系统安全与防范以及防火墙的应用.doc

摘 要 网络发展的早期，人们更多地强调网络的方便性和可用性，而忽略了网络的安全性。当网络的覆盖面积仅仅限于一幢大楼、一个校园的时候，安全问题并没有突出地表现出来。但是，当在网络上运行关键性的如银行业务等，当企业的主要业务运行在网络上，当政府部门的活动正日益网络化的时候，计算机网络安全就成为一个不容忽视的问题。 随着技术的发展，网络克服了地理上的限制，把分布在一个地区、一个国家，甚至全球的分支机构联系起来。它们使用公共的传输信道传递敏感的业务信息，通过一定的方式可以直接或间接地使用某个机构的私有网络。组织和部门的私有网络也因业务需要不可避免地与外部公众网直接或间接地联系起来，以上因素使得网络运行环境更加复杂、分布地域更加广泛、用途更加多样化，从而造成网络的可控制性急剧降低，安全性变差。 随着组织和部门对网络依赖性的增强，一个相对较小的网络也突出地表现出一定的安全问题，尤其是当组织的部门的网络就要面对来自外部网络的各种安全威胁。 随着计算机网络的普及，网络安全问题越来越得到人们的重视。本文重点研究了防火墙技术的功能以及防火墙的设计思路。 关键字 计算机安全 防范 防火墙目录 摘 要 I 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.1.1计算机网络安全威胁及表现形式 1 1.1.1.1常见的计算机网络安全威胁 1 1.1.1.2常见的计算机网络安全威胁的表现形式 2 第2章 网络信息安全防范策略 4 2.1 防火墙技术 4 2.2 数据加密技术 4 2.2.1私匙加密 5 2.2.2公匙加密 5 2.3 访问控制 5 2.4 防御病毒技术 5 2.5 安全技术走向 6 第3章 防火墙的概论 7 3.1防火墙是什么 7 3.2.1静态包过滤防火墙： 7 3.2.2动态包过滤防火墙： 8 3.2.3 代理（应用层网关）防火墙： 9 3.2.4自适应代理防火墙： 9 3.3防火墙功能概述 10 3.4 防火墙主要技术特点： 11 3.5 防火墙的发展历程 11 3.5.1基于路由器的防火墙 11 3.5.2第一代防火墙产品的特点： 12 3.5.3第一代防火墙产品的不足之处 12 3.5.4用户化的防火墙工具套 13 3.5.5作为第二代防火墙产品，用户化的防火墙工具套具有以下特征： 13 3.5.6第二代防火墙产品的缺点 13 3.6 建立在通用操作系统上的防火墙 14 3.6.1通用作系统上的防火墙的特点： 14 3.6.2通用操作系统上的防火墙的缺点 14 致谢 16 参考文献 17 第1章 绪论 1.1 课题背景 随着计算机网络技术的飞速发展，信息网络已经成为社会发展的重要保证。信息网络涉及到国家的政府、军事、文教等诸多领域，存储、传输和处理的许多信息是政府宏观调控决策、商业经济信息、银行资金转账、股票证券、能源资源数据、科研数据等重要的信息。其中有很多是敏感信息，甚至是国家机密，所以难免会吸引来自世界各地的各种人为攻击（例如信息泄漏、信息窃取、数据篡改、数据删添、计算机病毒等）。通常利用计算机犯罪很难留下犯罪证据，这也大大刺激了计算机高技术犯罪案件的发生。计算机犯罪率的迅速增加，使各国的计算机系统特别是网络系统面临着很大的威胁，并成为严重的社会问题之一，从而构成了对网络安全的迫切需求。 1.1.1计算机网络安全威胁及表现形式 计算机网络具有组成形式多样性、终端分布广泛性、网络的开放性和互联性等特征，这使得网络容易受到来自黑客、恶意软件、病毒木马、钓鱼网站等的攻击。 1.1.1.1常见的计算机网络安全威胁 (1) 信息泄露 信息被透漏给非授权的实体。它破坏了系统的保密性。能够导致信息泄露的威胁有网络监听、业务流分析、电磁、射频截获、人员的有意或无意、媒体清理、漏洞利用、授权侵弛、物理侵入、病毒、术马、后门、流氓软件、网络钓鱼等。 (2) 完整性破坏 通过漏洞利用、物理侵犯、授权侵犯、病毒、木马、漏洞等方式文现。 (3) 拒绝服务攻击 对信息或资源可以合法地访问，却被非法地拒绝或者推迟与时间密切相关的操作。 (4) 网络滥用 合法用户滥用网络，引入不必要的安全威胁，包括非法外联、非法内联、移动风险、设备滥用、业务滥用。 1.1.1.2常见的计算机网络安全威胁的表现形式 自然灾害 计算机信息系统仅仅是一个智能的机器,易受自然灾害及环境(温度、湿度、振动、冲击、污染)的影响。目前,我们不少计算机房并没有防震、防火、防水、避雷、防电磁泄露或干扰等措施,接地系统也疏于周到考虑,抵御自然灾害和意外事故的能力较差。日常工作中因断电而设备损坏、数据丢失的现象时有发生。由于噪音和电磁辐射,导致网络信噪比下降,误码率增加,信息的安全性、完整性和可用性受到威胁。 网络软件的漏洞和“后门” 网络软件不可能是百分之百的无缺陷和无漏洞的,然而,这些漏洞和陷恰恰是黑客进行攻击的首选目标,曾经出现过的黑客攻入网络内部的事件,这些事件的大部分就是因为安全措施不完善所招致的苦果。另外,软件的“后门”都是软件公司的设计编程人员为了自便而设置的,一般不为外人所知,一旦“后门”洞开,其造成的后果将不堪设想。 (3) 黑客的威胁和攻击 这是计算机网络所面临的最大威胁。黑客攻击手段可分为非破坏性攻击和破坏性攻击两类。非破坏性攻击一般是为了扰乱系统的运行,并不盗窃系统资料,通常采用拒绝服务攻击或信息炸弹;破坏性攻击是以侵入他人电脑系统、盗窃系统保密信息、破坏目标系统的数据为目的。黑客们常用的攻击手段有获取口令、电子邮件攻击、特洛伊木马攻击、钓鱼网站的欺骗技术和寻找系统漏洞等。 (4) 垃圾邮件和间谍软件 一些人利用电子邮件地址的“公开性”和系统的“可广播性”进行商业、宗教、政治等活动,把自己的电子邮件强行“推入”别人的电子邮箱,强迫他人接受垃圾邮件。与计算机病毒不同,间谍软件的主要目的不在于对系统造成破坏,而是窃取系统或是用户信息。 (5) 计算机犯罪 计算机犯罪,通常是利用窃取口令等手段非法侵入计算机信息系统,传播有害信息,恶意破坏计算机系统,实施贪污、盗窃、诈骗和金融犯罪等活动。在一个开放的网络环境中,大量信息在网上流动,这为不法分子提供了攻击目标。他们利用不同的攻击手段,获得访问或修改在网中流动的敏感信息,闯入用户或政府部门的计算机系统,进行窥视、窃取、篡改数据。不受时间、地点、条件限制的网络诈骗,其“低成本和高收益”又在一定程度上刺激了犯罪的增长。使得针对计算机信息系统的犯罪活动日益增多。 (8) 计算机病毒 20世纪90年代,出现了曾引起世界性恐慌的“计算机病毒”,其蔓延范围广,增长速度惊人,损失难以估计。它像灰色的幽灵将自己附在其他程序上,在这些程序运行时进入到系统中进行扩散。计算机感染上病毒后,轻则使系统工作效率下降,重则造成系统死机或毁坏,使部分文件或全部数据丢失,甚至造成计算机主板等部件的损坏。 第2章 网络信息安全防范策略 2.1 防火墙技术 防火墙,是网络安全的屏障,配置防火墙是实现网络安全最基本、最经济、最有效的安全措施之一。防火墙是指位于计算机和它所连接的网络之间的硬件或软件,也可以位于两个或多个网络之间,比如局域网和互联网之间,网络之间的所有数据流都经过防火墙。通过防火墙可以对网络之间的通讯进行扫描,关闭不安全的端口,阻止外来的DoS攻击,封锁特洛伊木马等,以保证网络和计算机的安全。一般的防火墙都可以达到以下目的:一是可以限制他人进入内部网络,过滤掉不安全服务和非法用户;二是防止入侵者接近你的防御设施;三是限定用户访问特殊站点;四是为监视Internet安全,提供方便。 2.2 数据加密技术 加密就是通过一种方式使信息变得混乱,从而使未被授权的人看不懂它。主要存在两种主要的加密类型:私匙加密和公匙加密。 2.2.1私匙加密 私匙加密又称对称密匙加密,因为用来加密信息的密匙就是解密信息所使用的密匙。私匙加密为信息提供了进一步的紧密性,它不提供认证,因为使用该密匙的任何人都可以创建加密一条有效的消息。这种加密方法的优点是速度很快,很容易在硬件和软件中实现。 2.2.2公匙加密 公匙加密比私匙加密出现得晚,私匙加密使用同一个密匙加密和解密,而公匙加密使用两个密匙,一个用于加密信息,另一个用于解密信息。公匙加密系统的缺点是它们通常是计算密集的,因而比私匙加密系统的速度慢得多,不过若将两者结合起来,就可以得到一个更复杂的系统。 2.3 访问控制 访问控制是网络安全防范和保护的主要策略,它的主要任务是保证网络资源不被非法使用和非常访问。访问控制决定了谁能够访问系统,能访问系统的何种资源以及如何使用这些资源。适当的访问控制能够阻止未经允许的用户有意或无意地获取数据。访问控制的手段包括用户识别代码、口令、登录控制、资源授权、授权核查、 日志和审计。它是维护网络安全,保护网络资源的主要手段,也是对付黑客的关键手段。 2.4 防御病毒技术 随着计算机技术的不断发展,计算机病毒变得越来越复杂和高级,对计算机信息系统构成极大的威胁。在病毒防范中普遍使用的防病毒软件,从功能上可以分为网络防病毒软件和单机防病毒软件两大类。单机防病毒软件一般安装在单台PC机上,即对本地和本地工作站连接的远程资源采用分析扫描的方式检测、清除病毒。网络防病毒软件则主要注重网络防病毒,一旦病毒入侵网络或者从网络向其他资源传染,网络防病毒软件会立刻检测到并加以删除。病毒的侵入必将对系统资源构成威胁,因此用户要做到“先防后除”。很多病毒是通过传输介质传播的,因此用户一定要注意病毒的介质传播。在日常使用计算机的过程中,应该养成定期查杀病毒的习惯。用户要安装正版的杀毒软件和防火墙,并随时升级为最新版本。还要及时更新windows操作系统的安装补丁,做到不登录不明网站等等。 2.5 安全技术走向 我国信息网络安全研究历经了通信保密、数据保护两个阶段，正在进入网络信息安全研究阶段，现已开发研制出防火墙、安全路由器、安全网关、黑客入侵检测、系统脆弱性扫描软件等。但因信息网络安全领域是一个综合、交错的学科领域，它综合了利用数学、物理、生化信息技术和计算机技术的诸多学科的长期积累和最新发展成果，提出系统的、完整的和协同的解决信息网络安全的方案，目前应从安全体系结构、安全协议、现代密码理论、信息分析和监控以及信息安全系统五个方面开展研究，各部分相互协同形成有机整体。  由于计算机运算速度的不断提高，各种密码算法面临着新的密码体制，如量子密码、DNA密码、混沌理论等密码新技术正处于探索之中。因此网络安全技术在21世纪将成为信息网络发展的关键技术。 第3章 防火墙的概论 3.1防火墙是什么 所谓防火墙指的是一个由软件和硬件设备组合而成、在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障.是一种获取安全性方法的形象说法，它是一种计算机硬件和软件的结合，使Internet与Intranet之间建立起一个安全网关，从而保护内部网免受非法用户的侵入，防火墙主要由服务访问规则、验证工具、包过滤和应用网关4个部分组成，防火墙就是一个位于计算机和它所连接的网络之间的软件或硬件(其中硬件防火墙用的较少，例如国防部以及大型机房等地才用,因为它价格昂贵)。该计算机流入流出的所有网络通信均要经过此防火墙。 3.2防火墙的分类 从防火墙的防范方式和侧重点的不同来看，防火墙可以分为很多类型，但是根据防火墙对内外来往数据处理方法，大致可将防火墙分为两大体系：包过滤防火墙和代理防火墙。 包过滤防火墙经历了两代： 3.2.1静态包过滤防火墙： 静态包过滤防火墙采用的是一个都不放过的原则。它会检查所有通过信息包里的IP地址号，端口号及其它的包头信息，并根据系统管理员给定的过滤规则和准备过滤的信息包一一匹配，其中：如果信息包中存在一点与过滤规则不符合，那么这个信息包里所有的信息都会被防火墙屏蔽掉，这个信息包就不会通过防火墙。相反的，如果每条规都和过滤规则相匹配，那么信息包就允许通过。静态包的过滤原理就是：将信息分成若干个小数据片（数据包），确认符合防火墙的包过滤规则后，把这些个小数据片按顺序发送，接收到这些小数据片后再把它们组织成一个完整的信息这个就是包过滤的原理。这种静态包过滤防火墙，对用户是透明的，它不需要用户的用户名和密码就可以登录，它的速度快，也易于维护。但由于用户的使用记录没有记载，如果有不怀好意的人进行攻击的话，我们即不能从访问记录中得到它的攻击记录，也无法得知它的来源。而一个单纯的包过滤的防火墙的防御能力是非常弱的，对于恶意的攻击者来说是攻破它是非常容易的。其中“信息包冲击”是攻击者最常用的攻击手段：主要是攻击者对包过滤防火墙发出一系列地址被替换成一连串顺序IP地址的信息包，一旦有一个包通过了防火墙，那么攻击者停止再发测试IP地址的信息包，用这个成功发送的地址来伪装他们所发出的对内部网有攻击性的信息。 3.2.2动态包过滤防火墙： 静态包过滤防火墙的缺点，动态包过滤防火墙都可以避免。它采用的规则是发展为“包状态检测技术”的动态设置包过滤规则。它可以根据需要动态的在过滤原则中增加或更新条目，在这点上静态防火墙是比不上它的，它主要对建立的每一个连接都进行跟踪。在这里我们了解的是代理防火墙。代理服务器型防火墙与包过滤防火墙不同之点在于，它的内外网之间不存在直接的连接，一般由两部分组成：服务器端程序和客户端程序，其中客户端程序通过中间节点与提供服务的服务器连接。代理服务器型防火墙提供了日志和审记服务。 代理防火墙也经历了两代： 3.2.3 代理（应用层网关）防火墙： 这种防火墙被网络安全专家认为是最安全的防火墙，主要是因为从内部发出的数据包经过这样的防火墙处理后，就像是源于防火墙外部网卡一样，可以达到隐藏内部网结构的作用。由于内外网的计算机对话机会根本没有，从而避免了入侵者使用数据驱动类型的攻击方式入侵内部网。 3.2.4自适应代理防火墙： 自适应代理技术是商业应用防火墙中实现的一种革命性技术。它结合了代理类型防火墙和包过滤防火墙的优点，即保证了安全性又保持了高速度，同时它的性能也在代理防火墙的十倍以上，在一般的情况下，用户更倾向于这种防火墙。我们把两种防火墙的优缺点的对比用下列图表的形式表示如下： 优点 缺点 包过滤防火墙 价格较低性能开销小，处理速度较快 定义复杂，容易出现速度较慢，不太适用于高速网之间的应用 代理防火墙 内置了专门为提高安全性而编制的Proxy应用程序，能够透彻地理解相关服务的命令，对来往的数据包进行安全化处理 不能理解特定服务的上下文环境，相应控制只能在高层由代理服务和应用层网关来完成 3.3防火墙功能概述 防火墙是一个保护装置，它是一个或一组网络设备装置。通常是指运行特别编写或更改过操作系统的计算机，它的目的就是保护内部网的访问安全。防火墙可以安装在两个组织结构的内部网与外部的Internet之间，同时在多个组织结构的内部网和Internet之间也会起到同样的保护作用。它主要的保护就是加强外部Internet对内部网的访问控制，它主要任务是允许特别的连接通过，也可以阻止其它不允许的连接。防火墙只是网络安全策略的一部分，它通过少数几个良好的监控位置来进行内部网与Internet的连接。 防火墙的核心功能主要是包过滤。其中入侵检测，控管规则过滤，实时监控及电子邮件过滤这些功能都是基于封包过滤技术的。 防火墙的主体功能归纳为以下几点： (1)根据应用程序访问规则可对应用程序连网动作进行过滤 (2)对应用程序访问规则具有自学习功能。 (3)可实时监控，监视网络活动。 (4)具有日志，以记录网络访问动作的详细信息。 (5)被拦阻时能通过声音或闪烁图标给用户报警提示。 防火墙仅靠这些核心技术功能是远远不够的。核心技术是基础,必须在这个基础之上加入辅助功能才能流畅的工作。而实现防火墙的核心功能是封包过滤。 3.4 防火墙主要技术特点：     （1）应用层采用Winsock 2 SPI进行网络数据控制、过滤；     （2）核心层采用NDIS HOOK进行控制，尤其是在Windows 2000 下，