淺析網絡安全技術（一）

摘要：文中論述了防火墻部署原則，并從防火墻部署的位置詳細闡述了防火墻的選擇標準。并就信息交換加密技術的分類及RSA算法作以分析，針對PKI技術這一信息安全核心技術，論述了其安全體系的構成。 

關鍵詞：網絡安全 防火墻 PKI技術 

1.概述 

網絡防火墻技術的作為內部網絡與外部網絡之間的第一道安全屏障，是最先受到人們重視的網絡安全技術，就其產品的主流趨勢而言，大多數代理服務器（也稱應用網關）也集成了包濾技術，這兩種技術的混合應用顯然比單獨使用更具有大的優(yōu)勢。那么我們究竟應該在哪些地方部署防火墻呢?首先,應該安裝防火墻的位置是公司內部網絡與外部Internet的接口處,以阻擋來自外部網絡的入侵;其次,如果公司內部網絡規(guī)模較大,并且設置有虛擬局域網(VLAN),則應該在各個VLAN之間設置防火墻;第三,通過公網連接的總部與各分支機構之間也應該設置防火墻,如果有條件,還應該同時將總部與各分支機構組成虛擬專用網(VPN)。 

安裝防火墻的基本原則是:只要有惡意侵入的可能,無論是內部網絡還是與外部公網的連接處,都應該安裝防火墻。 

2.防火墻的選擇 

選擇防火墻的標準有很多,但最重要的是以下幾條: 

2.1.總擁有成本防火墻產品作為網絡系統的安全屏障,其總擁有成本(TCO)不應該超過受保護網絡系統可能遭受最大損失的成本。以一個非關鍵部門的網絡系統為例,假如其系統中的所有信息及所支持應用的總價值為10萬元,則該部門所配備防火墻的總成本也不應該超過10萬元。當然,對于關鍵部門來說,其所造成的負面影響和連帶損失也應考慮在內。如果僅做粗略估算,非關鍵部門的防火墻購置成本不應該超過網絡系統的建設總成本,關鍵部門則應另當別論。 

2.2.防火墻本身是安全的 

作為信息系統安全產品,防火墻本身也應該保證安全,不給外部侵入者以可乘之機。如果像馬其頓防線一樣,正面雖然牢不可破,但進攻者能夠輕易地繞過防線進入系統內部,網絡系統也就沒有任何安全性可言了。 

通常,防火墻的安全性問題來自兩個方面:其一是防火墻本身的設計是否合理,這類問題一般用戶根本無從入手,只有通過權威認證機構的全面測試才能確定。所以對用戶來說,保守的方法是選擇一個通過多家權威認證機構測試的產品。其二是使用不當。一般來說,防火墻的許多配置需要系統管理員手工修改,如果系統管理員對防火墻不十分熟悉,就有可能在配置過程中遺留大量的安全漏洞。 

2.3.管理與培訓 

管理和培訓是評價一個防火墻好壞的重要方面。我們已經談到,在計算防火墻的成本時,不能只簡單地計算購置成本,還必須考慮其總擁有成本。人員的培訓和日常維護費用通常會在TCO中占據較大的比例。一家優(yōu)秀秀的安全產品供應商必須為其用戶提供良好的培訓和售后服務。 

2.4.可擴充性 

在網絡系統建設的初期,由于內部信息系統的規(guī)模較小,遭受攻擊造成的損失也較小,因此沒有必要購置過于復雜和昂貴的防火墻產品。但隨著網絡的擴容和網絡應用的增加,網絡的風險成本也會急劇上升,此時便需要增加具有更高安全性的防火墻產品。如果早期購置的防火墻沒有可擴充性,或擴充成本極高,這便是對投資的浪費。好的產品應該留給用戶足夠的彈性空間,在安全水平要求不高的情況下,可以只選購基本系統,而隨著要求的提高,用戶仍然有進一步增加選件的余地。這樣不僅能夠保護用戶的投資,對提供防火墻產品的廠商來說,也擴大了產品覆蓋面。 

2.5.防火墻的安全性 

防火墻產品最難評估的方面是防火墻的安全性能,即防火墻是否能夠有效地阻擋外部入侵。這一點同防火墻自身的安全性一樣,普通用戶通常無法判斷。即使安裝好了防火墻,如果沒有實際的外部入侵,也無從得知產品性能的優(yōu)劣。但在實際應用中檢測安全產品的性能是極為危險的,所以用戶在選擇防火墻產品時,應該盡量選擇占市場份額較大同時又通過了權威認證機構認證測試的產品。 

3.加密技術 

信息交換加密技術分為兩類：即對稱加密和非對稱加密。 

3.1.對稱加密技術 

在對稱加密技術中，對信息的加密和解密都使用相同的鑰，也就是說一把鑰匙開一把鎖。這種加密方法可簡化加密處理過程，信息交換雙方都不必彼此研究和交換專用的加密算法。如果在交換階段私有密鑰未曾泄露，那么機密性和報文完整性就可以得以保證。對稱加密技術也存在一些不足，如果交換一方有N個交換對象，那么他就要維護N個私有密鑰，對稱加密存在的另一個問題是雙方共享一把私有密鑰，交換雙方的任何信息都是通過這把密鑰加密后傳送給對方的。如三重DES是DES（數據加密標準）的一種變形，這種方法使用兩個獨立的56為密鑰對信息進行3次加密，從而使有效密鑰長度達到112位。 

3.2.非對稱加密/公開密鑰加密 

在非對稱加密體系中，密鑰被分解為一對（即公開密鑰和私有密鑰）。這對密鑰中任何一把都可以作為公開密鑰（加密密鑰）通過非保密方式向他人公開，而另一把作為私有密鑰（解密密鑰）加以保存。公開密鑰用于加密，私有密鑰用于解密，私有密鑰只能有生成密鑰的交換方掌握，公開密鑰可廣泛公布，但它只對應于生成密鑰的交換方。非對稱加密方式可以使通信雙方無須事先交換密鑰就可以建立安全通信，廣泛應用于身份認證、數字簽名等信息交換領域。非對稱加密體系一般是建立在某些已知的數學難題之上，是計算機復雜性理論發(fā)展的必然結果。最具有代表性是RSA公鑰密碼體制。 

3.3.RSA算法 

RSA算法是Rivest、Shamir和Adleman于1977年提出的第一個完善的公鑰密碼體制，其安全性是基于分解大整數的困難性。在RSA體制中使用了這樣一個基本事實：到目前為止，無法找到一個有效的算法來分解兩大素數之積。RSA算法的描述如下： 

公開密鑰：n=pq(p、q分別為兩個互異的大素數，p、q必須保密) 

e與（p-1）(q-1)互素 

私有密鑰：d=e-1 {mod(p-1)(q-1)} 

加密：c=me(mod n),其中m為明文，c為密文。 

解密：m=cd(mod n) 

利用目前已經掌握的知識和理論，分解2048bit的大整數已經超過了64位計算機的運算能力，

因此在目前和預見的將來，它是足夠安全的。 

4.PKI技術 

PKI（Publie Key Infrastucture）技術就是利用公鑰理論和技術建立的提供安全服務的基礎設施。PKI技術是信息安全技術的核心，也是電子商務的關鍵和基礎技術。由于通過網絡進行的電子商務、電子政務、電子事務等活動缺少物理接觸，因此使得用電子方式驗證信任關系變得至關重要。而PKI技術恰好是一種適合電子商務、電子政務、電子事務的密碼技術，他能夠有效地解決電子商務應用中的機密性、真實性、完整性、不可否認性和存取控制等安全問題。一個實用的PKI體系應該是安全的易用的、靈活的和經濟的。它必須充分考慮互操作性和可擴展性。它是認證機構（CA）、注冊機構（RA）、策略管理、密鑰（Key）與證書（Certificate）管理、密鑰備份與恢復、撤消系統等功能模塊的有機結合。 
4.1.認證機構 

CA（Certification Authorty）就是這樣一個確保信任度的權威實體，它的主要職責是頒發(fā)證書、驗證用戶身份的真實性。由CA簽發(fā)的網絡用戶電子身份證明—證書，任何相信該CA的人，按照第三方信任原則，也都應當相信持有證明的該用戶。CA也要采取一系列相應的措施來防止電子證書被偽造或篡改。構建一個具有較強安全性的CA是至關重要的，這不僅與密碼學有關系，而且與整個PKI系統的構架和模型有關。此外，靈活也是CA能否得到市場認同的一個關鍵，它不需支持各種通用的國際標準，能夠很好地和其他廠家的CA產品兼容。 

4.2.注冊機構 

RA（Registration Authorty）是用戶和CA的接口，它所獲得的用戶標識的準確性是CA頒發(fā)證書的基礎。RA不僅要支持面對面的登記，也必須支持遠程登記。要確保整個PKI系統的安全、靈活，就必須設計和實現網絡化、安全的且易于操作的RA系統。 

4.3.策略管理 

在PKI系統中，制定并實現科學的安全策略管理是非常重要的這些安全策略必須適應不同的需求，并且能通過CA和RA技術融入到CA 和RA的系統實現中。同時，這些策略應該符合密碼學和系統安全的要求，科學地應用密碼學與網絡安全的理論，并且具有良好的擴展性和互用性。 

4.4.密鑰備份和恢復 

為了保證數據的安全性，應定期更新密鑰和恢復意外損壞的密鑰是非常重要的，設計和實現健全的密鑰管理方案，保證安全的密鑰備份、更新、恢復，也是關系到整個PKI系統強健性、安全性、可用性的重要因素。 

4.5.證書管理與撤消系統 

證書是用來證明證書持有者身份的電子介質，它是用來綁定證書持有者身份和其相應公鑰的。通常，這種綁定在已頒發(fā)證書的整個生命周期里是有效的。但是，有時也會出現一個已頒發(fā)證書不再有效的情況這就需要進行證書撤消，證書撤消的理由是各種各樣的，可能包括工作變動到對密鑰懷疑等一系列原因。證書撤消系統的實現是利用周期性的發(fā)布機制撤消證書或采用在線查詢機制，隨時查詢被撤消的證書。 

5.安全技術的研究現狀和動向 

我國信息網絡安全研究歷經了通信保密、數據保護兩個階段，正在進入網絡信息安全研究階段，現已開發(fā)研制出防火墻、安全路由器、安全網關、黑客入侵檢測、系統脆弱性掃描軟件等。但因信息網絡安全領域是一個綜合、交叉的學科領域它綜合了利用數學、物理、生化信息技術和計算機技術的諸多學科的長期積累和最新發(fā)展成果，提出系統的、完整的和協同的解決信息網絡安全的方案，目前應從安全體系結構、安全協議、現代密碼理論、信息分析和監(jiān)控以及信息安全系統五個方面開展研究，各部分相互協同形成有機整體。 

國際上信息安全研究起步較早，力度大，積累多，應用廣，在70年代美國的網絡安全技術基礎理論研究成果“計算機保密模型”（Beu& La padula模型）的基礎上，指定了“可信計算機系統安全評估準則”（TCSEC），其后又制定了關于網絡系統數據庫方面和系列安全解釋，形成了安全信息系統體系結構的準則。安全協議作為信息安全的重要內容，其形式化方法分析始于80年代初，目前有基于狀態(tài)機、模態(tài)邏輯和代數工具的三種分析方法，但仍有局限性和漏洞，處于發(fā)展的提高階段。作為信息安全關鍵技術密碼學，近年來空前活躍，美、歐、亞各洲舉行的密碼學和信息安全學術會議頻繁。1976年美國學者提出的公開密鑰密碼體制，克服了網絡信息系統密鑰管理的困難，同時解決了數字簽名問題，它是當前研究的熱點。而電子商務的安全性已是當前人們普遍關注的焦點，目前正處于研究和發(fā)展階段，它帶動了論證理論、密鑰管理等研究，由于計算機運算速度的不斷提高，各種密碼算法面臨著新的密碼體制，如量子密碼、DNA密碼、混沌理論等密碼新技術正處于探索之中。因此網絡安全技術在21世紀將成為信息網絡發(fā)展的關鍵技術，21世紀人類步入信息社會后，信息這一社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源需要網絡安全技術的有力保障，才能形成社會發(fā)展的推動力。在我國信息網絡安全技術的研究和產品開發(fā)仍處于起步階段，仍有大量的工作需要我們去研究、開發(fā)和探索，以走出有中國特色的產學研聯合發(fā)展之路，趕上或超過發(fā)達國家的水平，以此保證我國信息網絡的安全，推動我國國民經濟的高速發(fā)展。 

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