網(wǎng)絡(luò)安全導(dǎo)論 課件 第十四章 安全計(jì)算

第十四章安全計(jì)算討論議題（1）可疑程序的檢查——沙箱（2）安全環(huán)境的搭建——可信計(jì)算（3）保護(hù)隱私的計(jì)算——同態(tài)加密與安全多方計(jì)算（4）人人都可驗(yàn)證的計(jì)算——區(qū)塊鏈1、可疑程序檢查——沙箱什么是沙箱？沙箱(Sandboxie)又叫沙盒，是一個(gè)虛擬系統(tǒng)程序，它創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)立的作業(yè)環(huán)境。在沙箱中運(yùn)行的程序只能訪問(wèn)自己的應(yīng)用訪問(wèn)目錄，這樣就形成了一個(gè)相對(duì)安全的機(jī)制。沙箱由于具有非常良好的獨(dú)立性和隔離性，可以用來(lái)測(cè)試不受信任的應(yīng)用程序或上網(wǎng)行為。沙箱技術(shù)與主動(dòng)防御技術(shù)原理截然不同。主動(dòng)防御是發(fā)現(xiàn)程序有可疑行為時(shí)立即攔截并終止運(yùn)行。沙箱技術(shù)則是發(fā)現(xiàn)可疑行為后讓程序繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)的確是病毒時(shí)才會(huì)終止。Chrome瀏覽器的進(jìn)程每一個(gè)render進(jìn)程分配一個(gè)沙箱2、安全計(jì)算環(huán)境的搭建——可信計(jì)算什么是可信計(jì)算？安全專家認(rèn)為，計(jì)算環(huán)境的不安全導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算平臺(tái)很容易被攻擊而進(jìn)入一個(gè)不可控狀態(tài)。所以，必須從底層硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等方面采取綜合措施，才能從整體上提高其安全性?？尚鸥嚎尚怒h(huán)境必須有一個(gè)基于密碼學(xué)和物理保護(hù)的可靠的信任源頭，這個(gè)源頭叫可信根?？尚挪考浩淇尚判詰?yīng)該從可信根出發(fā)，經(jīng)過(guò)一環(huán)套一環(huán)的可信傳遞過(guò)程來(lái)保障其可信性?？尚庞?jì)算的內(nèi)容（1）信任鏈傳遞技術(shù)（2）安全芯片設(shè)計(jì)技術(shù)（3）可信BIOS技術(shù)（4）可信計(jì)算軟件棧（TSS）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)（5）可信網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)3、保護(hù)隱私的計(jì)算什么是同態(tài)加密？加法同態(tài)：如果存在有效算法⊕，使得E(x+y)=E(x)⊕E(y)或者x+y=D(E(x)⊕E(y))成立，并且不泄漏x和y。乘法同態(tài)：如果存在有效算法*，使得E(x×y)=E(x)*E(y)或者xy=D(E(x)*E(y))成立，并且不泄漏x和y。全同態(tài)加密是指同時(shí)滿足加法同態(tài)和乘法同態(tài)的加密變換。同態(tài)加密特別適合隱私保護(hù)多方安全計(jì)算安全多方計(jì)算（SecureMuti-partyComputation）研究的是各參與方在協(xié)作計(jì)算時(shí)如何對(duì)各方隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。安全多方計(jì)算問(wèn)題首先由圖領(lǐng)獎(jiǎng)獲得者姚期智于1982年提出，即百萬(wàn)富翁問(wèn)題：兩個(gè)爭(zhēng)強(qiáng)好勝的富翁Alice和Bob在街頭相遇，如何在不暴露各自財(cái)富的前提下比較出誰(shuí)更富有？百萬(wàn)富翁協(xié)議（假設(shè)Alice和Bob是誠(chéng)實(shí)的，其財(cái)富i與j的取值范圍為[1,10]，Bob有一對(duì)公私鑰E和D。）（1）Alice選擇一個(gè)大隨機(jī)數(shù)x，并用Bob的公鑰加密：c=E(x)，計(jì)算c-i，并傳送給Bob（2）Bob計(jì)算下面的10個(gè)數(shù)：Yu=D(c-i+u),u=1，2，…10，并取一個(gè)大素?cái)?shù)p(p比x稍小，Bob不知道x，但Alice可以告訴Bobx的大小范圍），計(jì)算：Zu=Yumodp,u=1，2，…10，這里需要驗(yàn)證：對(duì)所有的u下式成立：0<Zu<p-1；對(duì)所有的u、v:|Zu-Zv|>=2如果不成立，需要另選一個(gè)p，重新計(jì)算。注意：這里有一個(gè)顯然的性質(zhì)：Zi=xmodp（3）Bob將以下數(shù)列發(fā)給Alice：{Z1,Z2,…,Zj,Zj+1+1,Zj+2+1,...Z10+1}（4）Alice驗(yàn)證這個(gè)數(shù)列的第i個(gè)數(shù)是否與xmodp相同，如果相同，則i<=j,否則，i>j。Alice把這個(gè)結(jié)論告訴Bob即可。4、人人都可驗(yàn)證的計(jì)算——區(qū)塊鏈比特幣與區(qū)塊鏈比特幣比特幣起源、概念及原理；優(yōu)缺點(diǎn)；未來(lái)前景第一筆交易2010年5月21日，一位程序員用1萬(wàn)個(gè)比特幣購(gòu)買了價(jià)值25美元的披薩。中本聰身份未知08年發(fā)表了一篇論文《比特幣：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》（Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem）；09年1月，發(fā)布了開(kāi)源的bitcoin客戶端第一版；創(chuàng)始區(qū)塊誕生比特幣的產(chǎn)生什么是比特幣？比特幣是一種沒(méi)有央行參與發(fā)行的，總量固定的虛擬貨幣（數(shù)字貨幣）。比特幣的貨幣總量限定為2100萬(wàn)個(gè)。它的貨幣數(shù)量是通過(guò)求解特定的計(jì)算結(jié)果逐步增加的，并且計(jì)算速率可以通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算問(wèn)題的難度進(jìn)行控制。全球計(jì)算機(jī)用戶都可以下載并運(yùn)行比特幣客戶端參與制造比特幣（挖礦），從而成為“礦工”。類比：黃金透過(guò)挖礦來(lái)開(kāi)采，總體的蘊(yùn)藏量有限Q幣虛擬電子貨幣比特幣原理——區(qū)塊鏈開(kāi)放式記賬系統(tǒng)交易單交易單交易單交易單上一區(qū)塊當(dāng)前區(qū)塊區(qū)塊頭區(qū)塊頭交易單交易單交易單交易單

區(qū)塊鏈開(kāi)放式記賬系統(tǒng)區(qū)塊

頭1

散列函數(shù)使用SHA-256,H2是區(qū)塊1的區(qū)塊頭的散列值，T2是區(qū)塊2中所有交易的散列值區(qū)塊頭3區(qū)塊頭2交易交易散列值H1散列值T1nonce交易交易交易交易散列值H2散列值T2nonce散列值H3散列值T3nonce一個(gè)地址向另一個(gè)地址支付了多少貨幣交易單交易單時(shí)間戳付款人地址（由公鑰生成）收款人地址（由公鑰生成）付款金額付款人簽名交易

交易單時(shí)間戳、付款人、收款人、付款金額、付款人簽名挖礦向區(qū)塊鏈中添加區(qū)塊的人稱為礦工成功添加區(qū)塊的礦工將獲得挖礦獎(jiǎng)勵(lì)。為防止比特幣偽造，礦工必須證明自己完成了規(guī)定的工作量工作量的證明是通過(guò)hash值來(lái)實(shí)現(xiàn)的

前一區(qū)塊的hash值的格式是有規(guī)定的，比如前面多少位應(yīng)全為0，這樣礦工就必須不斷更換nonce來(lái)嘗試。比特幣中大概10分鐘會(huì)添加一個(gè)區(qū)塊，計(jì)算難度不不斷增加散列值H1散列值T1

nonceH2=00000a456287?確認(rèn)若有多個(gè)礦工同時(shí)計(jì)算出了符合要求的hash值，就可能產(chǎn)生分支。當(dāng)產(chǎn)生分支時(shí)，p2p網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇計(jì)算量大的分支進(jìn)行工作，從而抑制區(qū)塊鏈繼續(xù)產(chǎn)生分支。系統(tǒng)假設(shè)善意的礦工擁有的計(jì)算資源要大于惡意礦工所擁有的計(jì)算資源。

區(qū)塊1區(qū)塊2區(qū)塊3a區(qū)塊4區(qū)塊3區(qū)塊5a區(qū)塊5主鏈分叉遇到分叉時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)下列原則選舉出最終的區(qū)塊鏈：比特幣原理P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)全網(wǎng)廣播新的交易接收節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的數(shù)據(jù)記錄初步合法性檢驗(yàn)后進(jìn)行暫存節(jié)點(diǎn)消耗自身算力嘗試不同隨機(jī)數(shù)進(jìn)行指定hash計(jì)算，直到找到合理的隨機(jī)數(shù)，獲得記賬權(quán)找到合理的隨機(jī)數(shù)后，生成區(qū)塊信息接單對(duì)外部廣播出新產(chǎn)生的區(qū)塊其他節(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)通過(guò)后即共識(shí)達(dá)成，區(qū)塊被納入?yún)^(qū)塊鏈統(tǒng)一存儲(chǔ)比特幣優(yōu)缺點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)去中心化沒(méi)有發(fā)行機(jī)構(gòu)；不受單點(diǎn)故障影響信用來(lái)源先天不足，比特幣自身的信用僅基于投資者的認(rèn)可匿名性能夠最大限度保證個(gè)人隱私很多非法交易通過(guò)比特幣完成貨幣總量一定沒(méi)有通貨膨脹會(huì)造成通貨緊縮安全性由密碼學(xué)和數(shù)學(xué)算法以及去中心化模式保證安全交易平臺(tái)的脆弱性交易的便捷性點(diǎn)到點(diǎn)的支付手段，沒(méi)有繁瑣的額度與手續(xù)限制交易確認(rèn)時(shí)間較長(zhǎng)全世界流通性無(wú)國(guó)界、跨境；低交易費(fèi)率

；可在任意聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上管理價(jià)格波動(dòng)大專屬所有權(quán)由特定的私鑰控制易損性，一旦存儲(chǔ)比特幣私鑰的介質(zhì)丟失將永遠(yuǎn)無(wú)法找到比特幣01日本03中國(guó)05俄羅斯02美國(guó)04韓國(guó)今年4月1日，日本內(nèi)閣簽署的《支付服務(wù)修正法案》正式生效，比特幣在日本合法化7月份快速在數(shù)字資產(chǎn)市場(chǎng)落實(shí)了監(jiān)管政策，涉及比特幣衍生品、ICO、交易所等，逐漸持認(rèn)可和接納態(tài)度13年明確了比特幣并不是真正意義的貨幣，9月4日虛擬貨幣在中國(guó)境內(nèi)的交易渠道基本上已經(jīng)全部進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。8月正式推出了概述比特幣等數(shù)字貨幣監(jiān)管框架的法案，比特幣在韓國(guó)越來(lái)越受歡迎14年宣布全面禁用比特幣。后來(lái)在俄羅斯總統(tǒng)普京批準(zhǔn)數(shù)字貨幣交易之后，俄羅斯政府的立場(chǎng)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)變。比特幣各國(guó)態(tài)度世界首個(gè)承認(rèn)比特幣合法地位的國(guó)家首個(gè)封殺比特幣的國(guó)家德國(guó)泰國(guó)對(duì)比特幣態(tài)度積極，對(duì)數(shù)字貨幣進(jìn)行監(jiān)管央行對(duì)比特幣存在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)出預(yù)警英國(guó)法國(guó)承認(rèn)比特幣的“貨幣地位”，確認(rèn)代幣是有價(jià)證券央行無(wú)權(quán)監(jiān)管虛擬貨幣，警告比特幣風(fēng)險(xiǎn)加拿大荷蘭南非零售商接受比特幣支付愛(ài)爾蘭央行正式警告：虛擬貨幣會(huì)挑戰(zhàn)國(guó)家主權(quán)南非愛(ài)爾蘭比特幣各國(guó)態(tài)度被取代合法化UNKNOW比特幣未來(lái)前景現(xiàn)在的比特幣表現(xiàn)得更像是一個(gè)投資商品，收益越高，風(fēng)險(xiǎn)越大，對(duì)其必須要有清醒的認(rèn)識(shí)，不能盲目追崇和胡亂投資。比特幣的技術(shù)是先進(jìn)的，但也有自身技術(shù)的局限性，比特幣成立之后不可能預(yù)知到未來(lái)發(fā)展所面臨的所用問(wèn)題。而且比特幣想要成為法定數(shù)字貨幣注定也是一條艱難的道路。如果未來(lái)比特幣能有更好監(jiān)管制度，那么比特幣發(fā)展前景將更加長(zhǎng)遠(yuǎn)。比特幣真正創(chuàng)造的價(jià)值是它提供了一種理論上更快捷安全的支付結(jié)算方法，并且提供了非政府發(fā)行貨幣的可能?，F(xiàn)在各國(guó)自己也在研究數(shù)字貨幣，如中國(guó)、英國(guó)。如果各個(gè)國(guó)家的數(shù)字貨幣發(fā)展起來(lái)之后，跟比特幣必然會(huì)形成一種競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，比特幣未來(lái)的發(fā)展也可能會(huì)被其他數(shù)字貨幣取代。區(qū)塊鏈技術(shù)區(qū)塊鏈技術(shù)概念、原理、特點(diǎn)；應(yīng)用領(lǐng)域；現(xiàn)狀區(qū)塊鏈與比特幣的關(guān)系1、區(qū)塊鏈來(lái)源于比特幣。區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺牡讓蛹夹g(shù)，隨著比特幣的誕生，區(qū)塊鏈技術(shù)才得以公布于眾。2、比特幣是截至目前區(qū)塊鏈技術(shù)最成功、最成熟的應(yīng)用案例。盡管比特幣自面世以來(lái)飽受爭(zhēng)議，但比特幣所應(yīng)用的區(qū)塊鏈技術(shù)卻得到了政府和貨幣當(dāng)局在內(nèi)的廣泛關(guān)注。區(qū)塊鏈定義區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N由多方共同維護(hù)，使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問(wèn)安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、無(wú)法篡改、無(wú)法抵賴的技術(shù)體系。典型的區(qū)塊鏈?zhǔn)且詨K鏈結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的。區(qū)塊鏈概念區(qū)塊鏈技術(shù)多種技術(shù)整合的結(jié)果，包括密碼學(xué)、數(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)等。這些技術(shù)以特定方式組合在一起，形成了一種新的數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)和表達(dá)的方式。P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)全網(wǎng)廣播新的數(shù)據(jù)記錄找到合理的隨機(jī)數(shù)后，生成區(qū)塊信息接單對(duì)外部廣播出新產(chǎn)生的區(qū)塊其他節(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)通過(guò)后即共識(shí)達(dá)成，區(qū)塊被納入?yún)^(qū)塊鏈統(tǒng)一存儲(chǔ)接收節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的數(shù)據(jù)記錄初步合法性檢驗(yàn)后進(jìn)行暫存節(jié)點(diǎn)消耗自身算力嘗試不同隨機(jī)數(shù)進(jìn)行指定hash計(jì)算，直到找到合理的隨機(jī)數(shù)，獲得記賬權(quán)241356區(qū)塊鏈工作原理共識(shí)機(jī)制全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行共識(shí)算法，對(duì)區(qū)塊的合法性、正確性達(dá)成共識(shí)比特幣使用的共識(shí)機(jī)制是工作量證明，另外還有權(quán)益證明、PBFT等萊特幣、狗狗幣、點(diǎn)點(diǎn)幣區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前區(qū)塊1的根HASH前一區(qū)塊2的根HASH時(shí)間戳其他數(shù)據(jù)記錄1……數(shù)據(jù)記錄N當(dāng)前區(qū)塊2的根HASH前一區(qū)塊3的根HASH時(shí)間戳其他數(shù)據(jù)記錄1……數(shù)據(jù)記錄M…區(qū)塊頭區(qū)塊體：數(shù)據(jù)記錄可以是資產(chǎn)交易、智能合約記錄甚至物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)記錄等01去中心化02公開(kāi)透明03開(kāi)放性04可溯源05信息不可篡改06匿名性區(qū)塊鏈的特征區(qū)塊鏈體積過(guò)大區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)確認(rèn)時(shí)間的問(wèn)題處理交易頻率問(wèn)題不可糾錯(cuò)區(qū)塊鏈技術(shù)與現(xiàn)有制度的整合成本較大0102030405區(qū)塊鏈面臨的問(wèn)題A對(duì)所有人開(kāi)放，任何人都可以參與。如比特幣、以太坊、超級(jí)賬本等，其中公有鏈的始祖是比特幣區(qū)塊鏈。公有鏈(Publicblockchain)C對(duì)單獨(dú)的個(gè)人或?qū)嶓w開(kāi)放。Linux基金會(huì)、GemHealth網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)賬本項(xiàng)目(Hyperledgerproject)是幾種不同的正在開(kāi)發(fā)的私有鏈項(xiàng)目。私有鏈(Privateblockchain)B對(duì)特定的組織團(tuán)體開(kāi)放。如R3聯(lián)盟推出了Corda項(xiàng)目，是一個(gè)專門為銀行準(zhǔn)備的分布式金融解決方案。聯(lián)盟鏈(Consortiumblockchain)區(qū)塊鏈的分類區(qū)塊鏈1.0以比特幣為代表的可編程貨幣區(qū)塊鏈2.0基于區(qū)塊鏈的可編程金融區(qū)塊鏈3.0區(qū)塊鏈在其他行業(yè)的應(yīng)用區(qū)塊鏈發(fā)展脈絡(luò)貨幣范圍的應(yīng)用被稱為區(qū)塊鏈1.0，主要解決貨幣和支付手段的去中心化。比特幣、萊特幣（設(shè)計(jì)的初衷是作為比特幣的補(bǔ)充，若比特幣主要用于大宗購(gòu)買，則萊特幣用于日常消費(fèi)）、Dogecoin（設(shè)計(jì)了較大的發(fā)行量，幣值較低，適用于慈善捐贈(zèng)和打賞）、Ripple等區(qū)塊鏈1.0：以比特幣為代表的可編程貨幣是經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和金融領(lǐng)域的區(qū)塊鏈應(yīng)用，例如股票、債券、期貨、貸款、抵押、產(chǎn)權(quán)、智能財(cái)產(chǎn)等。以智能合約為典型應(yīng)用的區(qū)塊鏈發(fā)展階段，也是當(dāng)前區(qū)塊鏈研究的主要方向基本特點(diǎn)：一是應(yīng)用平臺(tái)化；二是業(yè)務(wù)代碼化；三是多行業(yè)參與。目前交易所積極嘗試用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)股權(quán)登記、轉(zhuǎn)讓等功能；華爾街銀行通過(guò)聯(lián)合打造區(qū)塊鏈行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高銀行結(jié)算支付的效率，降低跨境支付的成本區(qū)塊鏈2.0：基于區(qū)塊鏈的可編程金融隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用能夠擴(kuò)展到任何有需求的領(lǐng)域，包括審計(jì)公證、醫(yī)療、投票、物流等領(lǐng)域，進(jìn)而到整個(gè)社會(huì)。螞蟻金服推出區(qū)塊鏈公益項(xiàng)目，以解決善款去向透明度的問(wèn)題；阿里巴巴：食品安全溯源、醫(yī)療行業(yè)、物流查詢京東：區(qū)塊鏈打假、提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、區(qū)塊鏈加速器項(xiàng)目區(qū)塊鏈3.0：區(qū)塊鏈在其他行業(yè)的應(yīng)用區(qū)塊鏈應(yīng)用前景這是一個(gè)年輕，不斷變化的技術(shù)，廣泛商業(yè)應(yīng)用還需幾年時(shí)間區(qū)塊鏈行業(yè)兩條路線