本书从应用的角度介绍信息系统安全原理，围绕防护、检测、响应和恢复，重点介绍了数据加密、认证技术、访问控制、入侵与攻击、网络防范和安全管理，内容覆盖了当前有关信息系统安全的基本技术。书中不但提供了较为充分的习题，还设计了17个旨在提高学习者动手能力并发挥其创造性的实验。

本书深入浅出、富有哲理、结构新颖，紧扣理论本质，实践性强，适合学习，可以激发学生的学习热情。本书适合作为计算机科学与技术专业、信息管理与信息系统专业和信息安全专业的“信息系统安全”课程的教材或教学参考书，也可供有关技术人员参考。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

20世纪三四十年代，一直摸索着前进的计算技术与刚走向成熟的电子技术结缘。这一结合，不仅孕育了新一代计算工具--电子计算机，还产生了当时谁也没有料到的巨大效应： 电子计算机--这种当初为计算而开发出来的工具，很快就超出计算的范畴，成为“信息处理机”的代名词。

信息能促成管理系统的优化，促进组织创新，绩效不断上升；信息能提高计划与决策的科学性和及时性，是信息时代组织生存、发展、竞争制胜的有力武器；信息能革新企业内部的生产力要素结构，使资源转换系统的生产率大幅度提高，并同时以不断增加的柔性适应市场需求结构和消费结构的快速变化。

随着信息技术的发展与广泛应用，人类开始能够高效率地开发并利用信息，信息资源对人类社会的作用得以有效地发挥，并逐步超过材料和能源成为人类社会的重要支柱，信息化成为一个时代的口号。与此同时，信息资源开发与管理人才越来越广受社会青睐。

信息管理与信息系统专业是一个培养信息化人才的专业，是一个培养信息资源开发与管理方面的专门人才的专业。从知识结构上看，它处在管理学、信息科学与技术和有关专业领域的交叉点上。它对技术有极高的要求，又要求对组织有深刻的理解，对行为有合理的组织，反映了科学与人本融合的特点。这种交叉与融合正是信息管理与信息系统专业最重要的特征，是别的学科或专业难以取代和涵盖的。但是，从20世纪70年代末开始创办到90年代初，尽管国内设有该专业的院校已经上升到150多所，但还没有形成很好反映自己特色的一个教材体系。1991年全国10所院校的信息管理专业的负责人在太原召开第一次研讨会，异口同声地谈起创建一套符合专业需要的教材体系话题。此后，经过1993年在大连、1995年在武汉召开的会议，又有更多的院校加入到了这一研讨之中。这些研讨活动得到了国家教委有关部门的赞许和支持。通过研讨，大家在建设具有专业特点的教材体系、改变简单照搬其他专业教材上取得了共识。1996年正式启动这个项目，经协商由张基温教授担任主编，由魏晴宇教授、陈禹教授担任顾问。在清华大学出版社的大力支持下，从1997年起这套我国信息管理与信息系统专业的第一套系列教材陆续问世。迄今已经10年多，当初规划的七八本教材已经扩展到30多本，形成了一套品种多样、影响面广的系列教材，不仅为信息管理和信息系统专业建设做出了贡献，而且也被许多计算机专业所选用。这些都是编委会全体同仁和作者、广大使用本系列教材的师生以及出版社的编辑们辛勤劳动的结果。

同时，我们也欣喜地看到，10年来，信息管理与信息系统专业也有了较大的发展，不仅其规模已经发展到500多个教学点，而且随着信息化的纵深推进，随着电子商务、电子政务和企业信息化的发展，专业的教学内容也与时俱进地深化和更新，从过去的围绕信息系统分析与设计，已经延伸到信息资源的开发与管理；专业的定位也逐步明晰，即为信息化建设与管理培养人才。同时，近年来围绕提高教学质量，许多学校开展了精品课程建设和教材建设。这些都标志这个专业正在走向成熟。

成熟的专业，需要优秀教材的支持。为此，我们将重新审视并陆续修订这套教材。在这套教材问世10周年之际，我们再一次表示一个心愿： 希望与全国的同行共勉，在教材和专业建设上齐心协力，做出更大贡献。我们将在原来的基础上，重新审视，不断补充，不断修改，不断完善。对于它的任何建设性意见，都是我们非常期盼的。为此，这套教材将具有充分的开放性： 每一本教材都是一个原型，每一位有志者对它的建设性意见都将会被采纳，并享有自己的知识产权，以使它们逐步成为精品。

《高等院校信息管理与信息系统专业系列教材》编委会

2007年1月28日前  言

信息系统是重要的，重要的系统会导致过多的攻击，需要特别保护。信息系统是复杂的，复杂的系统是脆弱的，脆弱的系统需要特别保护。信息系统具有虚拟性，虚拟的系统给安全保护带来很大困难。现代信息系统是开放的，开放的系统会带来更多的风险。

重要、风险、虚拟和困难造就了信息系统安全攻防博弈的战场，也加速了信息安全技术和管理的快速发展，使得信息系统安全的知识体系不断扩大。

本书围绕防护、检测、响应和恢复，把有关信息系统安全的知识按照数据保密、认证、访问控制、系统攻击、网络防护和信息系统安全管理的结构进行组织。在内容的选材上，采取的原则是：重点内容详细介绍，次要内容只作一般介绍。

本书每章后都配备了较多的习题。这些习题有不同的类型：

 有些要思考、总结；

 有些要进一步理解；

 有些要自己想象；

 有些是要自己查找资料；

 有些要动手实验。

本人期望通过这些习题使学习者的自学能力和动手能力有较大提高。

本书在编写过程中参考了大量资料。这些资料有的引自国内外论文，有的引自其他著作，有的引自网站。虽本人尽心在参考文献中予以列出，但尚有许多疏漏，也受篇幅所限，恕不能一一列出。在此谨向有关作者致谢并表歉意。

在编写过程中，蒋中云、王玉斐、魏士婧、裴浩、张秋菊、张展赫、戴璐等人参与了部分工作，并制作了课件。

计算机信息系统安全是一个涉及广泛、发展迅速的领域。尽管本人尽力想把它编写好，但客观和主观的能力所限，实在是心有余而力不足。希望读者和有关专家不吝指正，以便适当的时候进一步修订。

张基温

2006年8月18日

第0章 引论1

0.1 信息系统风险1

0.1.1 信息系统及其重要性1

0.1.2 信息系统安全威胁1

0.1.3 信息系统安全的脆弱性4

0.1.4 风险=脆弱性+威胁6

0.2 信息系统安全概念7

0.2.1 基于通信保密的信息系统安全概念7

0.2.2 基于信息系统防护的信息系统安全概念9

0.2.3 基于信息保障的信息系统安全概念10

0.2.4 基于经济学的信息系统安全概念13

0.3 信息系统安全体系15

0.3.1 OSI安全体系的安全服务16

0.3.2 OSI安全体系安全机制18

0.3.3 信息系统的安全管理20

0.3.4 信息系统安全的防御原则23

习题25

第1章 数据保密26

1.1 数据加密技术概述26

1.1.1 替代密码26

1.1.2 换位密码27

1.1.3 简单异或28

1.1.4 分组密码28

1.1.5 对称密码体制和非对称密码体制28

1.1.6 密钥的安全与公开密码体制29

实验1 加密博弈30

1.2 数据加密标准算法31

1.2.1 DES及其基本思想31

1.2.2 DES加密过程细化31

1.2.3 关于DES安全性的讨论36

1.2.4 其他对称加密算法38

1.3 公开密钥算法RSA38

1.3.1 RSA数学基础38

1.3.2 RSA加密密钥的产生39

1.3.3 RSA加密/解密过程39

1.3.4 RSA安全性分析40

实验2 RSA公开密钥系统的实现41

1.4 密钥管理42

1.4.1 密钥管理的一般过程42

1.4.2 密钥分配方法举例43

1.5 信息隐藏概述46

1.5.1 信息隐藏的概念46

1.5.2 信息隐藏处理过程47

1.5.3 信息隐藏技术分类47

习题48

第2章 认证技术49

2.1 报文鉴别49

2.1.1 数据完整性保护概述49

2.1.2 报文鉴别与报文摘要数据完整性保护概述50

2.1.3 报文摘要算法51

实验3 实现报文认证算法54

2.2 数字签名55

2.2.1 直接数字签名和数字签名标准DSS55

2.2.2 有仲裁的数字签名56

实验4 加密软件PGP的使用57

2.2.3 应用实例--安全电子交换协议SET59

2.3 身份证明机制64

2.3.1 口令64

2.3.2 生物特征信息65

2.3.3 智能卡与电子钥匙身份验证67

2.3.4 数字证书68

2.4 认证协议70

2.4.1 单钥加密认证协议70

2.4.2 Kerberos认证系统72

2.4.3 公钥加密认证协议75

2.4.4 X.509标准76

实验5 证书制作及CA系统配置80

2.5 基于认证的Internet安全81

2.5.1 IPsec81

2.5.2 SSL86

2.5.3 VPN89

实验6 实现一个VPN连接91

习题92

第3章 访问控制94

3.1 系统访问控制94

3.1.1 访问控制的二元关系描述94

3.1.2 自主访问控制与强制访问控制97

3.1.3 基于角色的访问控制策略98

实验7 用户账户管理与访问权限设置99

3.2 网络的逻辑隔离105

3.2.1 数据包过滤105

实验8 ACL配置111

3.2.2 网络地址转换112

实验9 NAT配置114

3.2.3 代理技术115

实验10 代理服务器的配置及功能分析117

3.3 网络的物理隔离120

3.3.1 物理隔离的概念120

3.3.2 网络物理隔离技术121

习题123

第4章 信息系统入侵与攻击124

4.1 计算机病毒125

4.1.1 计算机病毒的特征125

4.1.2 计算机病毒分类126

4.1.3 计算机病毒的基本机制128

4.1.4 典型计算机病毒分析129

4.1.5 计算机病毒防治135

实验11 病毒发现的现象观察和工具检测140

4.2 蠕虫141

4.2.1 蠕虫的特征及其传播过程141

4.2.2 蠕虫的重要机制和功能结构144

4.2.3 蠕虫举例145

4.3 特洛伊木马146

4.3.1 特洛伊木马及其类型146

4.3.2 特洛伊木马的特征148

4.3.3 特洛伊木马的传播形式148

4.3.4 特洛伊木马的基本技术149

实验12 判断并清除木马150

4.4 陷门151

4.4.1 陷门及其特征151

4.4.2 常见陷门举例152

4.4.3 一些常见陷门工具154

4.5 电子欺骗攻击154

4.5.1 IP欺骗154

4.5.2 TCP会话劫持156

4.5.3 ARP欺骗157

4.5.4 DNS欺骗158

4.5.5 Web欺骗160

4.6 信息获取攻击161

4.6.1 口令攻击161

4.6.2 Sniffer165

实验13 Sniffer工具的使用166

4.6.3 扫描器172

实验14 系统扫描177

4.7 代码漏洞攻击178

4.7.1 缓冲区溢出攻击178

4.7.2 格式化字符串攻击180

4.8 拒绝服务攻击182

4.8.1 拒绝服务攻击典型举例183

4.8.2 分布式拒绝服务攻击185

实验15 拒绝服务攻击演示190

4.9 关于恶意代码与黑客191

4.9.1 恶意代码191

4.9.2 黑客攻击192

习题194

第5章 信息系统防卫196

5.1 防火墙技术196

5.1.1 防火墙的功能196

5.1.2 网络防火墙的基本结构197

5.1.3 网络防火墙的局限200

实验16 为一个组织配置带有DMZ防火墙201

5.2 信息系统安全审计和报警205

5.2.1 安全审计及其分类205

5.2.2 安全审计模型206

5.2.3 安全审计日志207

5.3 入侵检测207

5.3.1 入侵检测系统及其功能207

5.3.2 入侵检测原理208

5.3.3 入侵检测系统的功能结构209

5.3.4 入侵检测系统的实现215

5.3.5 入侵检测产品的选择217

实验17 构建一个IDS217

5.4 网络诱骗219

5.4.1 蜜罐219

5.4.2 蜜网技术220

5.4.3 常见网络诱骗工具及产品222

5.5 计算机取证222

5.5.1 数字证据的特点223

5.5.2 数字取证的基本原则223

5.5.3 数字取证的一般步骤224

5.5.4 数字取证的基本技术和工具225

5.5.5 数字证据的法律问题227

5.6 数据容错、数据容灾和数据备份228

5.6.1 数据容错229

5.6.2 数据容灾230

5.6.3 数据备份232

习题233

第6章 信息系统安全管理235

6.1 信息系统安全测评认证235

6.1.1 国际信息安全评价标准235

6.1.2 中国信息安全等级保护准则238

6.1.3 信息安全测评认证体系243

6.2 信息系统安全风险评估244

6.2.1 信息系统安全风险评估的基本问题244

6.2.2 信息系统安全风险评估过程246

6.3 信息系统安全策略252

6.3.1 基于网络的安全策略252

6.3.2 基于主机的安全策略253

6.3.3 基于设施的安全策略255

6.3.4 基于数据管理的安全策略256

6.3.5 信息系统开发、运行和维护中的安全策略256

6.3.6 基于安全事件的安全策略257

6.3.7 与开放性网络连接的信息系统应追加的安全措施257

6.4 应急响应与灾难恢复258

6.4.1 应急响应组织258

6.4.2 紧急预案259

6.4.3 灾难恢复261

习题263

参考文献265