NSE Week 1: Module introduction, security concepts and security attacks

What is Network Security?

Cyber security: 是关于个人和组织如何减少 cyber attack 的风险
Network security: 是关于个人和组织如何减少网络攻击的风险

Risk 风险 : 是关于漏洞利用从而对财产造成损失的可能性

Security Concepts

首先我们再来回顾一下Cyber security中，最重要的CIA的概念

Confidentiality

确保保密的信息不暴露给未经授权的人员
Loss of confidentiality = unauthorised disclosure of information

Integrity

确保信息和程序只会被授权的人员所修改与处理
Loss of integrity = the unauthorised modification or destruction of information

Availability

确保系统正常运行并且不会拒绝授权的用户的访问
Loss of availability = the destruction of access to information/system and the destruction of use of information/system

CIA的重要性需要视情况而定，对于不同的资源/系统，我们需要指定不同的CIA的标准

More properties in Cyber security

Authentication: 确保每一个用户的真实身份都是他们所申明的一致
Non-repudiation: 确保信息传输的双发不能否认他们接受或者发送过信息
Code validation: 确保软硬件是健全的（sound），并且检查漏洞

OSI Security Architecture

接下来我们来介绍一下OSI的安全框架

Security attack : - 任何对组织的信息安全造成危害的行为都称为 security attack
- Passive or Active
Security mechanism : - 一个用来从security attack中检测，防止和恢复的机制
- 例如流量检测，预防入侵
Security service : - 一项用来保护组织中的数据处理系统的服务
- 包含多中Security mechanisms来对抗security attacks

Philosophy taken to counterattacking

Deter : - 组织入侵的发生（在其发生之前进行组织），即使用 fencing 围栏, lighting 完全照明, signs 出入签名 等方式对犯罪者进行被动威慑，从最开始就扼杀入侵的念头
- 使攻击变得困难，让attacker主动放弃
Detect : - 检测入侵的行为，例如 CCTV 监控, 用来监控和记录所有的入侵行为
- Intrusion detection software
- Traffic analysis and machine learning to detect abnormities
Deny : - 拒绝未经授权的访问，通过一些认证系统来主动拒绝入侵的行为，其中防火墙就属于 Deny
- Authentication, authorisation, freshness
Delay : - 延缓入侵的速度，通过设置障碍来延长入侵的时间，迫使入侵者放弃或者给予安全团队更多的时间
- 增加密钥的长度
Defend : - 主动地对入侵者进行打击，通过安全团队或者警方的行动来组织入侵

Security Mechanisms

Specific security mechanisms

May be incorporated into the appropriate protocol layer
Provide some of the OSI security service: authentication, access control, data confidentiality, data integrity, and non-repudiation
Very much related to popular security properties

Non-specific security mechanisms

Not specific to any particular OSI security service or protocol layer

Cryptographic Techniques

密码学提供了很多安全服务，例如加密，解密，数据完整性，认证交换，密码存储等服务

Encipherment

加密通过将明文进行加密，从而来保证confidentiality

Two crytovariables in cryptographic funtions

The key 密钥 (can be both symmetric or asymmetric)
The initial vector (我们在密码学中讲过的随机数，用来参与加密的过程，比如在DES CBC中)

Cryptographic Protocols

是通信的双方通过加密传递的信息来预防攻击

Possible attacks?

Cyptoanalysis: recover the plaintext from ciphertext without knowing the key
Message/field insertion, deleteion and change (破坏完整性)
Relay: 对先前合法的密文重复利用
Man-in-the-middle attack

Countermeasure

Countermeasures for cryptoanalysis
- Longer keys (e.g., 2048 bits for RSA, used to be 256 bits)
- 舍弃弱密钥（比如全是0的或者全是1的）
Countermeasures for message/field insertion, deletion and change
- Integrity check (hash, MAC, digital signature)
Countermeasures for replay attack
- Provide freshness in protocol run
- Timestamp, sequence number, nounce
Countermeasure for man-in-the-middle attack
- Cryptographic protocols should be designed and verified
- Use formal methods to evaluate security properties of cryptographic protocols

Digital Signature

主要通过将额外的bit附加在传输的数据上，从而让接收者可以验证数据的 Integrity

可以用来提供authentication, integrity, and non-repudiation,因为数字签名利用asymmetric非对称加密，使用发送方的private key进行加密，接收者则可以用public key来进行解密

Authentication Exchange

用于发送方和接收方双方互相确认身份

常见的Authentication的方法：

Something you know, e.g., password
Something you are, e.g., fingerprint
Something you have, e.g., smart card, your phone
2-factor or multifactor authentication 双重/多重认证

如何选择身份认证的方法？
1. 如果通信的双方彼此可以信任，同时通信是可靠的
  - 使用密码
2. 如何通信的双方是可以信任的，但是通信不可靠
  - 使用密码以及加密协议
3. 如何什么都不可以信任
  - 使用密码，加密协议以及non-repudiation service

我们真的需要密码吗？

剑桥大学发明了一种可携带的设备：pico,其存储了所有的credentials信息，并且通过一系列传感器，以及生物特征信息来防止丢失后的信息泄露。

Other Security mechanisms (X.800)

Access control
- 只允许有限的可授权人员的访问
Traffic padding
- 在数据流中加入一些bits，使流量分析受阻，从而保证了confidentiality保密性
Notarisation 公证
- 经过第三方来保证安全的信息传输
Security audit trail
- 收集信息来进行安全审计
Security recovery 数据恢复
Economics
- 增加attack的成本，比如如果发邮件需要花钱，那垃圾邮件势必会减少
- 又或者在Bitcoin当中，发起DDoS攻击就以花费大量的transaction fee
Deception
- 通过暴露攻击者自己，例如使用蜜罐来获取攻击者的信息

Jamming, Sniffing and Spoofing

Jamming

Jamming通过发出大量的noise来影响原本的通信，影响availability

例如屏蔽Wifi信号

也可以用在合法的渠道上，比如用在考场或者需要阻断网络的地方

Sniffing

Sniffing是来监听其他用户的信息

Network interface card (NIC 网卡)必须设置在 promiscuous mode 来获取所有的包

可以用来

偷听数据包中没有加密的信息
捕捉信息进而使用relay attack

Spoofing

通过伪装来进行攻击，可以修改的内容

Application layer: DNS address, e.g., an URL, an email address
Network layer: IP address
Link layer: MAC address

Spoofing的种类

Email spoofing: phising
Text message spoofing: smishing
Call ID spoofing
URL spoofing: phishing website
DNS spoofing: cache poisoning
IP address spoofing: change the source address in an IP packet
MAC spoofing: change the MAC address of NIC

Model of Network Security

Cryptographic protocol

A, B都有自己的symmetric key (K_A, K_B), 同时A想要生成一个共同的key并且分享给B

A发送给K，用E_A加密的新key K_AB，同时指示这是A与B的共同Key
K返回给A 用E_B加密的共同Key K_AB以及标识这个Key是由ID_B加密的
A将E_B(K_AB)以及加密的数据发送给B，B就可以用自己的E_B先解密，然后再用得到E_AB来解密数据

Attacker通过拦截并修改A发送给K的请求，从而可以获取K_AB的值，进而可以监听所有的请求