信息安全新技术

10信息平安新技术东北大学信息科学与工程学院计算机软件与实际研讨所Contents10.1信息隐藏与数字水印技术10.2电子投票10.3计算机取证技术10.4无线传感器网络平安技术210.1信息隐藏与数字水印技术10.1.1信息隐藏10.1.2数字水印310.1.1信息隐藏信息隐藏与信息加密都是对信息进展维护的手段，信息隐藏技术承继了传统加密技术的一些根本思想，但两者采用的对信息进展维护的手段不同。信息加密是把有实践意义的明文信息加密为随机的能够没有任何意义的密文，窃听者能够得到密文但无法解密。信息隐藏是把一个有意义的信息隐藏在另一个称为载体〔Cover〕的信息〔如图片〕中得到隐秘载体〔StegoCover〕。4结合加密术和信息隐藏技术先对音讯message加密得到密文message’,再把message’隐藏到载体cover中。这样攻击者要想获得音讯，首先要检测到信息的存在，并知道如何从隐秘载体stegocover中提取message’以及如何解密message’。5结合加密术和信息隐藏技术message加密message’隐藏隐秘载体Stegocover载体cover610.1.2数字水印多媒体产品属于数字产品，由于数字信息具有的可复制性，发布到网上的多媒体产品的版权问题令人担忧。传统密码技术无法到达版权维护的要求。数字水印技术的出现使多媒体产品的版权维护成为能够。数字水印〔digitalwatermark〕技术，是指在数字化的多媒体信息中嵌入不易觉察的信号，在需求的时候可经过特定的算法，将此隐藏的信号提出以用来确认身份的技术。它的中心是信息隐藏技术。7数字水印的运用(1)

版权确认：将作者的版权信息作为水印参与到公开发布的作品中，当出现版权纠纷时根据水印来确认作品的一切权。这类水印要求可以经受各种常规处置。(2)

身份确认：不同用户的多媒体作品中参与不同的水印信号，这类水印要求可以经受诸如伪造、去除水印的企图。(3)

完好性确认：用来鉴别多媒体信息能否被修正(4)

内容维护：参与可见水印的作品为购买者提供了作品的展现，使作品失去商业价值。(5)

标志与注释：这类水印不起到对信息的严密作用。它只是把作品的信息隐藏到作品当中，起到标志与注释的作用。8数字水印的分类按水印的载体不同分类：可分为文本水印、图像水印、音频水印和视频水印。按水印的用途分类：可分为版权维护可见水印、隐藏标识水印等。按强壮性分类：可分为鲁棒水印和易损水印。按嵌入位置分类：可分为空域/时域水印和变换域水印。9数字水印系统模型数字水印的嵌入模型数字水印的提取模型10数字水印的嵌入模型水印原始信息密钥水印嵌入算法嵌入水印后的信息11数字水印的提取模型原始信息或原始水印待测信息密钥水印检测算法检测结果12几种详细的水印系统在变换域中嵌入的水印信号能量可以分布到空域的一切像素上，有利于保证水印的不可见性。在变换域中，视觉系统的某些特性可以更方便的结合到水印编码过程中。基于离散余弦变换〔DCT〕的数字水印系统基于小波变换〔DWT)的数字水印系统13基于DCT的水印系统基于DCT的水印系统是将原始信息经过DCT变换，对变换后的系数嵌入水印信息，再进展逆DCT变换，得到含有水印的图像。水印的提取也是在DCT之后的相应系数中提取。14基于小波变换的数字水印系统小波变换是新兴的一个信号分析实际，是一种新的可到达时(空)域或频率域部分化的时(空)—频率域分析方法,具有许多其它时(空)—频率域分析实际所不具备的优良特性。小波变换的根本思想是将图像进展多分辨率分解，分解成不同空间、不同频率的子图像，更加符合人眼的视觉机制。15基于小波变换的水印系统是将原始图像经过小波分解后，根据一定的算法选择一些子图嵌入水印信息，再进展小波重构生成含水印的图像水印的提取是将待侧信息经过小波分解后，在相应子图中提取。16灰度图像灰度文件可以看作一个二维矩阵，其元素由0到1之间的数构成，0代表黑色，1代表达色，他把颜色从黑到白分成256种颜色。灰度文件中的元素值代表该像素的黑白程度。17RGB图像RGB图像中的每个像素由红、绿、蓝三种颜色共同组成。假设说灰度图像可以看作一个二维数组，那么RGB图像可以被看作一个三维矩阵，它由三个二维矩阵构成。18索引图像索引图像是一类特殊图像，它可以看作两个二维矩阵。其中一个矩阵与灰度图像的矩阵类似，它的元素由0到255之间的整数构成；另一个矩阵是一个255行3列的矩阵，每行代表一种颜色。19水印图像原图像加水印后的图像20声音文件的水印嵌入声音文件可以看作一个n行1列的向量，因此可以思索用对图像加水印的方法来处置声音文件，不同的只是要对向量进展转换将它转换为适当的矩阵。原文件嵌入水印后文件21数字水印的检测X:源图象,X1:被检测图像1.由源图像得到水印w2.对源图像和被检测图像分别进展小波分解，经过其近似分量得到准水印w13.

22水印的抗紧缩检测对图像的紧缩处置会损失图象中的一些数据信息，确保水印的强壮性要求嵌入水印的图像能经得起紧缩处置。10%紧缩50%紧缩原图像23基于帧的视频水印系统对视频信息中的某些帧采用基于DCT的图像水印方案。MPEG2编码器MPEG2解码器原始视频流紧缩码流重建视频码水印嵌入水印提取24水印的不可见性测试运用的视频信息是一个245帧的MPEG1格式的影片，该影片的视频帧每帧为240320个像素的真彩图像。采用每隔10帧选取一帧嵌入水印。

〔a〕原始视频帧〔b〕嵌入水印后的视频帧。25水印的检测对含水印的各帧的水印的检测值，一切检测值的平均值为0.4071。对不含水印的视频文件进展检测，检测值均<0.1。26抵抗攻击gaussian噪声Salt&pepper噪声speckle噪声高斯低通滤波laplacian滤波log滤波Prewitt滤波Sobel滤波2710.2电子投票10.2.1电子投票的含义10.2.2电子投票的利与弊10.2.3电子投票的历史与现状10.2.4电子选举系统的目的与平安性要求2810.2.1电子投票的含义是整个传统投票过程的电子化，利用先进的密码学技术和计算机网络技术，使选民可以在投票站或本人家中设置的计算机终端经过互联网进展投票，由计算机担任统计选票并公布选举结果。2910.2.2电子投票的利与弊所能带来的益处：〔1〕缩短投票和计票时间，防止舞弊景象出现；〔2〕减少人力、物力，不须人工计票；〔3〕对身分严密，确保没有人能经过电脑科技查出他们的身分；能够带来的问题：〔1〕假设设计不当，在运用上将对不熟习电子机器的人和视障者呵斥不便；〔2〕系统联络网涵盖面广，能够遭“黑客〞破坏；〔3〕假设经过投票站以外的系统投票，当局较难鉴定选民的身分。3010.2.3电子投票的历史与现状最早在1884年，大发明家TomasEdison就发明了一种电子投票安装，他想在Massachusetts市的立法机关中进展电子投票，但没有胜利。第一个现代意义上的电子投票方案，是由Chaum于1981年提出的，它采用公钥密码体制，并利用数字签名花名册来隐藏投票人的身份。31电子投票的开展有两个方向，一个是基于同态加密技术的电子投票方案，该技术可以掩盖选票的内容。另一个是基于匿名信道技术的电子投票方案，该技术可以掩盖投票者的身份。32同态加密技术同态加密技术是满足如下性质的公钥加密技术：设a表示明文a的加密密文，〔1〕加法加密同态：假设知a,b，任何人都能得到a+b的密文a+b；〔2〕常数乘法同态：假设知a及一常数k，任何人都能随便得到ka的密文ka；〔3〕知明文证明：假设某人知道a，他可以利用零知识证明a是a的密文；33〔4〕常数乘法正确性证明：假设某人知k及a，他可以运用k,a,ka作为输入，零知识证明ka确实是ka的密文；〔5〕门限解密：用于加密的公钥p公开，用于解密的私钥被分享在参与者中，解密a时，各参与者运用其子私钥作为输入,可以共同解密出a34匿名信道技术能粉饰信息来源的信道，如：〔1〕不可跟踪电子邮件系统〔2〕公告牌35第一个适用的适宜大规模投票的方案，是由Fujioka,Okamoto和Ohta在1992年提出的FOO方案，该方案的中心采用了比特承诺和盲签名技术。根据FOO方案开发出了相应的电子投票软件系统。其中著名的有麻省理工学院(MIT)的EVOX系统、华盛顿(Washington)大学的Sensus系统。36比特承诺：(BitCommitment)Alice运用对称密码算法对Bob比特承诺:1、协议的承诺部分〔1〕Bob产生一个随机比特串R，并把它发送给Alice。R37〔2〕Alice生成一个由她想承诺的比特b组成的音讯(b实践上能够是几个比特)，以及Bob的随机串。她用某个随钥K对它加密c=e(k,(R，b))，并将结果c送回给Bob。Bob不能解密音讯，因此不知道b的内容。

CC=e(k,(R，b))382、协议的公开阶段：

〔1〕Alice发送密钥k给Bob；

k39〔2〕Bob运用密钥k对音讯进展解密(R，b)=d(k，c)并检测他的随机串R以证明比特b的有效性。

(R’，b)=d(k，c)R=R’?40盲签名Bob是一个公证员，Alice要他签一个文件，但又不想让他知道他在签什么。可以这样进展：①m’=B(m)B为盲变换，m为原音讯，S为签名算法，B’为盲逆变换②S’=S(B(m))③S(m)=B’(S(B(m)))4110.2.4电子选举系统的目的与平安性要求 目的：〔1〕投票人的利益不受进犯，即从选票信息中不能得到投票人的信息，实现不记名投票。〔2〕保证选举的公正，即不能出现伪造选票及有效选票脱漏等景象。42平安性要求完好性，即一切的选票都该当被正确统 计。正当性，即任何不老实的投票者都无法 破坏选举。严密性，即一切的选票的内容都是 的,使投票人的隐私能得到维护。一次性，即任何人不得投票一次以上。合法性，即没有选举权的人是不能选举的。公正性，主要是指选举的中间结果不能泄露。可验证性，每人都可以确保本人的选票被合法统计到最后结果中。4310.3计算机取证技术据2000年3月美国出版的<电子隐私信息中心论文>资料显示，1992年以来，向联邦检举法官提交的各种电脑犯罪案件数量增长了三倍，但实践起诉的案件数量却没有变化。缘由就在于，取证棘手使得很多案件由于证据缺乏而放弃起诉。对计算机取证技术的需求迫在眉睫44数字证据与传统证据的区别计算机数据无时无刻不在改动；计算机数据不是肉眼直接可见的，必需借助适当的工具；搜集计算机数据的过程，能够会对原始数据呵斥很严重的修正。数字证据问题是由于技术开展引起的，由于计算机和电信技术的开展非常迅猛，所以取证步骤和程序也必需不断调整以顺应技术的提高。45计算机取证的定义计算机取证是指对可以为法庭接受的、足够可靠和有压服性的，存在于计算机和相关外设中的数字证据确实认、维护、提取和归档的过程。46计算机取证的主要原那么及时性原那么取证过程合法的原那么多备份的原那么环境平安的原那么〔妥善保管证据〕47计算机取证步骤维护目的计算机系统数字证据确实定数字证据的搜集数字证据的维护数字证据的分析归档48计算机取证相关技术数据获取技术：对计算机系统和文件的平安获取技术，防止对原始介质进展任何破坏和干扰对数据和软件的平安搜集技术；对磁盘或其它存储介质的平安无损伤备份技术；对已删除文件的恢复、重建技术；对磁盘空间中包含的信息的开掘技术；对交换文件、缓存文件、暂时文件中包含的信息的复原技术；计算机在某一特定时辰活动内存中的数据的搜集技术；网络流动数据的获取技术等。49计算机取证相关技术数据分析技术：在曾经获取的数据流或信息流中寻觅、匹配关键词或关键短语是目前的主要数据分析技术。还应该包括：文件属性分析技术；文件数字摘要分析技术；日志分析技术；〔包括操作系统日志分析、防火墙日志分析、IDS软件日志分析、运用软件日志分析〕根据曾经获得的文件或数据的用词、语法和写作〔编程〕风格，推断出其能够的作者的分析技术；开掘同一事件的不同证据间的联络的分析技术；数据解密技术；密码破译技术；50数字证据的来源主要有系统日志IDS、防火墙、ftp、www和反病毒软件日志系统的审计记录(Audittrails)网络监控流量(Networkmonitortraffic)数据库的操作记录软件设置完成特定功能的脚本文件Web阅读器数据缓冲书签、历史记录或会话日志、实时聊天记录等等其他重要证据：引导记录数据未分配空间Slack区51国外研讨概略针对计算机取证的全部活动而言，美国的各研讨机构与公司所开发的工具主要覆盖了电子数据证据的获取、保全、分析和归档的过程，各研讨机构与公司也都在进一步优化现有的各种工具，提高利用工具进展数字证据搜集、保全、鉴定、分析的可靠性和准确度，进一步提高计算机取证的自动化和智能化。52国际上的主流产品ForensicToolkit是一系列基于命令行的工具，可以协助推断WindowsNT文件系统中的访问行为。TheCoroner’sToolkit(TCT)主要用来调查被“黑〞的Unix主机，它提供了强大的调查才干，它的特点是可以对运转着的主机的活动进展分析，并捕获目前的形状信息。EnCase自称是独一一个完选集成的基于Windows界面的取证运用程序，其功能包括：数据阅读、搜索、磁盘阅读、数据预览、建立案例、建立证据文件、保管案例等。ForensicX：主要运转于Linux环境，是一个以搜集数据及分析数据为主要目的的工具。53国内研讨概略有关计算机取证的研讨与实际任务也仅有10余年的历史，相关的法律法规仍很不完善，学界对计算机犯罪的研讨也主要集中于计算机犯罪的特点、预防对策及其给人类带来的影响。目前法庭案例中出现的计算机证据都比较简单，多是文档、电子邮件、程序源代码等不需特殊工具就可以获得的信息。中科院高能所网络平安课题组:计算机与网络取证系统54计算机现场取证系统55开展方向计算机证据的发现、采集、和分析相关技术、方法、和步骤等方面的研讨计算机证据以及取证过程所涉及的法律问题计算机取证任务的规范化和规范化计算机取证在刑事和民事领域的运用数据删除与数据恢复文件加密、解密、信息隐藏攻、防技术与取证5610.4无线传感器网络平安技术10.4.1无线传感器网络概述10.4.2与现有网络的区别10.4.3无线传感器网络的研讨特点10.4.4平安性目的10.4.5攻击类型10.4.6相关技术5710.4.1无线传感器网络概述定义：无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSNs)是由大量的集成了传感器、数据处置单元和通讯模块的微小节点构成的全分布式的自组织网络。58网络构造整个传感器网络由传感器节点群、网关〔sink节点，也称为会聚节点，是中心处置节点〕、互联网及挪动通讯网络、远程监控中心组成。59无线传感器网络体系构造图检测区域传感器节点sink互联网及挪动通讯网络远程监控中心60节点组成传感器网络的根本组成单位是节点，节点具有8位的处置器,512Byte的RAM。它普通由四个模块组成传感器模块、数据处置模块、无线通讯模块及电源。61传感器AD转换器存储器微处置器无线收发器数据采集模块数据处置模块数据通讯模块电源节点的组成构造图62特点公用：传感器网络是针对某种数据采集需求而专门建立的。自组织：网络的建立和结点间通讯不依赖于固定的通讯根底设备。传感器结点经过分布式网络协议实现组网，网络可以自动调整以顺应结点的挪动、参与和退出、剩余电量和无线传输范围的变化等。63特点〔续〕规模大：传感器网络能够包含多达上千个甚至上万个结点。高冗余：为了保证网络的可用性和生存才干，传感器网络通常具有较高的结点和网络链路冗余，以及采集的数据冗余。拓扑易变化：除了结点挪动带来的网络拓扑变化外，传感器结点的功率控制和剩余电量下降等要素也会导致网络拓扑变化。另外，根据运用需求，网络中有些结点能够进入休眠形状，从而引起任务结点在数目和分布上的变化，导致拓扑改动。64特点〔续〕空间位置寻址：传感器网络普通不需求支持恣意两个传感器节点之间的点对点通讯，传感器节点不器具有全球独一的标识，不用采用Internet的IP寻址。用户往往不关怀数据采集于哪一个结点，而关怀数据所属的空间位置，因此可采取空间位置寻址方式。65特点〔续〕流量不平衡：传感器网络中流向处置中心的数据量往往远大于反方向的流量。数据流向处置中心并在处置中心集中，会出现离处置中心越近，结点负载越重的景象。结点数据交融：传感器网络在数据传输过程中，通常要求中间结点能未来自多个传感器的相关数据进展交融，再传送给处置中心。数据交融可以减少冗余数据，节省通讯所带来的电能耗费，延伸网络生存时间，减轻处置中心的负载。66特点〔续〕结点才干有限：由于低本钱、低能耗、体积小、野外部署等要求，传感器结点在供电、计算、存储、通讯等方面的才干比较受限。67运用现状环境的监测和维护无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研讨环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以运用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥情况等。医疗护理血压、脉搏和呼吸。68运用现状〔续〕军事领域侦查敌情、监控兵力、配备和物资，判别生物化学攻击。其他用途危险的工业环境如井矿、核电厂等交通领域作为车辆监控的有力工具工业自动化消费线69运用前景军事及反恐友军兵力、配备、弹药调配监视；战区监控；敌方军力的侦查；目的追踪；战争损伤评价；核、生物和化学攻击的探测与侦查等。保健运用人体生理目的的远程监测；医院内医生和患者的跟踪；药物管理等。家庭运用家居自动化；居住环境智能化等。70运用前景〔续〕商务运用大厦的环境监控；智能交互式博物馆；足球裁判辅助系统；商店商品管理；智能玩具等。交通运用交通监控与车辆跟踪。71基于以上特点和运用，可以在一个区域内部署大量的传感器节点，节点经过自组织的方式构成网络，探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、挪动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质景象。7210.4.2与现有网络区别无线传感器网络中的节点数目更为宏大，密度更高，且节点不一定具有全球独一的地址标识；无线传感器网络中的节点普通不进展快速挪动，但节点能够会随时参与或分开，因此网络的拓扑变化很快；无线传感器网络大都采用点对点通讯方式；无线传感器网络中节点的电池能量、计算才干和存储才干相当有限。7310.4.3无线传感器网络的研讨特点有限的存储空间和计算才干。有限的带宽和通讯能量。节点拓扑的随机性和自组织。生存环境恶劣和复杂性。整个网络的平安。WSNs的平安和Internet上端到端、网到网的访问平安和传输平安不一样，而是作为一个网络整体上来完成对信息的感知获取、存储、处置和传输。7410.4.4平安性目的音讯平安数据严密性：一切信息在获取、存储和传输过程中，都不能让任何人截获物理信号时直接获得信息内容〔信息不被非法用户截获)。数据鉴别：音讯认证问题，确保信息的来源，不是来自敌方冒充的〔识别伪节点〕。数据完好性：可以确保信息没有被中间节点篡改或者在传输通讯过程出错。数据更新(DataFreshness)：新颖性问题，数据本身的时效性。7510.4.4平安性目的〔续〕节点平安是指针对传感节点被获取和改造而变为恶意节点时,网络可以迅速地发现异常节点,并能有效地防止其产生更大的危害。当节点被攻破,密钥等重要信息被窃取时,为了保证平安性需求有一个有效的密钥分发机制，可以抵御这种恶意节点呵斥的敌意行为。7610.4.5攻击类型从网络分层观念对攻击进展分类物理层：无线干扰：采用传感节点运用的频率,从而使得节点之间无法交换数据,甚至无法报告其曾经被攻击。通常可以采用跳频、高优先级的报告音讯、延伸义务周期、切换方式等方法物理窜改：敌方可以猎取节点,进而获取更敏感的信息,如加密密钥等,从而可以不受限制地访问上层的信息。通常可以采用伪装隐藏的方法,更好的是自动抹去密码或程序等77链路层引发冲突：恶意的导致冲突,逼迫某些链路层算法运用指数退避算法,进而降低算法的性能。通常可以采用纠错编码的方法、冲突检测来确定恶意冲突耗尽能源：当有些算法试图重传分组时,攻击者将不断地干扰其发送,直至节点耗尽其能源。通常可以采用速率控制的方法呵斥性能不平衡：交错运用前述的攻击或者滥用高优先级的报文会导致对待报文传送的不公平,进而降低系统的性能。可以采用短小帧格式的方法降低单个节点占用信道的时间78网络层路由报文丢弃：恶意节点随机丢弃一些有关路由的报文,或者把其发送的报文赋予一个不适宜的优先级。可以经过多途径、发送冗余信息等方法“点穴〞攻击：敌方先经过侦听通讯等发现一些重要节点的位置,然后运用上述方法对其进展攻击。可以经过加密报文头部的方法隐藏关键节点的位置和身份误导攻击：敌方经过伪造恶意的路由通告,引导报文沿着错误的途径转发。可以经过出口过滤、鉴别、监控的方法黑洞攻击：在运用间隔向量的网络中,攻击者经过声明其到任何节点的费用为0,可以呵斥一个黑洞。可以经过数据鉴别、监控和数据冗余的方法79传输层洪泛攻击：攻击者经过发送很多衔接确认恳求给节点,迫使节点为每个衔接分配资源用于维持每个衔接的形状,以此耗费节点资源。可以采用限制衔接数量或者要求客户端证明其为衔接分配的资源的方法同步破坏：攻击者不断地向一个或二个端节点发送伪造的音讯,这些音讯带有适宜的序列号和控制标志,从而使得端节点要求重传丧失的报文。可以经过报文鉴别的方法80直接从攻击的类型进展分类路由信息攻击：经过欺骗、修正或重传路由信息,敌人可以制造路由循环,引起或抵抗网络传输,延伸或缩短源途径,产生错误音讯,分割网络,添加端到端的延迟等选择性转发：恶意性节点可以概率性的转发或者丢弃特定音讯,而使网络堕入混乱形状81Sinkhole攻击：尽能够地诱惑一个区域中的流量经过一个恶意节点,进而制造一个以恶意节点为中心的“接受洞〞。一旦数据都经过该恶意节点,节点就可以对正常数据进展窜改,并可以引发很多其他类型的攻击Sybil攻击：位于某个位置单个的恶意节点不断的声明其有多重身份(如