第1讲-信息系统安全概论概要

2019/11/3信息系统安全信息安全工程学院-张仕斌E-mail:[e-mail]22019/11/322019/11/3第1讲信息系统安全概论•内容提要：1、21世纪是信息时代2、信息安全形势严峻3、信息安全问题的技术根源4、信息安全学科概论32019/11/31、21世纪是信息时代信息技术与产业空前繁荣，社会信息化。（1）21世纪是信息时代-人类社会在经历了机械化、电气化之后，进入了一个崭新的信息化时代。-信息产业超过钢铁、机械、石油、汽车、电力等传统产业，成为世界第一大产业。-信息和信息技术改变着人类的生活和工作方式。离开计算机、网络、电视和手机等电子信息设备，人们将无法生活和工作。-信息成为重要的战略资源。信息的获取、存储、传输、处理和安全保障能力成为综合国力和经济竞争力的重要组成部分。-信息安全事关国家安全，事关经济发展，事关社会稳定。42019/11/3（1）21世纪是信息时代1、21世纪是信息时代-信息社会三大定律：•新摩尔定律：芯片集成度、CPU处理能力，每18个月翻一番。INTERNET网络的发展速度每6个月翻一番。IT行业的人才每18个月换一茬。•千倍定律：高性能计算能力每10年提高1000倍。•吉尔德定理律：干网通信带宽每6个月翻一翻。-信息社会正按新摩尔定律、吉尔德定律、千倍定律高速发展。52019/11/3（2）信息技术与产业空前繁荣1、21世纪是信息时代-信息技术与产业的发展，为社会创造了巨大财富。-比尔盖茨连续13年世界首富，08年退休，把自己的580亿美元资产全部捐献给以他命名的慈善基金会。-2011年6月美国Apple公司的资产世界第一，相当于当年165个国家GDP之和。-2013年比尔盖茨又重新回到世界首富的位置上。-中国电信、中国移动、华为、联想等企业上升为世界五百强。2014年10月阿里巴巴在美国上市，IPO发行价68美元，对应市值1676亿美元，超出亚马逊的1500亿美元，仅次于苹果、谷歌、微软、Facebook、IBM、甲骨文和英特尔。开盘价92.7美元，大涨36.3%，市值2285亿美元，最终收盘价为93.87美元，市值超过2300亿美元。因此成为仅次于苹果、谷歌和微软的全球第四大高科技公司，和仅次于谷歌的第二大互联网公司。2014年9月19日，苹果市值为6095亿美元，Google为3985.8亿美元，微软3846.4亿美元，Facebook为2002亿美元，IBM为1932.8亿美元，甲骨文为1851亿美元，英特尔为1741.3亿美元，亚马逊为1501.6亿美元，腾讯为1512.5亿美元。阿里上市，标志着全球互联网版图和高科技版图中，中国力量正式开始崛起了！62019/11/3（3）中国成为世界信息大国1、21世纪是信息时代-我国的电子计算机•我国的PC机产量和拥有量都是世界第一。•2009年1月8日宣布,国防科大研制出天河1号超级计算机，2570万亿次/秒，世界第一。•奥巴马说：世界上跑得最快的火车和计算机都在中国。•2011年6月日本富士通公司的“京”计算机超过天河1号，成为世界第一。•2013年国防科大研制出天河2号，重回世界第一的位置上，比排名第二的美国计算机快一倍。-我国因特网和手机用户量，居世界第一。2014年全球网民达到30亿，中国网民达6.4亿（普及率48%），手机网民达5.5亿。72019/11/3（3）中国成为世界信息大国-我国电话机和有线电视拥有量，居世界第一。2014年中国电话机拥有2.99亿，有线电视拥有2.75亿用户。-大多数中低档电子产品，我国都居世界第一。-但是，我国在高档和基础性IT技术方面尚落后：•集成电路（CPU，专用电路）、高级电子仪器•系统软件（OS，DB）、行业应用软件1、21世纪是信息时代82019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现-光计算机•光通信技术已经十分成熟，得到广泛应用。•光存储光的只读存储技术已十分成熟，得到广泛应用。光的随机存储技术，尚待攻克。•光计算机尚需研究模拟光计算主要的缺点是计算精度不高。数字光计算的关键技术尚待攻克。我国在光计算部件研究方面取得阶段成果。92019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现-量子计算机•加拿大的量子计算机\\2007年2月加拿大的D-WaveSystem公司宣布研制出世界上第一台商用16量子位的量子计算机。\\2008年5月提高到48量子位，并开始出售，美国购买了。\\2011年5月30日，提高到128量子位，以1000万$一台出售。洛克希德马丁公司购买，用于F35战机等新式武器的研制。\\2013年初，又提高到512量子位。1500万$一台，谷歌公司购买。用于提高信息搜索速度和研究人工智能。\\据悉，今年年底D-WaveSystem公司将推出1024量子位的量子计算机。•加拿大的量子计算机的发展速度是惊人的，但它是专用型量子计算机，不是通用型量子计算机。102019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现•加拿大D-WaveSystem公司的量子计算机128qbit量子计算机512qbit量子计算机•如果量子计算机的规模进一步提高，将可攻破现用的许多密码。//1448位的量子计算机可以攻破256位的ECC。//2048位的量子计算机可以攻破1024位的RSA。112019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现•美国的量子计算机\\2001年IMB公司研制出世界上第一台7量子位的示例型量子计算机。\\美国政府和军方执行着5个量子计算研究计划，但具体进展却密而不宣。\\2011年9月，UCSB通过量子电路实现了冯诺依曼计算结构。并利用该硬件平台完成素数分解的Shor算法实验。\\2012年3月，IBM宣布找到了大规模提升量子计算机规模的一种关键技术。UCSB的量子硬件平台IBM提升量子计算机规模的关键技术122019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现•美国的量子计算机\\2014年4月1日，美国密歇根大学制造出世界上第一块可升级并且可大规模生产的量子计算机芯片。\\2014年4月12日，美国哈佛大学和德国马普研究所，宣布能够制造量子计算机模块，创造了新的量子转器、逻辑门和连接器。\\2014年9月3日谷歌公司投资50亿美元，与圣芭芭拉分校(JohnMartinis教授小组)合作，研制量子计算机。\\2014年9月12日美国普林斯顿大学设计出一种装置，可让光子遵循实物粒子运动规律。以此为基础，量子计算机将不再遥远。\\2014年10月11日《MIT技术评论》报道，微软建立了量子架构和计算研究小组（QuantumAchitechtureandComputationGroup），并已经经历了十年的研究。负责人是数学家MichaelFreedman，30岁获得数学菲尔茨奖，现在也是加州大学圣巴巴拉分校的教授。132019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现•美国的量子计算机\\2014年11月18日，美国加州大学圣巴巴拉分校的光控超导芯片获突破，量子计算机有望问世。\\2014年11月18日，美国《新科学家》网站报道，世界上首台可编程通用量子算机近日在美国问世。•奥地利的量子计算机\\2014年4月1日，奥地利科学院成功使两个光量子的纠缠态到达103Qbit，大大超过以前的11Qbit。此成果的意义重大，以此为基础可研制103Qbit的通用量子计算机。142019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现•我国的量子通信与计算技术\\我国973计划和自然科学基金都支持量子通信与计算研究。\\2008年，中科大郭光灿小组就开发出安徽芜湖地区的量子保密通信系统。\\2013年12月30日美国《物理》杂志公布十大物理成果，中科大潘建伟小组的“利用量子器件无关量子密钥分发解决量子黑客隐患”，位列其中。\\2014年6月8日，中科大潘建伟小组首次实现用量子计算机求解线性方程组的试验。根据MIT塞斯罗伊德教授的算法，求解一个亿亿亿变量的线性方程组，量子计算机只需10秒钟。\\2014年10月9日，我国清华大学交叉学科研究院段路明教授，首次实现在常温固态系统中的抗噪几何量子计算。\\2014年11月17日，中科大潘建伟小组首次实现200公里量子保密通信。我国拟建立北京至上海的量子保密通信线路。152019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现-DNA计算机\\1994年美国南加州大学的L.Adleman提出DNA计算的思想，并在试管液体中进行实验。•DNA计算的基本思想：以DNA碱基序列为信息编码的载体，利用现代分子生物学技术，在控制酶的作用下，进行DNA序列反应。反应前的DNA编码为输入，反应后的DNA编码为输出。•DNA计算的特点：//高度并行：运算速度快，可达1.2X1018次/s，比目前最快的电子计算机快得多。//节能，能耗是目前超级计算机的1/1018。//信息存储密度高，每（纳米）31bit，而现在的存储介质每（纳米）121bit。162019/11/31、21世纪是信息时代（4）新型计算机已经出现•2003年以色列研制出可人机交互的DNA计算机。•L.Adleman用DNA计算机求解了一个24个未知数、100万种可能性的数学难题。•2012.2.8美国加州斯克里普斯研究院和以色列理工学院开发出一种生物计算机，可破译DNA芯片中的加密图像。172019/11/32、信息安全形势严峻由于信息是重要的战略资源，计算机系统集中管理着国家和企业的政治、军事、金融、商务等重要信息，因此计算机系统成为不法分子的主要攻击目标。又由于计算机系统本身的脆弱性和网络的开放性，使得信息安全成为世人关注的社会问题。当前，信息安全的形势是严峻的。（1）世界领导人的论述•江泽民：大力推进信息化进程，高度重视信息网络安全。•江泽民：积极发展，加强管理，趋利避害，为我所用，努力在全球信息网络化的发展中占据主动地位。•克林顿：谁掌握了信息，谁就掌握了主动。•普京：信息资源及其基础设施成为角逐世界领导地位的舞台。182019/11/32、信息安全形势严峻（1）世界领导人的论述•胡锦涛：信息安全是个大问题，必须把信息安全问题放到致关重要的位置上，认真加以考虑和解决。•温家宝：面对多变的国际环境和互联网的广泛应用，我国信息安全问题日益突出。加入世界贸易组织、发展电子政务等，对信息的安全保障提出了新的、更高的要求。必须从经济发展、社会稳定、国家安全、公共利益的高度，充分认识信息安全的极端重要性。•习近平：没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化。网络安全和信息化是事关国家安全和国家发展、事关广大人民群众工作生活的重大战略问题，要从国际国内大势出发，总体部局，统筹各方，创新发展，努力把我国建设成网络强国。192019/11/32、信息安全形势严峻（2）敌对势力的破坏•2002年在江泽民主席的767专机上查出27个窃听器。•2002年和2003年法轮功分子三次攻击鑫诺卫星，把信息对抗引入到空间领域。•2013美国棱镜计划曝光，美国中情局对中国等许多国家进行通信、邮件的信息监控。202019/11/32、信息安全形势严峻（3）黑客入侵•黑客入侵已经成为一种经常性、多发性的信息安全事件。现在只要有全国性的活动，就会有成千上万的黑客攻击•2000年2月7日起的一周内，黑客对美国的雅互等著名网站发动攻击，致使这些网战瘫痪，造成直接经济损失12亿美元。我国的163网战也陷入困境。•2001年5月1日前后，发生了一场网上“中美黑客大战”，双方互相攻击对方的网站，双方都有很大损失。这场网上大战，给我们留下深刻的思考。•2003年11月25日13时30分到19时30分的6个小时内，亚洲、北美和欧洲的internet网络全部陷入瘫痪和半瘫痪状态。•2010年美国和以色列黑客利用APT攻击伊朗的核工厂，物理破坏了80%的铀浓缩离心机，使其铀浓缩计划推迟几年。21