# OS筆記-Chapter 15: Security

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#### 目錄
* 總論
[Chapter 1: Introduction](https://hackmd.io/NoZq3J7IQvOQpcbo_tctjA)
[Chapter 2: Operating-System Structures](https://hackmd.io/OKykRLBESI6v9a13HgS35A)
* 行程管理
[Chapter 3: Processes](https://hackmd.io/HOqN-iQ3RIKIC-NB9QjBIQ)
[Chapter 4: Threads](https://hackmd.io/qzAIHeSASmKuecdkqidmHw)
[Chapter 5: CPU Scheduling](https://hackmd.io/IT5g2wHzTdOtMSDXPVEpOw)
[Chapter 6: Process Synchronization](https://hackmd.io/rv-PNe3ESxi08PElyUTc4Q)
[Chapter 7: Deadlocks](https://hackmd.io/Uu0jDK-rSyKNKq690y146g)
* 記憶體管理
[Chapter 8: Main Memory](https://hackmd.io/4KS_yPkBQzGZfHDisPciog)
[Chapter 9: Virtual Memory](https://hackmd.io/yirxZFn8Rz2wT56AAR7Sxw)
* 儲存裝置
[Chapter 10: File-System Interface](https://hackmd.io/aNPWKsFhTlGc-WFgQ__KRg)
[Chapter 11: File System Implementation](https://hackmd.io/bFcrlmefQsGp6hZdbI1MHQ)
[Chapter 12: Mass-Storage Systems](https://hackmd.io/9Y7Qo0OERda6htK7OOI36Q)
[Chapter 13: I/O Systems](https://hackmd.io/VNwXrhJPSo-l_t9tUBhYIg)
* 保護和安全
[Chapter 14: Protection](https://hackmd.io/izkd4JwXRwub_ZmhSMTlNw)
<font color="red">Chapter 15: Security</font>
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### 安全性問題
* 入侵者(intruder)/破壞者(cracker):嘗試突破安全性的人

* 威脅(threat):違反安全的潛在

* 攻擊(attach)嘗試破壞安全性

* 攻擊藉由偽裝(masquerading)突破認證(authentication)
* 重送攻擊(replay attack):有效資料重複的傳輸，例如:重複轉移錢
* 中間人攻擊(man-in-the-middle attack):藉由連線劫持(session hijacking)攔截通訊

* 為了保護系統，我們在四個層次採取安全措施
* 硬體:保護能存取機器的機房
* 人:只有適當的使用者可以存取
* 人可能經由社交工程(social engineering)被欺騙
* 網路釣魚(phishing)
* 垃圾箱潛水(dumpster diving)
* 作業系統:系統必須自我保護
* 網路:大部分資料會經由網路傳輸

### 程式威脅(Program Threats)
* 後門(back-door):能提供訊息或讓攻擊者容易存取的一個缺口

* 木馬(Trojan horse):偽裝成無害程式，騙使用者開啟，例如:安裝無害軟體，利用隱密通道(covert channel)安裝間諜軟體
* 模擬登入頁面，竊取帳密
* 間諜軟體(spyware):監控系統、後門、廣告

* 陷阱之門(trap door):迴避正常的安全檢查程序，例如:銀行的程式中加入錯誤的四捨五入以偷取小數點後的金額，積少成多

* 邏輯炸彈(logic bomb):符合預先設定的參數，就會觸發的安全漏洞

* 堆疊和緩衝區的溢位(Stack and Buffer Overflow)
* 執行結果將產生一個root的殼(shell)，或是其它特權指令的執行
* 利用溢位置換堆疊中的返回位置，使程式返回攻擊者注入的程式碼區段
* 因溢位而覆蓋掉原先的返回位置

* 病毒(virus)
* 自身複製，感染其它程式
* 不會自己散播至其它機器
* 病毒注射器(virus dropper):在系統中插入病毒
* 按鍵側錄程式(keystroke logger)

### 系統和網路威脅(System and Network Threats)
* 作業系統越開放就越有可能有錯誤讓人利用
* 預設是安全(secure by default):降低系統的攻擊表面(attack surface)

* 蠕蟲(worm)
* 自身複製(spawn)，感染其它程式
* 會自己散播至其它機器
* 掛勾(grappling hook/bootstrap/vector):連接原先已感染的機器，並載入主程式到上鉤的系統

* 連接阜掃描(Port scanning):不算是攻擊，是用來偵測弱點

* 拒絕服務(DOS,denial of service)
* 擾亂系統或設備的合法使用
* 兩種類型
* 使用許多設備的資源造成沒有工作可以執行
* 混亂設備的網路
* 分散式拒絕服務(DDOA,distributed denial-of-service):多個被操控的殭屍設備向同一個目標攻擊

### 以密碼學為安全性工具
* 電腦送出位元到網路上，卻不知道誰可能接收這些位元

* 密碼學(cryptography)被用來限制訊息的潛在傳送者和接收者

* 加密(encryption)
* 加密演算法由以下元件組成
* 鑰匙K
* 訊息M
* 祕文C
* 加密函數E(k):M->C
* 解密函數D(k):C->M
* 對稱加密(symmetric encryption)
* 使用相同的鑰匙加密和解密
* 鑰匙的安全必須被保護
* DES(data-encryption standard):64-bit，區段加密，不夠安全
* AES(advanced encryption standard):128-bit
* RC4:串流加密(stream cipher)
* 非對稱加密(asymmetric encryption)
* 加密與解密使用不同鑰匙
* RSA加密
1. N=pq
2. r=(p-1)(q-1)
3. e<q，gcd(e,q)=1
4. ed ≡ 1 (mod r)
5. (N,e)公鑰，加密:c ≡ mᵉ (mod N)
6. (N,d)私鑰，解密:m ≡ cᵈ (mod N)
* 大家用公鑰加密，擁有私鑰者才能知道內容

* 認證(authentication)
* 限制訊息可能傳送者(知道是誰傳來的)
* 認證演算法由以下元件組成
* 鑰匙K
* 訊息M
* 認證因子A
* 產生認證函數S(k):M->A
* 對訊息驗證函數V(k):M✖A->{True,False}
* 雜湊函數(hash function)
* H(M)產生固定大小的資料區塊，稱為訊息摘要(messege digest)或雜湊值(hash value)
* H(M)=H(M')，只有當M=M'
* H必須被保護，否則H(M)的內容可以被偽造
* 對稱加密法
* 訊息認證碼(MAC,messeage-authentication code)
* 使用安全的鑰匙認證訊息
* 數位簽名演算法(digital-sifnature algorithm)
* 認證因子在此稱為數位簽名
* 與RSA相似，只是鑰匙的使用是反過來的
* 使用私鑰加密，公鑰持有者能認證
* 不可否認性(nonrepudiation)

* 鑰匙分配
* 公開鑰匙不需要保密，簡單的儲存可以用來儲存鑰匙環
* 但攻擊者也可能偽造公開鑰匙
* 數位憑證(digital certificate):由信任的第三方數位簽署的公開鑰匙

* 密碼學的製作
* 通常網路協定以階層(layer)的方式組織
* 密碼學幾乎能插入OSI中任何階層

* 範例:SSL
* SSL 3.0是一種讓兩台電腦安全地通信的密碼協定
* 進化成TLS協定
* 客戶與伺服器可以建立一個安全的會議層鑰匙(session key)，避免中間人攻擊及重送攻擊
* 步驟
1. 伺服器由憑證機構得到憑證，憑證內容
* 伺服器屬性
* 公鑰
* 憑證有效期間
* 非對稱加密演算法E()的識別
2. 客戶從憑證機構取得驗證演算法
3. 客戶連線至伺服器，傳送隨機值
4. 伺服器回應，並加上憑證
5. 客戶驗證(包含有效期間)

### 使用者認證(User Authentication)
* 作業系統的主要安全問題

* 密碼
* 最普通的方法
* 但可能被猜出或意外的暴露
* 猜密碼可能從一般人常使用的資料(如:生日、電話等等)或是暴力破解
* 若密碼寫在能夠被讀出的地方，則可能暴露
* 一些系統使用老化，強迫使用者在固定期間內要去改變密碼
* 密碼安全
* 使用雜湊(hash)
* 希望有一個不可逆轉的函數，這樣就算存起來的密碼被看到也無法去解碼而知道真正的密碼
* 但若是取得整份密碼檔，還是可能被解碼還原

* 單次密碼(One-time passwords)
* 系統使用一個配對密碼(paired password)的集合，系統隨機選擇並顯示密碼對的一部分，使用者接受盤問(challenged)且須回應(respond)出正確答案
* 可以用不同的方式製作(如:USB裝置、信用卡)

* 生物識別技術
* 指紋讀取

### 安全性防禦的製作(Implementing Security Defenses)
* 大多數專業安全性贊成縱深防禦(defense in depth)，敘述多層的防禦比較少層為佳

* 安全性策略(security policy)
* 包含要保密什麼的敘述
* 有了策略，才知道什麼是需要的，什麼是不被允許的
* 週期檢討和更新

* 弱點評估
* 涵蓋很廣，從社交工程到危險評估(risk assessment)到阜掃描
* 大部分弱點評估的核心動作是侵入測試(penetration)
* 隱藏式保全(security through obscurity):主張工具餔應該寫來測試安全性，這樣安全性漏洞將會很難被發現

* 侵入偵測(intrusion detection)
* 包括
* 即時/事實發生後
* 侵入的型態
* 反應
1. 簡單:停止侵入活動的行程
2. 複雜:虛擬攻防系統(honeypot)，暴露給侵入者假資源
* 侵入偵測系統(IDS,intrusion-detection system):偵測侵入，發出警告
* 識別標誌的偵測(signature-based detection):
1. 檢查特定行為樣式
2. 非預期的新公及無法偵測
* 異常偵測(anomaly detection):檢查異常行為
1. 侵入活動可能被包含在正常的標準中
2. 避免假警報與遺漏的侵入數目過多
* 侵入預防系統(IDP,intrusion-prevention system):除非偵測到侵入，否則流量通過

* 病毒保護
* 當防毒軟體發現一個已知樣式，進行程式消毒(disinfection)
* 有些病毒當感染時，自我修改以避免與防毒程式的樣式相符
* 行程於sandbox中執行，防毒軟體分析行程的表現

* 記錄及記帳
* 系統呼叫可以被記錄以作為對程式行為的分析
* 記帳用來發現程式效能改變

### 保護系統和網路的防火牆(Firewalling to Protect Systems and Networks)
* 防火牆(firewall)用來分隔信任或不可信任的系統

* 從網際網路到非軍事領域(DMZ,demilitarized zone)以及從公司到網際網路的連結式允許的，但網際網路或DMZ到公司則是不允許的

* 防火牆不能防止穿透(tunnel)的攻擊

* 防火牆可能被欺騙(spoofing)

### 電腦安全等級(Computer Security Classifications)
* 4個等級:A、B、C、D
* D:最低標準
* C:透過審核，提供保護
* C1:識別具有相同保護級別的合作用戶
* C2:允許用戶級別的存取控制
* B:C的所有屬性，但是每個對象可能具有唯一的敏感度標籤
* B1、B2、B3
* A:使用正式的設計和驗證技術來確保安全性