《网络信息安全》教案

西南林业大学理学院

信息安全技术教案

课程名称：信息安全技术

课程类型：必修

课程学时：48

授课方式：课堂讲授

授课专业：信息与计算科学

教 师 ： 谢爽

职 称 ： 讲师

基本教材：《信息安全技术》赵泽茂、吕秋云

朱芳等编著 西安电子科技大学出版社

第一章:网络安全概述

一． 教学目标和基本要求

（1）明确安全的基本概念以及计算机网络系统所面临的几种威胁。

（2）了解黑客攻击手段和方法。

（3）了解计算机病毒的种类及危害

（4）理解信息安全风险的风险和威胁

（5）掌握信息安全的基本目标

二． 教学重点与难点 信息安全的概念及其保障体系模型。

三 授课方式

讲述计算机网络的应用和规模，现在存在的网络安全的问题，引入课程，讲解本门课程的主要讲述内容。理论结合实际，互动式教学，引导学生主动思考

四 教学设计

1、讲解信息安全课程的主要内容和结构（20分钟）

2、介绍网络新的应用及网络安全的主要威胁。（15分钟）

3、黑客知识简绍。（15分钟）

4、计算机病毒的种类及危害。（10分钟）

5、信息安全的起源和常见威胁（10分钟）

6、信息安全的几个目标并且举列子解释（10分钟）

7、介绍如何评价一个系统或者应用软件的安全等级。（10分钟）

8、课程小结。（10分钟）

五 内容的深化和拓宽

列举现实生活的列子深化信息安全的目标，评价一个系统的安全等级拓宽知识点

六． 教学内容与学时分配

课次 周次 教学内容

1 9 1.1 信息安全的概念

1 9 1.2 信息安全系统面临的威胁和技术隐患

1 9 1.3信息安全的重要性与严重性

1 9 1.4信息安全的起源和常见威胁

1 9 1.5信息安全的目标

1.1 信息安全的概述

计算机带来网络新的应用：电子商务（Electronic Commerce） ，电子现金（Electronic Cash） ，数字货币（Digital Cash），网络银行（Network Bank），电子政务，十二金工程， 国家机密、军事机密。伴随而来的是各种网络安全威胁：自然灾害、意外事故，硬件故障、软件漏洞，人为失误，计算机犯罪、黒客攻击，内部泄露、外部泄密，信息丢失、电子谍报、信息战，网络协议中的缺陷。

1.2 信息安全的重要性

列举各种典型的黑客入侵事件：（1）典型事件

（1）1960’s

John Draper （嘎扎上尉）,利用哨声制造了精确的音频输入话筒开启电话线路，进行免费长途电话。

Steve Jobs（伯克利蓝） ,Steve Wozniak（橡树皮）,制作“蓝盒子”入侵电话系统。

（2）1970’s

凯文.米特尼克（1979年年仅15岁）闯入美国空中防务指挥部的计算机主机

（3）1980’s 1988年11月24日，罗伯特.莫里斯的“莫里斯”蠕虫病毒入侵计算机网络，直接经济损失9600万美元。

(4) 1990’s ,

黑客入侵美国空军基地，航空管理局，银行的计算机

各种病毒的危害及带来的重大损失，网络信息系统存在的安全漏洞和隐患层出不穷，利益驱使下的地下黑客产业继续发展，网络攻击的种类和数量成倍增长，终端用户和互联网企业是主要的受害者，基础网络和重要信息系统面临着严峻的安全威胁。2008年各种网络安全事件与2007年相比都有显著增加。在地下黑色产业链的推动下，网络犯罪行为趋利性表现更加明显，追求经济利益依然是主要目标。黑客往往利用仿冒网站、伪造邮件、盗号木马、后门病毒等，并结合社会工程学，窃取大量用户数据牟取暴利，包括网游账号、网银账号和密码、网银数字证书等。信息系统软件的安全漏洞仍然是互联网安全的关键问题，安全漏洞问题变得越来越复杂和严重。因此，保护信息安全问题日益重要

1.3 信息安全的起源和常见威胁

信息安全的风险来自于以下方面：

1.物理因素：计算机本身和外部设备乃至网络和通信线路面临各种风险，如各种自然灾害、人为破坏、操作失误、设备故障、电磁干扰、被盗和各种不同类型的不安全因素所致的物质财产损失、数据资料损失等。

2.系统因素：组件的脆弱性和TCP/IP协议簇先天不足

3.网络因素：各种类型的攻击

4.应用因素：内部操作不当 ，内部管理不严造成系统安全管理失控 ，来自外部的威胁和犯罪

5.管理因素：单纯依靠安全设备是不够的，它是一个汇集了硬件、软件、网络、人以及他们之间的相互关系和接口的系统

1.4 信息安全的目标

信息安全的基本目标应该是保护信息的机密性、完整性、可用性、可控性和不可抵赖性。（1）机密性：保密性是指网络中的信息不被非授权实体(包括用户和进程等)

访问，即使非授权用户得到信息也无法知晓信息的内容，因而不能使用。（2）完整性：完整性是指数据未经授权不能进行改变的特性，即信息在存储或传输过程中保持不被修改、不被破坏和丢失的特性。（3）可用性：指授权用户在需要时能不受其他因素的影响，方便地使用所需信息。这一目标是对信息系统的总体可靠性要求。（4）可控性：指信息在整个生命周期内都可由合法拥有者加以安全的控制。（5）不可抵赖性：指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。

第二章 信息保密技术

一． 教学目标和基本要求

（1）了解加密的基本概念和相关的术语

（2）掌握加密技术的分类

（3）掌握对称加密技术的原理及主要算法的具体实现

（4）掌握公钥加密技术的原理及主要算法的具体实现

(5)了解PGP算法及其应用

二． 教学重点与难点

加密、解密、密码体制的概念，替代密码和置换密码方法，DES的加密、解密思想，RSA加密算法的概念以及实现算法，PGP加密的原理和实现 三 授课方式

对于想要保密的内容如何进行加密，加密能达到什么程度？引入课程，讲解本门课程的主要讲述内容。理论结合实际，互动式教学，引导学生主动思考

四 教学设计

1、讲解密码学概述：明文，密文，鉴别、完整性和抗抵赖性，算法和密钥，对称算法，公开密钥算法。（30分钟）

2、讲解DES对称加密技术：56位密钥来加密64位数据的方法，DES算法的历史。DES算法的安全性，DES算法的实现步骤，DES算法的应用误区。（40分钟）

3 讲解非对称密码技术，代表算法，RSA算法演示(30分钟)

4、讲解RSA算法的原理：利用RSA加密时，明文以分组的方式加密：每一个分组的比特数应该小于log2n比特。加密明文x时，利用公钥(b, n)来计算c=xb mod n就可以得到相应的密文c。解密的时候，通过计算ca mod n就可以恢复出明文x。RSA体制，RSA算法的安全性。（45分钟）

4、讲解PGP（Pretty Good Privacy）加密技术：基于RSA公钥加密体系的邮件加密软件。PGP加密软件，使用PGP产生密钥，使用PGP加密文件，使用PGP加密邮件（45分钟）

6、课程小结。（10分钟）

五 内容的深化和拓宽

通过演示DES和RSA加密过程来深化学生对加密算法的了解。

六． 教学内容与学时分配

课次 周次 教学内容

2 9 2.1 密码学的概述

2 9 2.2 对称密码体制

2 9 2.3 非对称密码体制

3 10 2.4 RSA密码算法

3 10 2.5 密码学的应用

2.1密码学的概述

密码学(Cryptology)研究进行保密通信和如何实现信息保密的问题，具体指通信保密传输和信息存储加密等。它以认识密码变换的本质、研究密码保密与破译的基本规律为对象，主要以可靠的数学方法和理论为基础，对解决信息安全中的机密性、数据完整性、认证和身份识别，对信息的可控性及不可抵赖性等问题提供系统的理论、方法和技术。

密码学包括两个分支: 密码编码学(Cryptography)和密码分析学(Cryptanalyst)。密码编码学研究怎样编码、如何对消息进行加密，密码分析学研究如何对密文进行破译。下面是密码学中一些常用的术语: 明文(Message): 指待加密的信息，用M或P表示。明文可能是文本文件、位图、数字化存储的语音流或数字化的视频图像的比特流等。明文的集合构成明文空间，记为SM={M}。密文(Ciphertext): 指明文经过加密处理后的形式，用Ｃ表示。密文的集体构成密文空间，记为SC={C}。

密钥(Key): 指用于加密或解密的参数，用K表示。密钥的集合构成密钥空间，记为SK={Ｋ}。

加密(Encryption): 指用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程。

密码系统模型：

2.2 对称密码体制

对称密码体制对于大多数算法而言，解密算法是加密算法的逆运算，加密密钥和解密密钥相同，满足关系: M=DK(C)=DK(EK(M))。对称密码体制的开放性差，要求通信双方在通信之前商定一个共享密钥，彼此必须妥善保管。对称密码体制分为两类: 一类是对明文的单个位(或字节)进行运算的算法，称为序列密码算法，也称为流密码算法(Stream

Cipher); 另一类算法是把明文信息划分成不同的块(或小组)结构，分别对每个块(或小组)进行加密和解密，称为分组密码算法。 序列密码是将明文划分成单个位(如数字0或1)作为加密单位产生明文序列，然后将其与密钥流序列逐位进行模2加运算，用符号表示为，其结果作为密文的方法。

1. DES加密算法流程

DES算法的加密过程如图2-4-6所示。

(1) 初始置换IP

初始置换方法是将64位明文的位置顺序打乱，表中的数字代表64位明文的输入顺序号，表中的位置代表置换后的输出顺序，表中的位置顺序是先按行后按列进行排序。

(2) 乘积变换(16轮迭代)

乘积变换部分要进行16轮迭代，如图2-4-8所示。将初始置换得到的64位结果分为两半，记为L0和R0，各32位。设初始密钥为64位，经密钥扩展算法产生16个48位的子密钥，记为K1，K2，…，K16，每轮迭代的逻辑关系为

其中1≤i≤16，函数是每轮变换的核心变换

(3) 逆初始置换IP-1

逆初始置换IP-1与初始置换正好相反，如图2-4-9所示。例如，处在第1位的比特位置换后排在第58位，处在第2位的比特位置换后排在第50位。逆初始置换后变为m1′m2′…

m64′=m40m8…m25。逆初始置换表中的位序特征: 64位输入依然按8行8列进行排列，1~8按列从下往上进行排列，然后是9~16排在右边一列，依次进行排4列，然后从33开始排在第一列的左边，从41开始排在第二列的左边，交叉进行。