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# 資訊安全 老師:李珮如 副教授

:::spoiler 考試必考

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:::spoiler 作業

問題
知名大學有資安的問題，原因為有位教職員被植入惡意程式，藉先傑的設施進行攻擊

解決

1.學校委外請中華電信專業解決，並針對中華電信建議事項進行改進

2.提供:**CompTIA Security＋國際網路資訊安全班**課程

3.開設資訊安全公佈欄，提供相關資安資訊，以利撰寫安全的程式碼

4.推動安全系統發展生命週期(SSDLC)

5.**個資防護的****SOP****：規劃、執行、稽核、改善**PDCA

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:::spoiler 基礎知識

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:::spoiler 重點
* <p style="color:red">打亂明文和密文的對應關係</p>
* <p style="color:red">明文和密文對應關係越低越好，最好是所有字詞出現頻率都一樣</p>
* <p style="color:red">運算必須在原集合裡，這樣做完加密後才能回推回明文</p>
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## 章節

### 2022/02/26 Chap1

### 2022/03/12 Chap2

### 2022/03/26 Chap3

### 2022/04/09 Chap4

### 2022/04/23 Chap5

### 2022/05/21 Chap6 離散對數、區塊鏈
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:::spoiler 2022/02/26 Chap1

#### Computer Security Objectives

* Confidentiality: 保密性

* Integrity: 完整性

* Availability: 可取得性

#### 安全性、方便性、友善性，很難兼顧

#### Focus on：

* Security Attacks

* Passive Attack：消極攻擊(偷資料、監看......等)

* Active Attack：積極攻擊(修改資料......等)

* Masquerade

* Replay

* Modification of Messsages

* Denial of Service

* Security Service(SS)

SS

* Defined by X.800 as： 數位簽章

* Defined by RFC 4949 as：

SS.1(Authentication)

* Concermed with assuring that a communication is authentic

* In the csae of a single message

* In the case of ongoing interaction

SS.2(Access Control 存取控制)

* Identified：被辨識、Authenticated：被授權(可使用某功能)

SS.3(Data Confidentiality)

* The Protection of Transmitted data from passive attacks

SS.4(Data Integrity)

* 確認資料不會被更改

SS.5(Nonrepudiation)

* 不能被否定

* Security Mechanism

##### Authentication Services

* Peer entity：驗證兩端，抗偽裝攻擊、及未驗證攻擊

* Data origin：

#### Cont'd

* Data integrity

* Authentication exchange

* Traffic padding:

* Routing Control:路徑控制

* Notarization: 對稱加密、可透過第三方獲取鑰匙

##### Model for Network Security

* Gatekeeper function

* intermal control


* Other security-related situations

* 1. Protect an information system from unwanted access

* 2. 命名規格邏輯避免被猜到，例如:產品命名product......等

#### Simplified Model of Symmetric Emcryption


* Enciphering of encryption

* Deciphering of decryption

#### Secure Use of Conventional Encryption

* 被知道演算法和密文也無法破解

* 被知道明文和密文都無法破解

#### Model Of Symmetric Cryptosystem


#### Cryptographic Systems

#### Cont'd

* Substitution:替代

* Transposition:明文重排

#### Attacking approach

* 暴力攻擊法：嘗試所有可能鑰匙(不適用密碼長度很長)

#### Type Of Cryptanalytic Attacks


#### Encryption Scheme Security

* Unconditionally Secure(理想)

* Computaionally Secure

* 計算上的安全性：提高攻擊的計算成本

* 時間上的安全性：提高被破解的時間

##### Caesar Cipher


##### Numerical Equivalent

##### Monoalphabetic Cipher(位移加上排列組合)


#### Methods to Disconnect P/C

* <p style="color:red">Countermeasure: 打亂明文和密文的對應關係</p>

#### Playfair Cipher:是一種使用一個關鍵字方格來加密字元對的加密法

#### Advantages of Playfair Cipher:

* Whereas there are only 26 letters, there are 26 * 26 = 676 digrams

#### Hill Cipher

* 優點：可以完全隱藏單字出現頻率

* 缺點:容易被已知明文攻擊擊破。 即得知明文與密文之相對，就能夠破解。

#### Concepts from Linear Algebra

#### Vigenere Cipher(基於Caesar Cipher)

* 缺點：會出現一樣單字的頻率

#### Vernam Cipher

* 密碼只用一次，但是如何產生源源不絕且不重複的密碼，和如何儲存密碼

#### Rail Fence Cipher

#### Row Transposition Cipher

#### Rotor Machines

#### Steganography(例如藏頭詩)

* 藏機密訊息，但不屬於密碼學

#### Symmetric Cipher


#### Stream Cipher

* 每個位元加密

#### Block Cipher

* n bits 加密

#### Feistel Cipher


* Diffusion(擴散): 一個明文對應到不同密文

* Confusion:密文跟明文出現頻率不一樣

#### DES Encryption Algorithm


* 輸入輸出長度一致

#### Single Round of DES


#### E Table

#### Concerns of DES

#### Definition of DES S-Boxes


#### Key Generation

#### Average Time Required for Exhaustive Key Search


#### 如何判斷比較加密法好壞:

* <p style="color:red">較難破解</p>

* <p style="color:red">明文和密文對應關係越低越好，最好是所有字詞出現頻率都一樣</p>

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:::spoiler 2022/03/12 Chap2

## Basic Conepts in Number Theory and Finite Fields

* <p style="color:red">運算必須在原集合裡，這樣做完加密後才能回推回明文</p>

* Finite Field Arithmetic

* Modular arithmetic:模數算數(取餘數的運算)

* 令一個正整數n 與整數a，並a 除以n 得到商為q，與餘數b

* Euclidean Algorithm：


* **計算至餘數為 0：表示求解完畢，最後將兩數整除的數字即最大公因數GCD。**

* **計算出GCD為 1：表示兩數互質。**

* Properties of Congruences：同餘

* 給定一個[正整數]m，如果兩個[整數]a和b滿足a-b能夠被m整除，即(a-b)/m得到一個整數，那么就稱整數a與b對[模]m同餘，記作a≡b(mod m)。對模m同餘是整數的一個等價關係。

* Group, Rings, and Field：

* Example of GF(2)
* 加法: XOR
* 乘法: AND

* Polynomial Division：多项式除法

## Advanced Encryption Standard(AES)

* 1. Substitute Byte Transformation

* 

* 2. Shift Row Transformation

* 

* 3. MixColumn Transformation

* 

* 4. AddRoundKey Transformation

* 

## AES Key Expansion 解密

* 加解密過程不一樣。

* 

* 

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* 

* 

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[AES參考資料](https://kknews.cc/code/rn24jmo.html)

[AES參考資料](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10249488)

[AES影片](https://www.bilibili.com/s/video/BV1HK4y1s7Np)

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::: spoiler 2022/03/26 Chap3

## Block Cipher Modes of Operation

[Block Cipher Modes of Operation](https://www.educba.com/block-cipher-modes-of-operation//)


* ECB: 適用較短訊息，缺點是一樣的明文遇上一樣的密鑰會產生一樣的密文

* 

* CBC: 適用區塊加密和驗證上，缺點是必須要解自己區段的明文，需有其他區段的密鑰

* 

* CTR: 適用區塊加密和高速加解密上

* 

* CFB: 適用串流加密

* 

* OFB: 位元傳出錯誤不會影響解密過程，缺點是信息解密過程會被攻擊

* 

## The Use of Random Numbers(亂數)

* 判斷亂數產生器的好壞

1. 隨機性

2. 不可預測性

* Test of Randomness

1. Uniformity:一致性

2. Scalabillty:可擴展性

3. Consistency:合理性

* SP 800-22:測試亂數隨機性

## PRNG Using Block Cipher Modes of Operation


## ASNI X9.17 PRNG


## More Number Theory

* Prime Numbers(質數): 大於1的自然數中，除了1和該數自身外，無法被其他自然數整除的數。

1. 米勒-拉賓(MillerRabbin)法(判斷是否是素數的演算法): 核心為費馬小定理

* Fermat's Theorem(費馬大定理):

1. 設 _n_ 是大於 2 的正整數，則方程式 _x__n_+_y__n_=_z__n_，沒有正整數解。

2. **費馬小定理**: 若_p_是質數且_a_是與_p_互質的整數，則

* Euler's Totient function(歐拉函數): 小於等於_n_的正整數中與_n_[互質](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%92%E8%B3%AA "互質")的數的數目，例如{\\displaystyle \\varphi (8)=4}，因為1,3,5,7均和8互質。

* Discrete Logarithms(離散對數): 是一種基於[同餘](https://www.newton.com.tw/wiki/%E5%90%8C%E9%A4%98)運算和[原根](https://www.newton.com.tw/wiki/%E5%8E%9F%E6%A0%B9)的一種[對數](https://www.newton.com.tw/wiki/%E5%B0%8D%E6%95%B8)運算。公鑰密碼學中幾個重要算法的基礎，是假設尋找離散對數的問題解，在仔細選擇過的羣中，並不存在有效率的求解算法。

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:::spoiler 2022/04/09 Chap4

## 彼得·杜拉克：如果不能衡量，你就不能管理

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:::spoiler 2022/04/23 Chap5

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:::spoiler 2022/05/21 Chap6 離散對數、區塊鏈

## Discrete Logarithms(離散對數): 能應用在公開金鑰加密系統

* Diffie-Hellman key exchange: 交換對稱加密鑰匙
* Digital sinature algorithm(DAS): 數位簽章





### 對數定理






### 尤拉公式


### 離散公式難題: 難以快速求得X


## 區塊鏈

### 定義: 將資料彙整為區塊，加上雜奏函數並串聯成鍊，以確保資料安全


### 區塊鏈技術


### 區塊的定義


### 區塊鏈的結構


### 比特幣區塊中的資料內容


### 區塊鏈的共識機制


### 工作量證明機制


### 傳統帳本 VS. 區塊鏈帳本


### 幣特幣拜占庭將軍問題和解決:



### 區塊鏈解決之痛點Pain-Points


### 區塊鏈的類型

* 公有鏈: 任何人都可交易和查看交易資料及參與達成共識的過程

* 聯盟鏈:節點的權限將會有所限制

* 私有鏈:獲得授權的節點通之是有合作或商業關係的

* 混合鏈和複雜鏈: 節點有不同分工

### 區塊鏈的技術

* 區塊鏈的觀念原於帳本記錄(Ledger)


### 區塊鏈防偽


### 區塊鏈特性


### 區塊鏈流程


### 區塊鏈安全技術


#### Hash Funcion 雜湊函數

* 欲由Hash輸出值反推輸入值非常困難

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#### SHA-256

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### 區塊鏈的成長與驗證


#### 默克爾數


### 區塊串連成鍊


### Hash List


### NFT


### 比特幣並未完全解決重複消費之問題
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