网络战场硝烟弥漫,看懂这本书,铸就网络安全之盾

科技   2024-10-23 12:06   北京  
文末赠书

硝烟弥漫的网络战场

互联网被发明出来之后,一方面极大地改善了我们的工作与生活,但另一方面也成为国家信息安全的主战场。
2022年,我国西北工业大学遭受境外网络攻击,攻击者使用了 41 种不同的网络攻击武器,先是通过“酸狐狸”平台对西北工业大学内部主机和服务器实施中间人劫持攻击。
然后攻击者部署“怒火喷射”远程控制武器,控制了多台关键服务器,进而对内部网络实施深度渗透。还利用木马级联控制渗透的方式,控制了办公网的核心网络设备,获取了部分内部路由器、交换机等重要网络节点设备的控制权,进行窃取数据的活动。
此次攻击行动,针对的就是我国航空工业数据。所以,在网络信息安全这片战场上,可以说已经是硝烟弥漫。那要防止数据发生泄露,应该怎么做呢?
最高效的技术手段就是加密,通过对数据进行加密,可以保证其完整性、保密性、可用性这三大安全要素。而密码学就是研究信息加密的学科,是防御网络攻击的“坚盾”。
对于国家和企业组织来说,必须将信息安全放在首位,学习密码学知识,使用相关的技术工具确保数据在传输与存储过程中的安全性。
《应用密码学:原理、分析与 Python 实现》这本书就讲透了密码学的原理,对经典加密算法进行了精辟的分析,并给出了基于 Python 的实践方案,可以指导信息安全的加密体系建设。
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我们先来探究一个根本问题,信息要怎样加密才能确保安全。

信息怎样加密才安全?

密码学是研究以加密形式发送信息的方法,只有掌握此加密技术的特定人群才能破解加密,从而获得有效信息。而密码是通过某种可逆的信息编码的方式,把真实信息转化为一种除通信双方外,第三方无法理解的信息。
密码学的研究有四个基本要素:

1. 机密性 (Confidentiality):确保数据不会被未经授权的用户查看。加密是实现机密性要求的常用手段,也是密码学提供的最基本的安全服务。

2. 认证 (Authentication):它有两个子任务。身份认证,确保用户的身份信息是真实可靠的;信息认证,确保信息来源的真实性。

3. 完整性 (Integrity):确保信息没有以未经授权的方式被更改,其中包括意外事件和故意事件。密码学可提供一些方法来检测信息是否被篡改。

4. 不可否认性 (Non-repudiation):确保无论是发送方还是接收方都不能抵赖已传输的信息。确保信息的发送方不能向第三方否认他发送了这些数据。

以上要素是在设计密码及对密码的安全性进行测试时的考虑重点,在此基础上研制出来的工具才能保证信息加密的安全性。
在密码学领域,用于解决复杂问题的步骤通常称为算法 (Algorithm)。从明文转密文的方法称为“加密算法”;从密文转明文的方法则称为“解密算法”。书中详细讨论了对称加密算法与非对称加密算法。
在对称加密中,加密和解密使用相同的密钥。优点是加密和解密的速度很快,适合大量数据的加密。缺点则是密钥的分发和管理比较困难,通信双方必须确保密钥的安全,否则加密系统容易被破解。
非对称加密使用一对密钥,即公钥和私钥。公钥可以公开分享,用于加密数据;私钥必须保密,用于解密数据。优点是密钥的分发和管理相对容易,即使公钥泄露,没有私钥也无法解密。缺点是加密和解密的速度相对较慢,不适合大量数据的加密。
本书作者团队为我国航空工业的从业人员,而航空数据大部分属于敏感机密信息,因此他们对数据安全有着切身体会。他们希望通过此书普及密码学原理,并给出应用方法,帮助读者铸造信息安全之盾。
掌握四大招就能吃透密码学,我们现在开始学习之旅。

学会四大招,吃透密码学

《应用密码学:原理、分析与 Python 实现》集理论与实践于一体,读者在学习前需要预备一些基础知识。数学方面,需要了解基础的微积分、线性代数和概率论知识;编程方面,Python 是本书的主要编程语言,熟悉 Python 语法将大大提升学习效率。
读者从书中学会四大招,就能掌握密码学理论,并在工作中运用自如。这四大招分别是:基础知识、对称密码学、非对称密码学、数据完整性。

基础知识

这部分作为入门,为读者揭示了密码学的全貌。首先带领读者了解密码学的发展历程、基本概念和分类。接着深入数学基础,包括数论和代数,为理解后续的技术打下坚实的数学基础。再聚焦密码学中的信息理论,探讨了信息的度量、编码和安全性。

对称密码学

对称密码学是密码学中的经典分支,本书对此进行了深入讲解。先是介绍了古典密码学中的算法,如凯撒密码和维吉尼亚密码,以及它们的加密和破解方法。
接着讨论了流密码,特别是 RC4 算法的工作原理和应用场景。详细分析了分组密码,包括 DES 和 AES 等广泛使用的加密算法。

非对称密码学

非对称密码学是现代密码学的核心,书中对此进行了全面阐释。先是围绕 RSA 加密算法,介绍了其基于大数分解问题的加密和解密过程。然后探讨了 ElGamal 加密算法,基于离散对数难题,提供了加密和解密的详细步骤。
还介绍了椭圆曲线密码和格密码,这两种算法都是基于特定数学问题的高效加密手段。讲解了全同态加密,这是一种新兴的技术,允许对密文进行计算操作。

数据完整性

数据完整性是密码学中的另一个关键领域,书中讲解了哈希函数的原理和应用,包括 MD2、MD4、SHA 系列等。介绍了消息验证码(MAC)的概念和实现,包括 HMAC 和 CBC-MAC。
接着深入讲解数字签名技术,包括 RSA、ElGamal、Schnorr、DSA 和 ECDSA 等签名算法,并讨论了它们的安全性和应用。
通过这四个部分的系统学习,读者将对密码学有一个全面而深入的理解。通过 Python 代码示例,读者还可以充分实践密码学算法,解决实际工作中的问题。

结语

网络安全形势不容乐观,保护好我们的数据是重中之重。《应用密码学:原理、分析与 Python 实现》不仅为我们提供了理论指导,还提供了具体的实践方案,是密码学领域的一本宝书。
本书的一大特点是内容全面,理论兼具实践,本书覆盖了密码学的基础理论到现代应用的各个方面,从古典密码到公钥密码,再到全同态加密和数据完整性技术。大量的实战案例分析为读者提供了丰富的实战经验。
另一大特点是采用通俗易懂的语言和生动的实例,将复杂的密码学原理和算法讲解得清晰明了。无论是初学者还是有一定基础的读者,都能轻松理解并跟上节奏。
与其他密码学图书不同,本书加入了大量的例证和详细推导过程,以帮助读者理解加密算法过程,并着重强调实际使用中需要注意的细节。书中还有大量的习题,这些习题旨在帮助读者巩固所学知识,提高分析和应用能力。
精彩书摘
书中提供了大量的 Python 代码示例,涵盖了各种密码学算法的实现。这些代码示例不仅能帮助读者更好地理解算法原理,还可供读者在实践中直接应用或作为基础进行修改和扩展。
代码示例
众多读者都可以从这本书中获得知识与实践经验:

· 高校学生:作为计算机科学或数学专业的辅助教材,帮助学生理解密码学原理。

· 信息安全从业人员:为信息安全领域的专业人士提供深入的密码学知识和实践指导。

· 密码学爱好者:为对密码学有兴趣的个人提供全面的学习资源。

· 软件开发人员:帮助开发人员了解如何在软件中实现和应用密码学技术。

网络安全需要我们每个人的关注与行动,读懂并用好《应用密码学:原理、分析与 Python 实现》,为我们铸起坚固的信息安全之盾!
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