8-1 資訊安全的基本原則 8-2 資料機密性
8-3 資料完整性
8-4 系統可用性
8-5 網路攻擊
8-6 網路防護
8-7 資訊倫理
2
資料機密性（ confidentiality ）
防止未經授權的第三者取得資料 資料完整性（ integrity ）
避免資料遭到竄改 系統可用性（ availability ）
旨在確保資料和系統可以可靠即時地取得信賴性（ authenticity ）
資料本身或是資料的來源是可以被驗證究責性（ accountability ）
確保資料的不可否認性（ nonrepudiation ）
提供可靠的紀錄
可依據紀錄追溯出應負責的個體4
通常是透過「加密」（ encryption ）的方式來 進行。加密會把原本可以直接讀取的資料加以處 理，轉換為另外一種無法直接讀懂的方式呈現。
有知道「密碼」（ password ，或是 key ）的使 用者，才可以透過「解密」（ decryption ）的 過程，取得原始的資料。
對稱式金鑰 對稱式金鑰 非對稱式金鑰 非對稱式金鑰
對稱式密碼演算法 (symmetric cryptographic algorit hm)
加密和解密使用同一組密碼
非對稱式密碼演算法 (asymmetric cryptographic algo rithm)
一共有二組密碼
一組用來加密；另一組則用來解密
也稱為「公開金鑰密碼系統」 (public key crypto s ystem)
■
因為二組密碼中的其中一組可以公開6
對稱式金鑰的加解密演算法在處理資料加密和解 密時，是使用相同的密碼。在加密的過程中，我 們常稱我們的原始資料為本文（ plaintext ），
而加密出來的資料稱為密文（ ciphertext ）。
加密的演算法要做的工作，就是將本文轉換為密 文。
對稱式加密流程示意圖
8
假設密碼為一個對照表
加密時查表 ( 本文→密文 )
輸入本文：「 hi, this is alice 」 輸出密文：「 fy, ofye ye tiysq. 」
解密時可查同一張表 ( 密文→本文 ) 輸入密文：「 fy, ofye ye tiysq. 」 輸出本文：「 hi, this is alice. 」
10
XOR 運算 ( 以符號表示 ) ，二進位運算的結果：
0 0 = 0
0 1 = 1
1 0 = 1
1 1 = 011
假設密碼為十進位的 171
( 等同於十六進位的 AB ，或是二進位的 1010101 1)
若輸入本文為「 h 」， ASCII 編號為十進位的 10 4
( 等同於十六進位的 68 ，或是二進位的 0110100 0)
加密時使用 XOR 運算來加密「 h 」，得到 195
0 1 1 0 1 0 0 0 (
本文 ) 十六進位的 68(h)
)
1 0 1 0 1 0 1 1 (
密碼 ) 十六進位的 AB1 1 0 0 0 0 1 1 (
密文 ) 十六進位的 C312
假設密碼為十進位的 171
( 等同於十六進位的 AB ，或是二進位的 1010101 1)
若輸入密文為十進位的 195
( 等同於十六進位的 C3 ，或是二進位的 1100001 1)
解密時使用 XOR 運算來解密 195 ，得到「 h 」
1 1 0 0 0 0 1 1 (
密文 ) 十六進位的 C3
)
1 0 1 0 1 0 1 1 (
密碼 ) 十六進位的 AB0 1 1 0 1 0 0 0 (
本文 ) 十六進位的 68(h)
加密「 hi, this is alice. 」
得到密文 ( 以 ASCII 編碼表示 ) 為
「├ ┬ ç ï ├ ┬ ╪ ï ┬ ╪ ï ╩ ╟ ┬ ▀
╚ ╬ à 」
14
簡單，但容易破解
相同的本文得到相同的密文
同時知道本文和密文時，可立刻破解
或者是，累積夠多密文時，容易被破解實際上的對稱式密碼演算法更為複雜
查表 + XOR + 排列組合 等等複合方式
密碼長度更長： 56-bit 、 64-bit 、 128-bit 、 2 56-bit 等
範例： DES 演算法的加密流程 ( 下頁圖 )16
區塊式
加密以固定大小的區塊為單位
輸入的本文資料切割為區塊，每一個區塊分別加 密
區塊大小通常由密碼的長度決定
資料長度不足一個區塊的部份，補 0
常見的演算法： IDEA 、 DES 、 AES 、 RC5 等目前的加密標準採用 AES 演算法
串流式
加密以 bit 為單位
輸入的本文長度和輸出的密文長度通常相同
常見的演算法： A5 、 RC418
為了避免「相同的本文使用相同的密碼加密，得 到相同的密文」的結果
IV (initial vector) ：初始向量
區塊式和串流式演算法均適用
將初始向量混入資料一起加密，以產生不同的結果運作模式 (mode of operations)
搭配區塊式演算法使用
將加密的結果混入本文，以產生不同的結果
常見的模式： CBC 、 CFB 、 OFB 、 GCM 等本文 P 切割為多個區塊： P0, P1, P2, … IV 為初始向量
密碼為 K ，加密演算法為 ENC
輸出密文 C 同樣為多個區塊： C0, C1, C2, …
20
二組密碼，一組用來加密，一組用來解密
加密的常稱為「公鑰」；解密的常稱為「私鑰」
公鑰：公開給全部人知道
私鑰：只有自已知道
非對稱式演算法的常見應用
加密
數位簽章 加密時：公鑰用來加密；私鑰用來解密
簽章時：私鑰用來簽章；公鑰用來驗證簽章
注意：加密用的那一對密碼和簽章用的那一對密碼 不可混用！
常見的演算法： Diffie-Hellman 演算法、 RSA 演 算法
22
使用數學上難解的問題
離散對數：給定二個數字 x 和 y
計算 x 的 y 次方的結果 (xy) 很容易
反過來說，只知道 xy，要得到 x 和 y 很困難
例： x=17; y=21; xy=69091933913008732880827217 因數分解：給定二個質數 p 和 q
計算 p 乘上 q 的結果 (pq) 很容易
反過來說，只知道 pq ，要得到 p 和 q 很困難
例： p=15289; q=25903; pq=396030967基於離散對數，用來做密碼交換 簡稱為 DH 演算法
使用情境
在公開的場合，二個人大聲的交換密碼
旁邊可能有人在偷聽
密碼可以交換成功
但偷聽的人還是猜不出密碼是什麼24
假設甲和乙二個人要交換密碼
挑選合適的數字 g 和 p ，這二個數字大家都可以知道 甲和乙各自選一個數字 a 和 b ：甲知道 a ；而乙知 道 b
甲計算 g
a除以 p 的餘數，然後傳給乙 ( 由餘數反推 a 難 )
乙計算 g
b除以 p 的餘數，然後傳給甲 ( 由餘數反推 b 難 )
甲可以計算 (g
b)
a，得到共同的密碼 g
ab除以 p 的餘 數
乙可以計算 (g
a)
b，得到共同的密碼 g
ab除以 p 的餘 數
偷聽的第三者無法算出共同的密碼 g
ab除以 p 的餘數
假設公開的資訊 g=5; p=23 甲選了 a=6
乙選了 b=15
甲傳送 ga (mod p) = 56 (mod 23) = 8 乙傳送 gb (mod p) = 515 (mod 23) = 19
甲可算出共用密碼 (gb)a mod p = 196 (mod 23) = 2
乙可算出共用密碼 (ga)b mod p = 815 (mod 23) =
26
同樣是使用非常大的數值來進行運算 算出來的密碼通常只用一次
用完就丟了，所以就算被破解了，也沒有太大的 意義
DH 演算法是目前公開交換密碼演算法的基礎
基於質數的因數分解，用來做資料加解密 1. 先選二個質數 p 和 q ，計算 N=pq
2. 計算 φ(N) = (p-1) * (q-1)
3. 從 1 到 φ(N) 中挑選一個整數 e ， e 和 φ(N) 需 互質
4. 計算出 e 的乘法反元素 d ，即 d * e 除以 φ(N) 的 餘數等於 1 。通常以「 d * e ≡ 1 (mod φ(N)) 」表示 5. 產生出來的二組密碼為 (e ， N) 以及 (d ， N)
任選一組為公鑰，如 (e ， N) ；另一組為私鑰，如 (d ， N)
28
產生好二組密碼 (e ， N) 及 (d ， N) 後 加密時
若本文為 n
計算密文 c 為 ne 除以 N 的餘數，即 ne ≡ c (mod N) 解密時
若密文為 c
計算本文 n 為 cd 除以 N 的餘數，即 cd ≡ n (mod N) nφ(N) mod N ≡ 1 for all n relatively prime to N
(Euler's totient theorem) d*e ≡ 1 (mod φ(N))
nd*e mod N ≡ nkφ(N)+1 mod N ≡ n for some k
選定 p=3; q=11
N = 3 * 11 = 33; φ(N) = (3-1) * (11-1) = 20
選 e = 3 ，算出 d = 7 (3 * 7 除以 20 的餘數為 1) 公鑰為 (3 ， 33) ；私鑰為 (7 ， 33)
加密時：本文為 29
計算 293 除以 33 ，餘數為 2解密時：密文為 2
計算 27 除以 33 ，餘數為 292920 除以 33 的餘數為 1
30
選定 p=7; q=11
N = 7 * 11 = 77; φ(N) = (7-1) * (11-1) = 60 選 e = 17 ，算出 d = 53 (17 * 53 除以 60 的餘數為 1)
公鑰為 (17 ， 77) ；私鑰為 (53 ， 77) 加密時：本文為 45
計算 4517 除以 77 ，餘數為 12解密時：密文為 12
計算 1253 除以 77 ，餘數為 45選的 p 和 q 是長達 1024-bit 甚至 2048-b it 的質數
約 30 至 60 位數的數字
需要大數運算
運算非常耗時
通常不會用來加密大量的資料
可配合對稱式密碼使用■ 加密臨時產生、長度有限的對稱式密碼
32
日常生活隨處可見
安全的資料傳輸，如 HTTPS
Chrome 瀏覽器
Firefox 瀏覽器
Internet Explorer 瀏覽器
以 Google Chrome 為例
左：沒問題的網站；右：憑證有問題的網站34
Google 網站的憑證
驗證資料是否遭到竄改或破壞 密碼學的雜湊函數
cryptographic hash function 數位簽章
digital signature
36
Cryptographic hash function ，簡稱為 hash 函數 將任意長度的字串進行運算後，得到一固定長度的雜 湊值
常見密碼學的雜湊函數
MD5 – message digest 5 ：產生 128-bit 的雜湊 值
SHA-1 – secure hash algorithm 1 ：產生 160- bit 的雜湊值
SHA-256 – secure hash algorithm 2 with 25 6-bit digest sizes ：產生 256-bit 的雜湊值輸出的長度固定
一般而言，輸出愈長的演算法愈安全任一微小變動，其結果就會完全不同 單向函數
無法從結果回推原始輸入不易發生碰撞 (collision)
不同的輸入，不易得到相同的結果38
驗證資料傳輸是否無誤
傳送資料 m 以及雜湊值 h = hash(m)
接收端收到 m’ 後，計算 h’ = hash(m’) ，並 比較 h 與 h’
h 和 h’ 結果相同時，表示傳輸內容無誤訊息驗證碼 (message authentication code ， MAC)
確認資料是由受信賴的使用者傳輸
40
假設傳送端和接收端共享一組密碼 c
傳送資料 m 時，計算 h = hash(m || c) ，然後傳送 m 以及 h
接收端收到 m’ 時，計算 h’ = hash(m’ || c) ， 然後比較
h 以及 h’
如果 h 和 h’ 相同，表示資料是來自受信賴的使 用者，而非由他人偽造
當然實際上還需要再配合其他參數，以避免其他不同 類型的網路攻擊
確認資料是來自特定的使用者
假設私鑰只有擁有者自己知道，且妥善保護
需經過特定使用者，使用其私鑰進行簽章
文件和簽章資料一同送出，接收端可使用簽章者 的公鑰進行驗證42
以 RSA 為例，簽章的動作和加解密的運算相同 加解密時
用公鑰加密，傳送出去後，用私鑰解密簽章時
用私鑰簽章，傳送出去後，用公鑰驗證簽章和加密的動作相同；解密和驗證的方式相同 再次強調：加密和簽章不可使用同一對密碼
產生一對加解密專用的金鑰
再產生另一對簽章專用的金鑰公開金鑰 ( 如 RSA) 的運算非常耗時 搭配雜湊函數使用
不論原始資料的長度為何
先將要簽章的資料，用雜湊函數加以計算
有效將資料長度縮短為 128 至 512-bit將雜湊出來的值進行簽章保護
只需要針對 128 至 512-bit (16 至 64 位元組 ) 的 資料進行簽章44
PGP ， pretty good privacy
安全的 Email 傳輸：安全傳輸 + 數位簽章 安全傳輸
使用一次性密碼，配合對稱式演算法加密信件內容
一次性密碼，也稱為「會議金鑰」 (session key)
一次性密碼透過公開金鑰演算法傳輸
數位簽章
計算信件內容雜湊值後，再用公開金鑰演算法簽章
46
48
使用公開金鑰的演算法，都會用到公鑰的部份
加解密時用來「加密」
簽章時用來「驗證」如何驗證「公鑰」沒有問題？
集中式的管理：使用「公開金鑰基礎建設」
Public key infrastructure ， PKI
由第三方的公證機構 (CA) 認證公鑰分散式的管理： Web of Trust
CA ：確保「公鑰」和使用單位的關聯性
產生「憑證」 (certificate) 證明這個關係
範例： Google 使用公開金鑰提供網站安全連線的服 務
Google 產生一對金鑰：公鑰 Ku 以及私鑰 Kr
將 Ku 送給認證機構，由認證機構對 Ku 進行簽章，將得到簽章資訊 Sign(Ku)
Google 的網站上提供 Ku + Sign(Ku)
使用者可以用認證機構的公鑰，驗證 Google 的 Ku50
如何知道認證機構的公鑰沒有問題？
大部份的作業系統或瀏覽器裡有內建認證機構的 公鑰
由認證機構來對 公鑰簽章通常是 需要付費的
以 Windows 為例
不用付費
透過使用者之間，相互背書
也稱為 Web of Trust ，人與人之間的信賴關係 網
PGP 常用這種方式
假設有甲、乙、丙三人
甲、乙互相信任
若丙的公鑰由乙來簽章 ( 背書 )
那麼甲就可以直接相信丙的公鑰52
小世界理論
透過六、七層的人際網路，可以認識全世界的人
只要互相信任的使用者夠多，就可以透過使用者 背書的方式，驗證大多數的公開金鑰若信賴網的含蓋範圍不夠大，可能會發生金鑰無 法驗證的情況
資訊系統可以在需要的時候正確地存取 可用性降低的原因
系統本身的穩定度■ 硬體故障
■ 軟體問題
來自外部的攻擊54
高可用性， high availability 建置備援系統
以網路系統而言 …
網路連線線路 x 2
伺服器 x 2
儲存設備 x 2
故障偵測機制，常用的是「心跳機制」 (heartbe at) 儲存系統的 高可用性
56
目的
取得未經授權的存取
中斷網路服務的正常運作所謂的「駭客」
Hacker ：廣義來說，指對某項技術專精的人士■ 不見得是壞人，有時還帶有稱讚的味道
Cracker ：利用技術進行攻擊、破壞的人士阻斷服務 攻擊
阻斷服務 攻擊 主機入侵 主機入侵
電腦病毒 電腦病毒 網路監聽 網路監聽
58
英文為 Denial of Service ， DoS 常見的方式為阻斷網路連線
攻擊者產生大量網路流量，耗盡目標的網路頻寬
產生大量的 ping 封包、 TCP 連線要求、或是 UD P 封包分散式阻斷服務攻擊： Distributed Denial of Service ， DDoS
透過一大群機器進行阻斷服務攻擊
來自四面八方的機器，更難進行抵擋0.0.1
60
通常是利用系統上的漏洞
所以要常常更新系統，以確保系統沒有安全漏洞入侵後可再嘗試取得系統操作權限 常見的「網頁置換」攻擊
駭客入侵網站後，將首頁換成指定的圖案駭客們好像比較喜歡黑色底的介面呢！
62
竊取主機內的各種資料
尤其是入侵大型商業網站、銀行網站、政府網站 等建置「釣魚網站」
詐騙使用者的個人資訊但，主機入侵技術也可以用在正途
檢測網路服務的漏洞
確保網路產品安全無虞帶有惡意的程式碼
病毒：會不斷自我複製及感染其他檔案
蠕蟲：蠕蟲可以透過網路散播
特洛伊木馬程式：植入後門進而竊取資訊64
隱藏在可夾帶巨集的文件檔案裡
如 Office Word 、 Excel 、 Outlook 等等文件檔案開啟時，巨集一併被執行 2000 年的「 ILOVEYOU 」病毒
使用者只要用 Outlook 收 Email ，一開始信件就 中毒寄生在執行檔裡的惡意程式
執行檔被執行時，就觸發藏在裡面的病毒 有時會再嘗試感染其他正常的程式
不要使用來路不明的軟體
破解版、序號產生器66
透過網路散播2003 年的 Blaster
透過「網路上的芳鄰」進行散佈
掃描網路上，安裝 Windows 作業系統的電腦
進行感染，然後重覆掃描和感染的動作
嚴重時，甚至影響區域網路運作
植入後門進而竊取資訊■ 帳號、密碼、郵件等各種資料
除了竊取資料外，還可以遠端遙控
成為駭客的跳板殭屍網路
駭客控制一大群木馬
發送垃圾郵件、發動分散式網路攻擊、進行網路釣魚 等各種大規模的攻擊68
網路上傳輸的資料若未加密，就可能遭到監聽
可取得使用者的帳號、密碼以及傳輸的資料
儘量使用安全的傳輸軟體
防毒軟體 防毒軟體 網路加密 網路加密
防火牆與入 侵偵測系統 防火牆與入
侵偵測系統 無線網路 無線網路 安全
安全
70
選擇多樣，有付費版，也有免費版 防毒軟體的偵測方式
病毒的定義檔
「啟發式」的偵測方式使用防毒軟體之後並非一勞永逸，而是需要正確 的使用習慣
定期修補作業系統的漏洞
不要使用來路不明的程式病毒很常見，甚至連作業系統都內建防毒軟體 圖為 Windows 內建的 Windows Defender
72
使用病毒定義檔進行偵測
將病毒樣本的特徵碼字串取出來，建立資料庫
透過字串比對，找出病毒
要定義更新，確保可以偵測出最新的病毒「啟發式」的偵測方式
依據病毒的「行為模式」，如修改系統檔案、修 改其他執行檔等等目標：高偵測率、低誤判率、低漏判率
網路上常用的安全傳輸協定是 SSL 以及 TLS SSL 於 1995 年被提出
TLS 則於 1999 年被提出，是 SSL 的後繼者
提供應用層協定一個透通 (transparent) 的加密 連線保護
應用層協定可以不用修改
SSL/TLS 安全連線建立後，應用層協定可在受保 護的連線內進行資料傳輸74
安全的網頁瀏覽 HTTPS 安全的寄電子郵件 SMTPS
安全的下載電子郵件 POP3S/IMAPS
建立安全連線時，同樣需要檢查公鑰是否正確無 誤
76
避免網路型的攻擊
防火牆上可設定封包過濾規則
使用規則比對封包，以按照相對應的動作處理
允許封包通過、丟棄封包，或是修改封包內容等過濾規格可針對 OSI 協定的各層設定
防火牆通常置於區域網路連往廣域網路的位置 防火牆的規則大多從 OSI 的第二層到第四層
WAN
廣域網路，用以連接外部網路LAN
區域網路，用以連接內部網路，即受保護的使用 者DMZ
非軍事區 (demilitarized zone)
通常放置會對外服務的伺服器78
通常放置會對外服務的伺服器外部的使用者可以連線到這一區的伺服器 但這些伺服器不一定是安全的
萬一伺服器有漏泂被入侵成功了，避免駭客透過 被攻陷的伺服器進入區域網路
可以達到隔離的效果
80
假設每一個封包圴由規則編號小至大依序比對 比對符合的規則即執行，並忽略後面的規則
1. 允許 LAN 的主機透過任何協定建立新連線至任意位置 2. 允許 DMZ 的主機透過任何協定建立新連線至 WAN
3. 允許 WAN 的主機透過 TCP 連接埠 80 建立新連線至 DMZ
（瀏覽網頁）
4. 允許所有已建立的連線通過防火牆
5. 禁止其他未定義的所有網路連線
提供更完整的封包檢測功能
從 OSI 第二層到第七層都可以檢測
因此檢測時間較長、效率較差
通常只用被動的方式進行檢測，不會攔截封包可紀錄偵測到的入侵事件，並通知網路管理人員 入侵偵測系統擺放的位置非常有彈性
防火牆前：可監測到所有可能的攻擊
防火牆後：可監測到穿過防火牆的攻擊82
類似掃毒軟體 可使用特徵碼
如，紀錄應用層的攻擊行為特徵碼或是使用「啟發式」的規則
如，統計特定主機發送封包的頻率、觀察主機是 否存取列於黑名單的網站等等同樣也有偵測率、誤判率、漏判率的問題
無線網路愈來愈普及 無線網路更容易被監聽
無線網路的安全主要透過加密和認證來保護 一般的做法
SSID – 用來識別無線網路存取點
密碼加密 – 確保資料傳輸的過程中不會被監聽
帳號認證 – 通常只有企業無線網路採用84
隱藏 SSID■ 只有知道 SSID 的使用者可以連接
■ 但仍有機會透過無線監聽的方式取得
利用無線網路卡的網路卡卡號過濾■ 可設定存取點僅允許特定的卡號連線
■ 非常有效的方式，但使用前需要先進行設定
■ 卡號也可能被盜用
一定要使用強度夠強的加密方式 一般家用的存取點，通常只會設定加密
目前最新的標準 WPA2 企業用的存取點，還會要求使用者輸入帳號密碼 後，才可上網
常見的做法
先連上特定網頁，輸入帳號密碼
或是，透過 802.1X 協定，進行帳號密碼認證86
資訊隱私權
網路的便利使得資訊的交換與流通十分容易，因 此必須規範個人擁有隱私的權利及防止侵犯別人 隱私，以確保資訊在傳播過程中能保護個人隱私 而不受侵犯。資訊正確權
網路上的資訊垂手可得，難以分辨這些資訊是否 正確，因此資訊提供者需負起確保提供正確資訊 的責任，而資訊使用者則擁有使用正確資訊的權 利。88
資訊財產權
資訊的再製和分享他人成果是相當容易的，所以 應維護資訊或軟體製造者之所有權，並立法規範 不法盜用者之法律責任，以保護他人的智慧成果。
資訊存取權
是指每個人都可以擁有以合法管道存取資訊的權 利。例如：合法付費下載電子書閱讀；依創用 CC 授權標章原則，合法且合理使用他人作品等。除了上述的議題外，今日的資訊倫理還包含了提 高使用者的倫理道德或社會使命感、建立正確價 值觀、建立自律自重的守法美德等。這些議題可 參考美國電腦倫理協會（ Computer Ethics Inst itute ）於 1997 年提出的電腦倫理的十大戒律
（ Ten Commandments of Computer Ethics ）。
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