北京信息科技大学 2017 ~2018 学年第二学期《信息安全》考试试题 (A 卷)

课程所在学院:计算机学院
适用专业班级:计科 1504-6、重修
考试形式:闭卷

一、单选题(本题满分 20 分，共含 10 道小题，每小题 2 分)

1. 网络安全是指网络系统的硬件、软件及( C )的安全。

   A.网络地址 B.用户口令 C. 系统中的数据 D. 设备资产

2. 下列对数据机密性描述不正确的是( B )

   A. 数据机密性服务在于防止信息被非授权地泄露

   B. 数据机密性只有在传输过程中才面临威胁

   C. 数据机密性可以采用加密方法保障

   D. 数据传输过程中的流量特征也能反映数据机密性

3. 管理人员误删除了文件，破坏了文件的( B )

   A.机密性 B. 完整性 C. 可控性 D. 不可否认性

   管理人员误删除了用户的文件，破坏了用户文件的完整性。

   文件的完整性指的是数据在存储或传输过程中没有被破坏、篡改或损坏的状态。如果管理人员误删除了用户的文件，就会导致文件的完整性受到破坏，即文件无法恢复到原来的状态；其他选项中，机密性是指数据不被未经授权的人员访问；可控性是指数据可以被授权的人员访问和管理；不可否认性是指数据的真实性和来源可以被证明。

4. 下列哪一种攻击属于被动攻击( C )

   A.阻断 B. 重放攻击 C. 监听 D. 拒绝服务攻击

   主动攻击直接影响系统资源，被动攻击注重收集信息而不干扰系统

   主动攻击的例子包括：篡改数据、拒绝服务攻击（DoS）、伪造身份、中断服务等

   被动攻击的例子包括：窃听（监听通信）、流量分析、密码破解等

5. 下列不属于 DoS 攻击手段是?( C )

   A、SYN Flood B、IP Spoofing C、Ping of Death D、Tear Drop

   IP Spoofing：IP 欺骗/模仿技术

   其余攻击手段介绍：PPT第六讲32页

6. 下列密码系统不属于分组密码技术的是( A )

   A.A5/1 B. DES C. AES D. RSA

   A5/1 与 RC4 是常见的流密码体系，见第二章PPT中的第46页

7. AES 密码系统选择 192 位密钥时，其可选的密钥个数( D )

   A.96 B. 192 C. 2^96 D. 2^192

8. A 与 B 进行通信，使用下列哪个方法不能使 B 确信收到的信息一定来自于 A（ C ）

   A.消息用对称加密算法加密，密钥仅有双方知道

   B. 消息中包含 A 对消息的签名，B 通过了对 A 签名的验证

   C.消息使用 B 的公钥进行加密，B 解密得到的信息

   D.消息使用 A 的私钥进行加密，B 解密得到的信息

9. 在对称密码体制中，由 n 个人组成的团体，每个用户必须保密和其他任何一个用户的共享密钥， 每个用户的密钥保管量将达到( B )个。

   A.1 B. n C. n! D. n(n-1)/2

   每个用户的密钥保管量将达到n个，因为每个用户除了要保管自身的密钥，还要保存与 n-1 个人进行通信的对称密钥，故：密钥保管量 = 1 + (n-1) = n

10. 下列哪个不能作为授权管理( A )

    A.口令 B. 访问控制列表 C. 访问控制能力表 D. 访问控制矩阵

    口令是一种身份验证机制，而不是授权管理机制。

    PPT第五讲第22页

二、判断题(本题满分 10 分，共含 5 道小题，每小题 2 分。注:正确“√” ，错误“×” )

1. 凯撒密码属于古典密码中的置换密码。 （√）

2. C.E.Shannon 提出的密码算法设计思想，主要通过混淆和扩散来实现。 （√）

3. 会话密钥是在一对用户之间的长期共享的秘密密钥。 （×）

   短期共享

4. 堡垒主机的存在将敌方攻击目标拆分为多个离散点。 （×）

5. 在防火墙技术中，包过滤墙技术无法掌握连接的状态（√）

   包过滤防火墙是一种基于网络层和传输层的防火墙技术，它通过检查数据包的源IP地址、目的IP地址、端口号和协议类型等字段信息来决定是否允许通过或阻止数据包。它是一种静态的防火墙，对单个数据包进行检查，无法掌握连接的状态。

三、简答题(本题满分 30 分，共含 4 道小题，1 小题 6 分，2、3、4 每小题 8 分)

1. 请简述密码系统的 5 元组表示，说明开发密码系统应包含的必要功能模块

   密码系统通常用一个五元组（M， C， K， E， D）来表示，其中 M为Message、C为Cipher，K为Key，E为Encryption，D为Decryption：

   1. M：明文空间，包括所有可能的明文。
   2. C：密文空间，包括所有可能的密文。
   3. K：密钥空间，包括所有可能的密钥。
   4. E：加密算法的集合，每个密钥k ∈ K都对应一个加密算法Ek ∈ E，使得Ek：M → C。
   5. D：解密算法的集合，每个密钥k ∈ K都对应一个解密算法Dk ∈ D，使得Dk：C → M。

   对于所有的k ∈ K，m ∈ M，应有Dk(Ek(m)) = m，意味着对于每一个密钥k，如果我们使用这个密钥加密一个明文m（得到Ek(m)），然后用相同的密钥解密得到的密文，那么我们应该得到原始的明文m。

   在开发密码系统时，应当包含以下必要的功能模块：

   1. 密钥生成和管理：需要有一个模块负责生成安全的密钥，并妥善管理这些密钥。这可能包括密钥的生成、存储、分发、更新以及吊销等。

   2. 加密和解密：这是密码系统的核心功能，需要有模块负责实现加密和解密算法。这可能涉及到如AES、RSA、ECC等各种加密算法的实现。

   3. 身份验证和授权：密码系统通常需要验证用户的身份，并确定用户是否有权使用特定的密钥或进行特定的操作。这可能涉及到用户身份的验证、访问控制、角色分配等。

   4. 完整性和认证：除了保证信息的机密性，密码系统还需要保证信息的完整性，防止信息在传输过程中被篡改。这可能涉及到如哈希函数、消息认证码（MAC）等技术的使用。

   5. 错误处理和恢复：密码系统需要有机制处理可能发生的各种错误，并在可能的情况下进行恢复。例如，如果密钥被丢失或损坏，可能需要有方法恢复或替换密钥。

2. IPSec 有哪两种报头形式？画出在传送模式下，两种报头对数据包的验证(加密)区域。

   答：IPSec有两种报头形式：AH和ESP。两种报头都用于提供数据的安全性和完整性，但它们在执行此操作的方式上有所不同。

   • AH：Authentication Header（认证头）是一种无连接的安全机制。它可以用于保证数据的完整性和来源的真实性，但不能提供数据的机密性。换句话说，它不加密数据，只验证数据是否被修改。

     

   • ESP：Encapsulating Security Payload（封装安全载荷）是另一种无连接的安全机制。它提供数据的完整性、来源的真实性，以及数据的机密性。也就是说，它既加密数据，又验证数据是否被修改。

     

   （概念：PPT第六讲124页；画图：PPT第六讲133页）

   2. 如果将主体客体按照如下级别进行分类:

      

      请据此对 BLP 模型，进行画图描述和文字说明。

      答：BLP（Bell-LaPadula）的出发点是维护系统的机密性，能有效防止信息泄露，其遵循的原则是**“不上读”、“不下写”**。

      即主体只能读取或观看他们等级以下的信息，也就是说他们不能"读取"他们无法访问的高级别信息。

      同时，主体也只能向他们等级相同或更高的级别写入数据。也就是说，他们不能将他们掌握的信息"写入"到较低的级别中，防止信息被较低级别的人员获取。

      

      （PPT第五讲30页）

   3. 请阐述 IP 欺骗的步骤，并说明其中哪一步骤是技术难点？

      答：IP欺骗，也被称为IP欺诈或IP伪造，是一种网络攻击的形式。

      

      1. 首先使被信任主机的网络暂时瘫痪;
      2. 连接到目标机的某个端口来猜测ISN基值和增加规律 ;
      3. 把源址址伪装成被信任主机，发送带有SYN标志的数据段请求连接;
      4. 等待目标机发送SYN+ACK包给已经瘫痪的主机;
      5. 再次伪装成被信任主机向目标机发送的ACK，此时发送的数据段带有预测的目标机的ISN+1;
      6. 连接建立，发送命令请求

      技术难点是第2步，即"连接到目标机的某个端口来猜测ISN基值和增加规律"，因为ISN是TCP/IP连接建立过程中的关键部分，它在每次新的TCP连接中都是随机生成的。

      (PPT第六讲30页)

   四、计算题

   1. 下面是 DES 的一个 S 盒，如果输入为 010101，求输出。

      

      S盒计算方法（PPT第二讲70页）：给定6比特输入，将首尾两个比特作为行条件、中间四个比特作为列条件进行查表，最终获得4比特输出。

      答：010101 的首尾两比特值为“01”，即十进制1；中间的四比特值为“1010”，即十进制10；查表得输出为13，即二进制“1101”，所以最终输出为：1101

   2. 在使用 RSA 的公钥体制中，p=11，q=7，e=13，问私钥是什么，若加密明文 m=10，则对应的密文是什么?

      答：此时两个质数 p 与 q 的乘积为：n = p * q = 11 * 7 = 77，所以公钥(e，n) = (13，77)

      又因为 φ(n) = (p - 1) * (q - 1) = (11 - 1) * (7 - 1) = 10 * 6 = 60，且 e * d = 1 mod φ(n)

      将 e、φ(n) 代入等式，得：13 * d = 1 mod 60，解得 d = 37

      所以私钥为：(d，n) = (37，77)

      对应的密文为：c = m^e mod n = 10¹³ mod 77 = 10

      （PPT第三讲35页）

   3. DH 密钥交换是 W.Diffie 和 M.Hellman 于 1976 年提出的第一个公钥密码算法， 已在很多商业产品中得以应用。设 p 是大素数，a 是 p 的本原根，p 和 a 作为公开的全程元素。若取 p=97，a=5， 用户 A 和 B 分别秘密地选择随机数 X_A=36， X_B=58， 通过计算描述用户 A 和 B (简单 DH 协议) 的密钥交换过程。

      答：（1）选择全局元素：p = 97，a = 5， X_A=36 和 X_B=58

      （2）生成和发送公钥：

      • 用户A选择一个私钥 X_A=36，然后计算公钥：A = a ^ X_A mod p = 5^36 mod 97

      • 用户B选择一个私钥 X_B=58，然后计算公钥：B = a ^ X_B mod p = 5^58 mod 97

      （3）交换公钥：用户A和B通过不安全的公共通道交换他们的公钥。

      （4）计算共享秘密密钥：K = B ^ X_B mod p = A ^ X_A mod p，A与B使用共享密钥进行通信

      （PPT第二讲103页）

   五、综合分析(本题满分 20 分，共含 2 道小题，第 1 小题 7 分，第 2 小题 13 分)

   1. 战争中阿里巴巴被俘了，敌人拷问情报。阿里巴巴想了一个好办法，当敌人向他拷问打开山洞石门的咒语时，他对强盗说：“你们离我一箭之地，用弓箭指着我，你们举起右手我就念咒语打开石门，举起左手我就念咒语关上石门，如果我做不到或逃跑，你们就用弓箭射死我。 ” 请问：

      1）这是当前广泛应用的何种认证理论？(2 分)

      2）此认证理论主要解决了什么问题？结合本案例，为阿里巴巴解决了怎样的后顾之忧？(5 分)

      答：（1）零知识证明理论。

      （2）它可以让一方向另一方证明自己知道某个信息，而不需要透露这个信息本身。

      解决的后顾之忧：阿里巴巴可以向敌人证明了他知道如何使用咒语，但不告诉敌人咒语是什么，即避免了被敌人杀死（因为他证明了自己的价值），又保护了石门咒语的秘密。

      （PPT第三讲72页）

   2. 如图是将 hash 码用于消息认证的一种方法，请回答下面的问题。

      

      (1) 说出 KR_a ，H(M) ，K 和 KU_a 表示的意思。 (4 分)

      (2) 从发送方(Source)对明文 M 的操作，到接收方(Destination)的验证经过哪些运算步骤?(9 分)

      答：（1）KR_a：私钥；H(M) ：对消息M进行哈希运算；K：密钥； KU_a：公钥。

      （2）步骤如下：

      1. 发送方先将消息M进行哈希运算，然后使用私钥KR_a进行加密。
      2. 发送方将消息打包后使用对称密钥K进行加密，发送给接收方
      3. 接收方接收到消息后，对其使用对称密钥K进行解密，得到消息M与E_KRa[H(M)]
      4. 接收方对E_KRa[H(M)]使用公钥 KU_a进行解密，将解密后的数据与对消息M进行哈希运算后的结果进行比对，如果相同则说明消息的确是由消息发送方发送的，并且没有被篡改；反之则说明存在风险。