在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐中,專業(yè)能力與理論知識同等重要。本書基于對抗式學(xué)習(xí)的教學(xué)理念對網(wǎng)絡(luò)安全的基本知識和技術(shù)進(jìn)行介紹與分析,并通過實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)安全對抗項目培養(yǎng)和評價學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)能力。
全書共分3篇: 第1篇(第1、2章)為基礎(chǔ)篇,著重介紹網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的基礎(chǔ)知識,包括網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)安全對抗和密碼學(xué)的基本概念與技術(shù); 第2篇(第3~7章)為技術(shù)篇,分別介紹遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)掃描、拒絕服務(wù)攻擊、防火墻、入侵檢測5種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),從對抗的視角介紹技術(shù)的發(fā)展歷程,針對每種技術(shù)給出一個具體的網(wǎng)絡(luò)安全對抗項目; 第3篇(第8章)為拓展篇,介紹網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的其他技術(shù),包括惡意軟件、高級持續(xù)性威脅和人工智能技術(shù)。全書提供了大量網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)際案例,每章附有思考題。
本書適合作為高等院校計算機(jī)專業(yè)、信息安全專業(yè)高年級本科生、研究生的教材,也可供對計算機(jī)技術(shù)比較熟悉并且對網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)有所了解的開發(fā)人員、廣大科技工作者和研究人員參考。
項目導(dǎo)向:通過實(shí)戰(zhàn)演練,提升網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)能力
體系完整:融合密碼學(xué)、防火墻、入侵檢測等多元知識
全面深入:包括遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)掃描、拒絕服務(wù)攻擊等關(guān)鍵技術(shù)
對抗式學(xué)習(xí):引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)革新,以對抗實(shí)戰(zhàn),提升專業(yè)技能
新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造。黨的二十大報告強(qiáng)調(diào)必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力,深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道,不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。建設(shè)高質(zhì)量高等教育體系是擺在高等教育面前的重大歷史使命和政治責(zé)任。高等教育要堅持國家戰(zhàn)略引領(lǐng),聚焦重大需求布局,推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè),加快培養(yǎng)緊缺型人才。
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全(以下簡稱網(wǎng)絡(luò)安全)關(guān)乎國家安全和社會穩(wěn)定,也影響著大眾的日常生活。近年來,我國政府和各企事業(yè)單位對信息安全人才的需求與日俱增,但從事網(wǎng)絡(luò)安全工作的高校畢業(yè)生在數(shù)量和質(zhì)量方面與就業(yè)單位的實(shí)際需求還存在差距。從事網(wǎng)絡(luò)安全工作的專業(yè)人員不僅需要掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識,還需要具備相關(guān)的專業(yè)能力。如何提高學(xué)生對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)興趣,同時培養(yǎng)和評價他們的專業(yè)能力是當(dāng)前高等教育面臨的一個難題。
對抗性是網(wǎng)絡(luò)安全的一個顯著特征。典型的網(wǎng)絡(luò)安全對抗活動包括網(wǎng)絡(luò)攻防比賽、實(shí)戰(zhàn)演練、網(wǎng)絡(luò)入侵和信息戰(zhàn)等。為了突顯網(wǎng)絡(luò)安全的這一特征,本書作者提出了對抗式學(xué)習(xí)教學(xué)法,它是一種通過多輪對抗活動提高學(xué)生專業(yè)技能的教學(xué)方法。該方法有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)和評價他們的專業(yè)能力。在過去幾年的課程教學(xué)中,作者對該方法進(jìn)行了實(shí)踐和改進(jìn),并以此為基礎(chǔ)撰寫本書。
本書具有以下特點(diǎn)。
(1) 突出網(wǎng)絡(luò)安全的對抗性。本書的最大特點(diǎn)是從對抗的視角看待網(wǎng)絡(luò)安全。第1章介紹了網(wǎng)絡(luò)安全中典型的對抗活動,并給出網(wǎng)絡(luò)安全對抗模型,第3~7章均討論了對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的對抗特點(diǎn),并給出網(wǎng)絡(luò)安全對抗項目,便于學(xué)生開展分組對抗活動。
(2) 重視專業(yè)能力的培養(yǎng)。通過網(wǎng)絡(luò)安全對抗項目,本書致力于培養(yǎng)學(xué)生具有以下五方面的能力: ①使用專業(yè)工具開展網(wǎng)絡(luò)攻擊和防御的能力; ②通過觀察和數(shù)據(jù)分析得出恰當(dāng)結(jié)論的能力; ③查閱參考資料并運(yùn)用新技術(shù)的能力; ④編寫程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的能力; ⑤通過口頭和書面形式進(jìn)行交流和匯報的能力。
(3) 提供大量網(wǎng)絡(luò)安全案例。本書在介紹具體的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)時給出了一些實(shí)際的案例,這些案例可以幫助讀者理解知識原理和技術(shù)應(yīng)用,體會網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐的對抗特征。
(4) 介紹最新技術(shù)及發(fā)展歷程。網(wǎng)絡(luò)安全是一門迅速發(fā)展的學(xué)科。為了反映這一特點(diǎn),本書對一些最新的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)進(jìn)行了介紹,其中包括人工智能技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)安全的影響。此外,本書還從技術(shù)對抗的角度介紹了幾種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的發(fā)展歷史。
全書共8章。第1章為網(wǎng)絡(luò)安全概述,介紹網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的基礎(chǔ)知識及網(wǎng)絡(luò)安全對抗活動和對抗模型; 第2章為密碼學(xué)基礎(chǔ),總結(jié)了各種類型的密碼算法及它們在一些重要的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中的應(yīng)用; 第3~7章分別介紹遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)掃描、拒絕服務(wù)攻擊、防火墻、入侵檢測等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),從對抗的視角介紹技術(shù)的發(fā)展歷程,針對每種技術(shù)給出一個具體的網(wǎng)絡(luò)安全對抗項目,以培養(yǎng)和評價學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)能力; 第8章為其他網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),包括惡意軟件、高級持續(xù)性威脅和人工智能技術(shù)。
作者建議利用本書開展教學(xué)可采用對抗式學(xué)習(xí)方法,具體過程參見1.4.1節(jié)。本書支持翻轉(zhuǎn)模式、項目模式、實(shí)驗(yàn)?zāi)J胶妥詫W(xué)模式等四種使用方式,具體方式參見1.4.2節(jié)。
為了便于教學(xué),本書配有教學(xué)課件和教學(xué)視頻等教學(xué)資源,供讀者查閱。
在本書的編寫過程中參考了多部網(wǎng)絡(luò)安全方面的教材及著作,尤其是威廉·斯托林斯編著的《網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)(第6版 )》(清華大學(xué)出版社),楊家海、安常青編著的《網(wǎng)絡(luò)空間安全拒絕服務(wù)攻擊檢測與防御》(人民郵電出版社),李德全編著的《拒絕服務(wù)攻擊》(電子工業(yè)出版社),馬春光、郭方方編著的《防火墻、入侵檢測與VPN》(北京郵電大學(xué)出版社),陳波、于泠編著的《防火墻技術(shù)與應(yīng)用》(第2版,機(jī)械工業(yè)出版社),方濱興主編的《人工智能安全》(電子工業(yè)出版社)。作者在閱讀以上教材和專著的過程中受到很多啟發(fā)和幫助,在此致以由衷的感謝。本書作者還查閱了19672023年間的共計200多篇學(xué)術(shù)文獻(xiàn),受篇幅所限無法一一列出,在此對他們的研究工作表示感謝。
在本書的編寫過程中,清華大學(xué)出版社的編輯提出了許多寶貴的意見,在此表示最誠摯的感謝!此外,張楊、趙卓然、楊帆、向君、王兆鵬、邱禹譚、夏聞遠(yuǎn)等為本書的撰寫提供了大量協(xié)助,作者對他們的工作表示感謝。
由于作者水平有限,書中難免存在缺點(diǎn)和錯誤,敬請讀者及各位專家批評指正。
作者
2024年4月
隨書資源
第1篇基礎(chǔ)篇
第1章網(wǎng)絡(luò)安全概述
1.1網(wǎng)絡(luò)威脅與網(wǎng)絡(luò)攻擊
1.2OSI安全體系結(jié)構(gòu)
1.2.1安全服務(wù)
1.2.2安全機(jī)制
1.3網(wǎng)絡(luò)安全對抗
1.3.1網(wǎng)絡(luò)安全對抗活動
1.3.2網(wǎng)絡(luò)安全對抗模型
1.4本書的使用方法
1.4.1對抗式學(xué)習(xí)教學(xué)法
1.4.2本書使用方法
思考題
第2章密碼學(xué)基礎(chǔ)
2.1對稱加密
2.1.1分組密碼
2.1.2流密碼
2.2公鑰密鑰體制
2.2.1非對稱加密
2.2.2數(shù)字簽名
2.2.3對稱密鑰分發(fā)
2.3安全散列函數(shù)
2.4IPSec協(xié)議
2.4.1AH協(xié)議
2.4.2ESP協(xié)議
2.5SSL/TLS協(xié)議
2.5.1握手協(xié)議
2.5.2記錄協(xié)議
2.6S/MIME協(xié)議
思考題
第2篇技術(shù)篇
第3章遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證
3.1概述
3.1.1用途與挑戰(zhàn)
3.1.2遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證方式
3.2基于口令的遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證
3.2.1常見的口令攻擊方式
3.2.2口令選擇策略
3.2.3安全散列函數(shù)與鹽值
3.2.4驗(yàn)證碼
3.3基于數(shù)字簽名的遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證
3.3.1使用數(shù)字簽名實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證
3.3.2數(shù)字證書
3.4基于生物特征的遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證
3.4.1生物特征及遠(yuǎn)程認(rèn)證過程
3.4.2指紋識別技術(shù)
3.4.3人臉識別技術(shù)
3.5遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證中的對抗
3.6驗(yàn)證碼破解對抗項目
3.7參考文獻(xiàn)
思考題
第4章網(wǎng)絡(luò)掃描
4.1基本知識
4.1.1概述
4.1.2掃描技術(shù)的分類
4.2勘探掃描
4.2.1IP掃描
4.2.2ICMP掃描
4.2.3TCP掃描
4.2.4UDP掃描
4.3識別掃描
4.3.1服務(wù)識別
4.3.2棧指紋技術(shù)
4.3.3SNMP服務(wù)
4.4服務(wù)掃描
4.4.1網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)
4.4.2SSL/TLS服務(wù)
4.4.3文件共享服務(wù)
4.4.4數(shù)據(jù)庫服務(wù)
4.4.5郵件服務(wù)
4.5漏洞掃描
4.5.1漏洞的分類
4.5.2漏洞掃描技術(shù)
4.6網(wǎng)絡(luò)掃描中的對抗
4.7網(wǎng)絡(luò)掃描攻擊對抗項目
4.8參考文獻(xiàn)
思考題
第5章拒絕服務(wù)攻擊
5.1概述
5.2拒絕服務(wù)攻擊的分類
5.2.1根據(jù)攻擊原理分類
5.2.2根據(jù)攻擊目標(biāo)分類
5.2.3根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次分類
5.2.4根據(jù)攻擊流量速率分類
5.2.5根據(jù)攻擊源分布模式分類
5.2.6根據(jù)攻擊技術(shù)分類
5.3典型的拒絕服務(wù)攻擊
5.3.1Land攻擊
5.3.2Teardrop攻擊
5.3.3Ping of Death攻擊
5.3.4洪水型拒絕服務(wù)攻擊
5.3.5Smurf攻擊
5.4僵尸網(wǎng)絡(luò)與DDoS攻擊
5.4.1基本概念
5.4.2利用僵尸網(wǎng)絡(luò)發(fā)動DDoS攻擊的一般過程
5.4.3僵尸網(wǎng)絡(luò)模型
5.5拒絕服務(wù)攻擊的檢測與防御
5.5.1拒絕服務(wù)攻擊的檢測
5.5.2拒絕服務(wù)攻擊的防御
5.6拒絕服務(wù)攻擊中的對抗
5.7拒絕服務(wù)攻擊對抗項目
5.8參考文獻(xiàn)
思考題
第6章防火墻
6.1概述
6.1.1防火墻的定義
6.1.2防火墻的功能
6.1.3防火墻的分類
6.1.4防火墻的基礎(chǔ)技術(shù)
6.1.5防火墻的安全技術(shù)要求
6.1.6防火墻的不足
6.2防火墻的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
6.2.1包過濾技術(shù)
6.2.2狀態(tài)檢測技術(shù)
6.2.3代理技術(shù)
6.2.4虛擬專用網(wǎng)技術(shù)
6.3防火墻的體系結(jié)構(gòu)
6.3.1屏蔽路由器結(jié)構(gòu)
6.3.2雙宿堡壘主機(jī)結(jié)構(gòu)
6.3.3屏蔽主機(jī)結(jié)構(gòu)
6.3.4屏蔽子網(wǎng)結(jié)構(gòu)
6.4防火墻中的對抗
6.5防火墻攻防對抗項目
6.6參考文獻(xiàn)
思考題
第7章入侵檢測技術(shù)
7.1概述
7.1.1入侵檢測的概念
7.1.2入侵檢測系統(tǒng)的主要作用
7.1.3入侵檢測系統(tǒng)的性能指標(biāo)
7.1.4入侵檢測的過程
7.1.5入侵檢測系統(tǒng)的分類
7.1.6入侵檢測系統(tǒng)的不足
7.2入侵檢測系統(tǒng)的基本模型
7.2.1入侵檢測專家系統(tǒng)模型
7.2.2分布式入侵檢測系統(tǒng)模型
7.2.3通用入侵檢測框架
7.3入侵檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源
7.3.1基于主機(jī)的數(shù)據(jù)源
7.3.2基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)源
7.3.3應(yīng)用程序日志文件
7.3.4其他數(shù)據(jù)源
7.4入侵分析的過程與方法
7.4.1入侵分析的過程
7.4.2入侵分析的方法
7.5入侵檢測中的對抗
7.6入侵檢測項目
7.7參考文獻(xiàn)
思考題
第3篇拓展篇
第8章其他網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)
8.1惡意軟件的威脅與防御
8.1.1概述
8.1.2惡意軟件的感染機(jī)制
8.1.3惡意軟件的破壞行為
8.1.4防護(hù)措施
8.2高級持續(xù)性威脅及其防御
8.2.1概述
8.2.2APT的攻擊過程與技術(shù)
8.2.3APT攻擊的檢測
8.3人工智能在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用
8.3.1人工智能的基本概念
8.3.2利用人工智能技術(shù)發(fā)動網(wǎng)絡(luò)攻擊
8.3.3利用人工智能技術(shù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全
思考題