NET-07 网络安全
07 · 网络安全（Network Security）
📅 预计 90 分钟 | ⭐ 本章主题：加密、数字签名、证书、HTTPS 与常见攻击
7.0 网络安全要解决什么问题
把网络想象成一条公共走廊，数据像信件一样从你的门送到对方的门。走廊里来来往往什么人都有：有人想偷看信的内容，有人想改信上的话，有人干脆想把你家的门堵住。网络安全（network security）解决的就是这三类问题，总结成 CIA 三元组：
| 目标 | 英文 | 意思 | 破坏它的攻击 |
|---|---|---|---|
| 机密性 | Confidentiality | 内容只有该看的人能看 | 窃听、中间人窃取 |
| 完整性 | Integrity | 内容没有被篡改 | 篡改报文 |
| 可用性 | Availability | 服务一直可用 | DDoS 瘫痪服务器 |
记这三个词的钥匙就是"保密、保鲜、保在"。后面所有技术都围绕这三点。
⚠️ 常见错误
- 把机密性和完整性混为一谈：机密性防"看"（加密），完整性防"改"（校验/签名），是两件事。
- 以为"加密"解决所有问题：加密只解决机密性；防篡改靠完整性校验，防抵赖靠数字签名。
- CIA 缩写记成别的：Confidentiality-Integrity-Availability。
7.1 对称加密：一把钥匙开一把锁
DES / AES
对称加密（symmetric encryption）用同一个密钥既加密又解密。就像你和朋友约定好一把相同的钥匙：你用钥匙锁上，他用同一把钥匙打开。
过程描述：
明文 "HELLO" --(密钥 K 加密)--> 密文 "x8#k!" --(同一密钥 K 解密)--> 明文 "HELLO"
- DES（Data Encryption Standard）：早期标准，密钥长度 56 位，在今天已经可以被暴力破解，基本淘汰。
- 3DES：把 DES 连做三次，属于临时过渡方案。
- AES（Advanced Encryption Standard）：当前主流，密钥长度可选 128 / 192 / 256 位，安全且高效，浏览器、WiFi（WPA2）都在用。
对称加密的优点是快（适合加密大量数据）；缺点是密钥分发难题——你俩相隔千里，怎么安全地把同一把钥匙交给对方？要是钥匙被偷，等于白锁。
⚠️ 常见错误
- DES 与 AES 记反：DES 老、密钥 56 位、不安全；AES 新、128/192/256 位、主流。
- 以为对称加密也用于身份验证：对称加密主要管机密性；验身份、防抵赖靠数字签名（非对称）。
- 忽略"密钥分发"问题：这是对称加密的核心短板，也是非对称加密登场的原因。
7.2 非对称加密：一公一私两把钥匙
RSA
非对称加密（asymmetric encryption）用一对钥匙：公钥（public key）公开给所有人，私钥（private key）自己保管。用公钥加密的内容，只有配对的私钥能解；反之亦然。它像公共信箱：谁都能往投递口塞信（公钥加密），但只有握着信箱钥匙的收件人（私钥）能打开取信。
- RSA 是最经典的非对称算法，安全性建立在"两个大素数的乘积容易算，但把乘积分解回两个素数极难"这一数学事实上。
- 比 RSA 更新的有 ECC（椭圆曲线）等，密钥更短、性能更好。
非对称加密的核心用途有两个方向（务必分清）：
| 用途 | 用哪把钥匙加密 | 用哪把钥匙解密 | 解决什么 |
|---|---|---|---|
| 加密传输 | 接收方公钥 | 接收方私钥 | 机密性（只有接收方能看） |
| 数字签名 | 发送方私钥 | 发送方公钥 | 完整性 + 身份验证 + 防抵赖 |
用 RSA 的小数字例子体会"加密-解密"往返（真实密钥远大于此）：
选素数 p=61, q=53，n = p*q = 3233
公钥 (e, n) = (17, 3233)
私钥 (d, n) = (2753, 3233)
加密：密文 = 明文^e mod n
65^17 mod 3233 = 2790
解密：明文 = 密文^d mod n
2790^2753 mod 3233 = 65 ← 还原成功
⚠️ 常见错误
- "加密"与"签名"的钥匙方向记反：加密用接收方公钥，签名用发送方私钥——这是本讲被问最多的混淆点。
- 以为公钥能解密私钥加密的一切：同一对钥匙互为逆运算，但"公钥加密私钥解"用于保密，"私钥加密公钥解"用于签名。
- 非对称 vs 对称搞混：对称一把钥匙、快、有分发难题；非对称一对钥匙、慢、无分发难题。
7.3 数字签名与数字证书：盖章与验章
数字签名：防篡改 + 防抵赖
数字签名（digital signature）解决两件事：内容没被人改过（完整性）、发送方无法抵赖（不可否认）。它像文件上的手写签名加骑缝章。
过程（发送方）：
1. 对明文做哈希（hash，如 SHA-256）→ 得到固定长度的"指纹"（摘要）
2. 用发送方【私钥】对指纹加密 → 得到"数字签名"
3. 把【明文 + 数字签名】一起发给对方
过程（接收方验证）：
1. 用发送方【公钥】解密签名 → 得到"对方算出的指纹 A"
2. 自己再对收到的明文做同样的哈希 → 得到"我算出的指纹 B"
3. 若 A == B：明文没被改过，且确实来自持有该私钥的人
这里必须带出 哈希（hash）这个概念：它是一个"单向"函数——内容随便多长，算出来都是固定长度（如 SHA-256 是 256 位）；内容只要改一个字符，指纹就完全变样；而且几乎不可能从指纹反推出原文。哈希本身不加密、也不解密，它是"数字指纹"。
数字证书：把公钥和"人"绑定
非对称加密有个前提问题：你怎么确定手里的公钥真是对方的？中间人可能把自己的公钥塞给你。数字证书（digital certificate）就是由权威机构 CA（Certificate Authority，证书颁发机构）给"公钥 + 持有人身份"签名盖章，证明"这把公钥确实属于某某网站"。它像身份证：你自己说你是谁没用，得由发证机关（CA）盖章。
工作流程（浏览器访问 HTTPS 网站时）：
1. 网站把"证书"发给浏览器：证书里有网站域名 + 网站公钥 + CA 的签名
2. 浏览器用【CA 的公钥】验证证书上的签名 → 证书是真的、没被篡改
3. 浏览器确认证书里的域名 == 正在访问的域名
4. 信任证书里的公钥，用它完成后续加密通信
CA 的公钥怎么来？它来自根证书（root certificate），预装在操作系统/浏览器里。这就形成了一条信任链：根证书 → 中间 CA → 网站证书。
⚠️ 常见错误
- 证书解决的是"公钥是谁的"，不是"数据是否加密"——加密靠密钥协商，证书提供信任基础。
- 哈希 ≠ 加密：哈希不可逆、无密钥；加密可逆、有密钥。SHA-256 不是"加密算法"。
- 签名方向记反：签名用私钥，验签用公钥；而加密用接收方公钥，解密用接收方私钥。
- 忽略域名校验：证书合法但域名对不上（如你访问 a.com 收到 b.com 的证书），浏览器会报警，说明可能正遭遇中间人攻击。
7.4 TLS/SSL 与 HTTPS：加密的握手
TLS 握手：先谈好"暗号"，再开始聊天
TLS（Transport Layer Security）是 HTTP 加密的基础，前身叫 SSL（Secure Sockets Layer），现代标准是 TLS，但大家常混叫"SSL"。HTTPS = HTTP + TLS。
TLS 的第一步是握手（handshake）——双方先协商出"用什么算法、用什么密钥"，然后再用这个密钥加密传输内容。简化流程如下：
客户端 服务器
│ ① ClientHello：我支持 TLS1.3、这些加密算法 ──→│
│ ←─ ② ServerHello：我们用它；并发送【数字证书】 │
│ ③ 验证证书（CA 签名 + 域名） │
│ ④ 用证书里的公钥协商出一个"会话密钥"（细节： │
│ 客户端生成预主密钥，用服务器公钥加密发过去）──→│
│ ←─ ⑤ Finished：我也准备好了 │
│ ⑥ Finished：开始用会话密钥加密通信 │
└───────────────────────────────────────────→
之后的所有 HTTP 请求/响应都用【会话密钥】对称加密传输
关键点：握手阶段用非对称加密传递秘密（慢但安全），正式通信阶段用对称加密（会话密钥）加密海量数据（快）。两种加密在这里配合登场。
⚠️ 常见错误
- 以为 HTTPS 全程都用 RSA：只有密钥协商阶段用非对称，传输阶段用对称的会话密钥。
- SSL 与 TLS 混淆：SSL 是老版本、已不推荐；现在用的是 TLS，TLS 1.2 / 1.3。
- 以为 HTTPS 只是"HTTP 加把锁"这么简单：涉及证书校验、密钥协商、加密套件协商三件事。
- 端口：HTTPS 443，别写 80。
7.5 防火墙：小区的门卫
防火墙（firewall）是部署在网络边界（内网与外网之间）的门卫，根据预设规则决定放行还是拦截数据包。它保护"内网"不被外部恶意访问，也能限制内网向外访问。
常见类型（从"粗"到"细"）：
| 类型 | 检查到哪一层 | 特点 |
|---|---|---|
| 包过滤防火墙 | 网络层/传输层（IP、端口、协议） | 快，按五元组放行/丢弃 |
| 状态检测防火墙 | 网络层/传输层 + 连接状态 | 能识别"这是合法连接的后续包" |
| 应用层代理防火墙 | 应用层 | 最细，能识别 HTTP 内容，慢 |
包过滤的典型规则：只放行从内网发起的连接及其响应，禁止外部主动连入内网的 22 端口（SSH）。状态检测比普通包过滤聪明的地方在于：它记录连接状态，只放行"会话中"的合法回包。代理则替内网用户转发请求，内网主机对外不可见。
⚠️ 常见错误
- 把防火墙和杀毒软件混淆：防火墙管"放行/拦截网络流量"，杀毒软件管"主机上的病毒"。
- 以为防火墙能防一切：防火墙拦不住来自内网内部的攻击，也拦不住已被加密封装的可疑流量。
- 类型层级记反：包过滤最粗、代理最细；代理慢但查得深。
7.6 常见攻击
中间人攻击（MITM）
中间人攻击（Man-In-The-Middle）指攻击者插入通信双方之间，双方都以为自己在和对方说话，其实都在和中间人说话。中间人可以窃听（读内容）、篡改（改内容）、甚至冒充（伪造身份）。对策：加密 + 证书验证（HTTPS），让中间人"看不懂、改不了、装不成"。
A ──信─→ [M 中间人，偷看/改写] ──信─→ B
A 以为在跟 B 通信，B 以为在跟 A 通信
DDoS 攻击
DDoS（Distributed Denial of Service，分布式拒绝服务）通过大量被控制的机器（僵尸网络）同时向目标发送海量请求，把服务器的带宽、连接数、CPU 打满，让正常用户访问不到——破坏的是 CIA 里的"可用性"。单机发起的叫 DoS，DDoS 是"分布式"（许多台一起）。防御思路：流量清洗、限速、CDN 分摊、封禁恶意 IP。
SQL 注入
SQL 注入（SQL Injection）利用程序把用户输入直接拼接进 SQL 语句的漏洞，让数据库执行攻击者构造的恶意语句。比如登录框输入：
用户名：admin' --
密码：随便
拼接成的 SQL：SELECT * FROM users WHERE username='admin' --' AND password='随便'
-- 是 SQL 注释，把后面的密码判断"注释掉"了，于是攻击者以 admin 身份直接登录。防御核心：参数化查询（占位符），永远不要字符串拼接 SQL。
补充两个概念
- 暴力破解（brute-force）：逐个试密码。
- XSS（跨站脚本）：把恶意脚本注入到网页里，在别人浏览器中执行。
⚠️ 常见错误
- DDoS 破坏的是可用性，不是机密性——目标是"让服务不可用"。
- SQL 注入的根因是"字符串拼接 SQL"，不是数据库本身不安全。
- 中间人攻击的前提是对方没验证证书；HTTPS + 证书校验能有效拦截。
- 不要把 DoS 和 DDoS 完全等同：DDoS 是分布式发起，更难以防御。
7.7 本讲小结
网络安全 = 围绕 CIA 三元组。对称加密管快、非对称加密管钥匙分发、哈希管完整性、数字签名管防抵赖、证书 + CA 管信任、TLS/HTTPS 把它们组合落地、防火墙守边界、各种攻击提醒我们这些技术为什么存在。
🧠 记忆口诀
- CIA：机密（Confidentiality）、完整（Integrity）、可用（Availability）。
- 钥匙方向：加密用对方公钥，签名用自己私钥——"加密给人看，签名给自己证"。
- 哈希是指纹：不可逆、定长、一变全变。
- 握手分两段：非对称传密钥，对称传正文。
- 攻击三连：MITM 插中间，DDoS 塞满门，SQL 注入改查询。
📌 中英术语表（本讲）
| 中文 | English | 说明 |
|---|---|---|
| 网络安全 | network security | 保护网络与数据的机密性/完整性/可用性 |
| 机密性 | confidentiality | 内容只给该看的人看 |
| 完整性 | integrity | 内容未被篡改 |
| 可用性 | availability | 服务始终可用 |
| 对称加密 | symmetric encryption | 一把密钥加解密 |
| DES | Data Encryption Standard | 56 位密钥，已不安全 |
| AES | Advanced Encryption Standard | 128/192/256 位，当前主流 |
| 非对称加密 | asymmetric encryption | 公钥/私钥一对 |
| 公钥 / 私钥 | public key / private key | 公开 / 保密 |
| RSA | RSA | 经典非对称算法，基于大数分解 |
| 哈希 | hash | 单向指纹函数，不可逆 |
| 数字签名 | digital signature | 私钥签、公钥验，防篡改防抵赖 |
| 数字证书 | digital certificate | CA 为公钥+身份盖章 |
| 证书颁发机构 | Certificate Authority (CA) | 签发证书的可信第三方 |
| 信任链 | chain of trust | 根证书 → 中间 CA → 网站证书 |
| TLS / SSL | Transport Layer Security | 传输层加密协议 |
| 握手 | handshake | 协商算法与密钥的过程 |
| 会话密钥 | session key | 本次会话用的对称密钥 |
| 防火墙 | firewall | 网络边界的访问控制 |
| 包过滤 | packet filtering | 按 IP/端口/协议放行 |
| 状态检测 | stateful inspection | 结合连接状态判断 |
| 代理防火墙 | proxy firewall | 应用层代转发 |
| 中间人攻击 | man-in-the-middle (MITM) | 插在双方中间窃听篡改 |
| 分布式拒绝服务 | DDoS | 大量机器同时攻击使服务瘫痪 |
| SQL 注入 | SQL injection | 拼接 SQL 语句的漏洞 |
| 暴力破解 | brute-force attack | 逐个试密码 |
| 跨站脚本 | cross-site scripting (XSS) | 在网页中注入脚本 |
⭐ 本章考点清单
- CIA 三元组及各自对应的攻击。
- DES / AES 的密钥长度与安全定位。
- RSA 的公钥/私钥用途方向：加密 vs 签名。
- 数字签名过程：哈希 → 私钥签名 → 公钥验签。
- 哈希的性质（不可逆、定长、一变全变）。
- 证书的作用与 CA 的信任链。
- TLS 握手两步：非对称协商密钥 + 对称传输。
- HTTPS 与 HTTP 的区别；端口 443。
- 防火墙三类及各自的检查层级。
- 中间人、DDoS、SQL 注入的原理与对策。