成的经济损 失达1亿美元。他因此被判三年缓刑、罚款1万美元、 做400小时的社区服务。
• “Morris蠕虫”的出现改变了许多人对Internet 安全性的看法。一个单纯的程序有效地摧毁了 数百台（或数千台）机器，那一天标志着 Internet安全性研究的开始。
12
导致网络安全问题的原因
内因: (1)设计上的问题: Internet从建立开始就缺乏安全的总体构 想和设计,TCP/IP协议是在可信环境下, 为网络互联专门设计的,缺乏安全措施 的考虑. (2)实现上的问题: 在代码编写中,人为的后门和设计中的bug
13
导致网络安全问题的原因
内因: (3)配置上的问题: 默认的服务、不必要的服务端口等 (4)管理上的问题: 弱的口令，内部人员无意或恶意操作
17
我国信息安全现状
3．基础信息产业薄弱，核心技术严重依赖国外。 • 硬件：许多核心部件都是原始设备制造商的，我们 对其的研发、生产能力很弱，关键部位完全处于受 制于人的地位。 • 软件：离开了微软的操作系统，国产的大多软件都 失去了操作平台。数据库平台也是全部引进的，尽 管厂商声称具有安全机制，但对国内用户犹如一个 “黑匣子”，使用起来总觉得不放心。
• 安全理论的研究重点是在单机或网络环 境下信息防护的基本理论，主要有访问 控制（授权）、认证、审计追踪（这三 者常称为AAA，即Authorization , Authentication， Audit）、安全协议 等。这些研究成果为建设安全平台提供 理论依据。
35
基础理论研究----安全理论
• 认证
18
我国信息安全现状
4．政府表示大力扶植发展具有自主知识产权的国有 信息安全产品，信息产业的10～15％用于对信息安 全产品的投入。 • 我国与国际标准靠拢的信息安全与网络安全技术和 产品标准陆续出台. • 建立了全国信息技术标准化技术委员会信息技术安 全分技术委员会. • 中国互联网安全产品认证中心宣告成立. • 公安部计算机信息系统安全产品质量监督检验中心 正式成立.
23
完整性
• 例：Phishing攻击是一种网上骗术：利用其他 的真实网站，伪造一个类似的网站，以便骗 取用户的个人资料：信用卡、银行账号的密 码。 • 数据的来源完整性被破坏。
24
非否认性
• 非否认性是指能保障用户无法在事后否认曾 经对信息进行的生成、签发、接收等行为。 • 起源的否认 • 传递的否认 • 一般通过数字签名来提供非否认服务。
16
我国信息安全现状
1．信息与网络安全的防护能力较弱，安全意识不强. 2．对引进的信息技术和设备缺乏保护信息安全所必不 可少的有效管理和技术改造。 • 我国从发达国家和跨国公司引进和购买了大量的信息 技术和设备。在这些关键设备如电脑硬件、软件中， 有一部分可能隐藏着“特洛伊木马”，对我国政治、 经济、军事等的安全存在着巨大的潜在威胁。但由于 受技术水平等的限制，对从国外引进的关键信息设备 可能预做手脚的情况却无从检测和排除，以致我们许 多单位和部门几乎是在“抱着定时炸弹”工作。
计算机通信网络安全
1
课程目标
• 让学生了解和掌握信息安全的基本原理、 技术, 并具备进行信息安全研究的理论 基础。为在相关领域从事研究起引导作 用。 • 学生应先有一些网络的基础知识。
2
学习用书
• 冯登国编著，《网络安全原理与技术》， 科学出版社，2003.9 • 冯登国《计算机通信网络安全》 清华大学出版社， 2001
37
基础理论研究----安全理论
• 审计追踪（Auditing and Tracing） 审计是指对用户的行为进行记录、分析、 审查，以确认操作的历史行为，是中性 词汇。追踪则有追查的意思，通过审计 结果排查用户的全程行踪。审计通常只 在某个系统内部进行，而追踪则需要对 多个系统的审计结果关联分析。 • 主要研究审计模型 追踪算法等
25
非否认性
• 起源的否认 – 假设一个顾客给某供货商写信，说同意支付一大 笔钱来购买某件产品。供货商将此产品运来并索 取费用。这个顾客却否认曾经订购过该产品，并 且根据法律，他有权不支付任何费用而可扣留这 件主动送上门的产品。 • 传递的否认 – 假设一个顾客预定了一件昂贵的商品，但供货商 要求在送货前付费。该顾客付了钱，然后，供货 商运来商品。接着，顾客询问供货商何时可以收 货。如果顾客已经接收过货物，那么这次询问就 构成一次信宿否认攻击。
4
本课程的考核
• 课件下载 • 成绩分
–平时成绩(20%)+ –期末开卷笔试(80%)
5
课程的计划内容
• • • • • • • • 密码理论 实现安全服务的方法 Internet安全体系结构 网络安全管理 网络攻击技术 入侵检测与响应 PKI 无线网络安全
6
Internet 变得越来越重要
电子交易 网上商务合作
认证服务提供了关于某个实体（人或事物）身 份的保证。这意味着每当某个实体声称具有一 个特定的身份（例如，一个特定的用户名）时， 认证服务将提供某种方法来证实这一声明是正 确的。口令是一种提供认证的熟知方法。 实体认证 数据起源认证
36
基础理论研究----安全理论
• 授权和访问控制 授权和访问控制是两个关系密切的概念，常被 替代使用，但也有细微区别。授权侧重于强调 用户拥有什么样的访问权限，访问控制是在用 户发起访问请求时才起作用的。授权是签发通 行证,而访问控制则是卫兵，前者规定用户是 否有权出入某个区域，而后者检查用户在出入 时是否超越了禁区。 • 主要研究授权策略、访问控制模型、大规模系 统的快速访问控制算法等
30
基础理论研究----密码研究
• 数据加密（Data Encryption） 数据加密算法是一种数学变换，在选定 参数(密钥)的参与下，将信息从易于理 解的明文加密为不易理解的密文，同时 也可以将密文解密为明文。 对称密码体制 DES AES 公钥密码体制 RSA ECC
31
基础理论研究----密码研究
19
网络安全模型（安全通信模型）
20
信息安全的目标
• • • • 机密性 （Confidentiality） 完整性 （Integrity) 非否认性（Non-repudiation ） 可用性（Availability）
21
机密性
• 保证信息不能被非授权访问，即使非授权用 户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能 使用。通常通过访问控制阻止非授权用户获 得机密信息，通过加密变换阻止非授权用户 获知信息内容。
3
其他参考书籍
• 刘玉珍、王丽娜等译，《密码编码学与网络安全： 原理与实践》（第三版），电子工业出版社， 2003，10 • William Stallings, Cryptography and network security: principles and practice, Second Edition • Bruce Shneier, Applied cryptography: protocols, algorithms, and sourcecode in C, Second Edition. • Bruce Schneier 著，吴世忠等译，《应用密码 学－协议、算法与C源程序》机械工业出版社， 2000，1
22
完整性
• 完整性是指维护信息的一致性，即信息在生 成、传输、存储和使用过程中不应发生人为 或非人为的非授权篡改。
–数据完整性（即信息的内容） –来源完整性（即数据的来源）
• 一般通过访问控制（预防机制）阻止篡改行 为，同时通过完整性校验算法（检测机制） 来检验信息是否被篡改。
–例如财务系统，有人侵入系统，修改帐务 –公司的会计挪用公款，并隐瞒这次交易过程
15
局部 威胁
社会型黑客 娱乐型黑客
安全事件的统计数字
• 50-60%的安全事件出自使用不当
–使用者缺乏经验、系统维护不到位
• 15-20%的安全事件出自内部人员所为
–如以前的雇员、系统管理员
• 10-15%的安全事件出自灾害
–水灾、雷击、火灾
• 3-5%的安全事件出自外部攻击
–如业余爱好者、黑客、竞争对手、有组织 的智能犯罪
可用性
• 可用性是指保障信息资源随时可提供服务的能力特 性，即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。 可用性是信息资源服务功能和性能可靠性的度量， 涉及到物理、网络、系统、数据、应用和用户等多 方面的因素，是对信息网络总体可靠性的要求。 • 企图破坏系统的可用性，被称为拒绝服务攻击，这 可能是最难检测的攻击，因为这要求分析者能够判 断异常的访问模式是否可以归结于对资源或环境的 蓄意操控。
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网络安全问题日益突出
70,000
混合型威胁 (Red Code, Nimda)
60,000
拒绝服务攻击 (Yahoo!, eBay)
已知威胁的数量
50,000
40,000
发送大量邮件的病毒 (Love Letter/Melissa)
30,000
特洛伊木马
20,000
网络入侵
10,000
多变形病毒 (Tequila)
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基础理论研究----安全理论
33
基础理论研究----密码研究
• 密钥管理（Key Management）
密码算法是可以公开的，但密钥必须受到严格 的保护。如果非授权用户获得加密算法和密钥， 则很容易破解或伪造密文，加密也就失去了意 义。密钥管理研究就是研究密钥的产生、发放、 存储、更换和销毁的算法和协议等。
34
基础理论研究----安全理论
复杂程度
Intranet 站点 Web 浏览 Internet Email
时间
7
多数人严重依赖互联网
• 2006年12月26日晚，台湾地震造成海底光 缆断裂，中国大陆地区联系外部的网络发 生错乱：MSN拒绝登录，Live.com国外域名 的网站显示空白，微软、yahoo等邮箱不能 打开…… • 调查显示，超过90%的网民认为，这次事故 影响或严重影响了自己的工作和生活。
• 完整性校验 消息的发送者使用所有的消息产生一个 附件，并将该附件和消息传输给接收者。 消息的接收者在将消息作为真实消息接 收前，检查接收的消息内容和附件是否 一致。Hash函数 单向变换 消息的任 何改变（1bit) 能引起数值面目全非的 变化
32
基础理论研究----密码研究
• 数字签名 从原理上讲，通过私有密钥对信息本身 进行加密，即可实现数字签名功能。这 是因为用私钥加密只能用公钥解密，因 而接受者可以解密信息，但无法生成用 公钥解密的密文，从而证明用公钥解密 的密文肯定是拥有私钥的用户所为，因 而是不可否认的。
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信息安全的研究内容
• 基础理论研究 密码研究 安全理论研究 • 应用技术研究 安全实现技术 安全平台技术 • 安全管理研究 安全标准 安全策略 安全测评
28
29
基础理论研究----密码研究
• 密码理论的研究重点是算法，包括数据加密算 法、数字签名算法、消息摘要算法及相应密钥 管理协议等。这些算法提供两个方面的服务： 一方面，直接对信息进行运算，保护信息的安 全特性：即通过加密变换保护信息的机密性， 通过信息摘要变换检测信息的完整性，通过数 字签名保护信息的抗否认性；另一方面，提供 对身份认证和安全协议等理论的支持。
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外因
国家 安全 威胁 信息战士 情报机构 恐怖分子 共同 威胁 犯罪团伙 工业间谍 减小美国决策空间、 战略 优势， 制造混乱， 进行目 标破坏 搜集政治、 军事， 经济信 息 破坏公共秩序，制造混 乱，发动政变 掠夺竞争优势，恐吓 施行报复，实现经济目 的， 破坏制度 攫取金钱，恐吓，挑战， 获取声望 以吓人为乐，喜欢挑战
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安全事件造成经济损失-2
• 2000年2月份黑客攻击的浪潮，是互连网 问世以来最为严重的黑客事件。
–三天内黑客使美国数家顶级互联网站——雅 虎、亚马逊、EBAY、CNN陷入瘫痪，造成直 接经济损失12亿美元。并引起股市动荡。 –引起美国道穷斯股票指数下降了200多点。 –黑客攻击手法：侵入主机，植入攻击程序， 一齐向目标主机发海量数据。
病毒来自百度文库
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安全事件造成经济损失-1
• 1988年康奈尔大学的研究生罗伯特.莫里斯(22岁)针 对UNIX的缺陷设计了一个“蠕虫”程序,感染了6000 台计算机，使Internet不能正常运行，造成的经济损 失达1亿美元。他因此被判三年缓刑、罚款1万美元、 做400小时的社区服务。
• “Morris蠕虫”的出现改变了许多人对Internet 安全性的看法。一个单纯的程序有效地摧毁了 数百台（或数千台）机器，那一天标志着 Internet安全性研究的开始。
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导致网络安全问题的原因
内因: (1)设计上的问题: Internet从建立开始就缺乏安全的总体构 想和设计,TCP/IP协议是在可信环境下, 为网络互联专门设计的,缺乏安全措施 的考虑. (2)实现上的问题: 在代码编写中,人为的后门和设计中的bug
13
导致网络安全问题的原因
内因: (3)配置上的问题: 默认的服务、不必要的服务端口等 (4)管理上的问题: 弱的口令，内部人员无意或恶意操作
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我国信息安全现状
3．基础信息产业薄弱，核心技术严重依赖国外。 • 硬件：许多核心部件都是原始设备制造商的，我们 对其的研发、生产能力很弱，关键部位完全处于受 制于人的地位。 • 软件：离开了微软的操作系统，国产的大多软件都 失去了操作平台。数据库平台也是全部引进的，尽 管厂商声称具有安全机制，但对国内用户犹如一个 “黑匣子”，使用起来总觉得不放心。
• 安全理论的研究重点是在单机或网络环 境下信息防护的基本理论，主要有访问 控制（授权）、认证、审计追踪（这三 者常称为AAA，即Authorization , Authentication， Audit）、安全协议 等。这些研究成果为建设安全平台提供 理论依据。
35
基础理论研究----安全理论
• 认证
18
我国信息安全现状
4．政府表示大力扶植发展具有自主知识产权的国有 信息安全产品，信息产业的10～15％用于对信息安 全产品的投入。 • 我国与国际标准靠拢的信息安全与网络安全技术和 产品标准陆续出台. • 建立了全国信息技术标准化技术委员会信息技术安 全分技术委员会. • 中国互联网安全产品认证中心宣告成立. • 公安部计算机信息系统安全产品质量监督检验中心 正式成立.
23
完整性
• 例：Phishing攻击是一种网上骗术：利用其他 的真实网站，伪造一个类似的网站，以便骗 取用户的个人资料：信用卡、银行账号的密 码。 • 数据的来源完整性被破坏。
24
非否认性
• 非否认性是指能保障用户无法在事后否认曾 经对信息进行的生成、签发、接收等行为。 • 起源的否认 • 传递的否认 • 一般通过数字签名来提供非否认服务。
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我国信息安全现状
1．信息与网络安全的防护能力较弱，安全意识不强. 2．对引进的信息技术和设备缺乏保护信息安全所必不 可少的有效管理和技术改造。 • 我国从发达国家和跨国公司引进和购买了大量的信息 技术和设备。在这些关键设备如电脑硬件、软件中， 有一部分可能隐藏着“特洛伊木马”，对我国政治、 经济、军事等的安全存在着巨大的潜在威胁。但由于 受技术水平等的限制，对从国外引进的关键信息设备 可能预做手脚的情况却无从检测和排除，以致我们许 多单位和部门几乎是在“抱着定时炸弹”工作。
计算机通信网络安全
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课程目标
• 让学生了解和掌握信息安全的基本原理、 技术, 并具备进行信息安全研究的理论 基础。为在相关领域从事研究起引导作 用。 • 学生应先有一些网络的基础知识。
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学习用书
• 冯登国编著，《网络安全原理与技术》， 科学出版社，2003.9 • 冯登国《计算机通信网络安全》 清华大学出版社， 2001
37
基础理论研究----安全理论
• 审计追踪（Auditing and Tracing） 审计是指对用户的行为进行记录、分析、 审查，以确认操作的历史行为，是中性 词汇。追踪则有追查的意思，通过审计 结果排查用户的全程行踪。审计通常只 在某个系统内部进行，而追踪则需要对 多个系统的审计结果关联分析。 • 主要研究审计模型 追踪算法等
25
非否认性
• 起源的否认 – 假设一个顾客给某供货商写信，说同意支付一大 笔钱来购买某件产品。供货商将此产品运来并索 取费用。这个顾客却否认曾经订购过该产品，并 且根据法律，他有权不支付任何费用而可扣留这 件主动送上门的产品。 • 传递的否认 – 假设一个顾客预定了一件昂贵的商品，但供货商 要求在送货前付费。该顾客付了钱，然后，供货 商运来商品。接着，顾客询问供货商何时可以收 货。如果顾客已经接收过货物，那么这次询问就 构成一次信宿否认攻击。
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本课程的考核
• 课件下载 • 成绩分
–平时成绩(20%)+ –期末开卷笔试(80%)
5
课程的计划内容
• • • • • • • • 密码理论 实现安全服务的方法 Internet安全体系结构 网络安全管理 网络攻击技术 入侵检测与响应 PKI 无线网络安全
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Internet 变得越来越重要
电子交易 网上商务合作
认证服务提供了关于某个实体（人或事物）身 份的保证。这意味着每当某个实体声称具有一 个特定的身份（例如，一个特定的用户名）时， 认证服务将提供某种方法来证实这一声明是正 确的。口令是一种提供认证的熟知方法。 实体认证 数据起源认证
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基础理论研究----安全理论
• 授权和访问控制 授权和访问控制是两个关系密切的概念，常被 替代使用，但也有细微区别。授权侧重于强调 用户拥有什么样的访问权限，访问控制是在用 户发起访问请求时才起作用的。授权是签发通 行证,而访问控制则是卫兵，前者规定用户是 否有权出入某个区域，而后者检查用户在出入 时是否超越了禁区。 • 主要研究授权策略、访问控制模型、大规模系 统的快速访问控制算法等
30
基础理论研究----密码研究
• 数据加密（Data Encryption） 数据加密算法是一种数学变换，在选定 参数(密钥)的参与下，将信息从易于理 解的明文加密为不易理解的密文，同时 也可以将密文解密为明文。 对称密码体制 DES AES 公钥密码体制 RSA ECC
31
基础理论研究----密码研究
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网络安全模型（安全通信模型）
20
信息安全的目标
• • • • 机密性 （Confidentiality） 完整性 （Integrity) 非否认性（Non-repudiation ） 可用性（Availability）
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机密性
• 保证信息不能被非授权访问，即使非授权用 户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能 使用。通常通过访问控制阻止非授权用户获 得机密信息，通过加密变换阻止非授权用户 获知信息内容。
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其他参考书籍
• 刘玉珍、王丽娜等译，《密码编码学与网络安全： 原理与实践》（第三版），电子工业出版社， 2003，10 • William Stallings, Cryptography and network security: principles and practice, Second Edition • Bruce Shneier, Applied cryptography: protocols, algorithms, and sourcecode in C, Second Edition. • Bruce Schneier 著，吴世忠等译，《应用密码 学－协议、算法与C源程序》机械工业出版社， 2000，1
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完整性
• 完整性是指维护信息的一致性，即信息在生 成、传输、存储和使用过程中不应发生人为 或非人为的非授权篡改。
–数据完整性（即信息的内容） –来源完整性（即数据的来源）
• 一般通过访问控制（预防机制）阻止篡改行 为，同时通过完整性校验算法（检测机制） 来检验信息是否被篡改。
–例如财务系统，有人侵入系统，修改帐务 –公司的会计挪用公款，并隐瞒这次交易过程
15
局部 威胁
社会型黑客 娱乐型黑客
安全事件的统计数字
• 50-60%的安全事件出自使用不当
–使用者缺乏经验、系统维护不到位
• 15-20%的安全事件出自内部人员所为
–如以前的雇员、系统管理员
• 10-15%的安全事件出自灾害
–水灾、雷击、火灾
• 3-5%的安全事件出自外部攻击
–如业余爱好者、黑客、竞争对手、有组织 的智能犯罪