你有没有想过，每天我们与数字世界互动，无论是登录银行账户、购物、还是与朋友聊天，背后都隐藏着一层看不见的保护屏障？这层屏障，就是信息安全。它就像一把坚固的锁，守护着我们的个人信息、财产和隐私。然而，这把锁并非万无一失，而我们，作为数字世界的用户，也需要了解如何更好地使用和维护它。
本文将带你从最基础的密码安全，逐步深入到更复杂的身份验证机制，并结合生动的故事案例，为你揭示信息安全的重要性，以及如何在日常生活中培养良好的安全习惯。无论你是否具备安全方面的专业知识，都能在这里找到实用的知识和指导。
4.2 密码的陷阱：隐藏的攻击风险
密码和PIN码是现代计算机安全的基础，它们是人类用户验证身份的主要手段。在上一章中，我们已经讨论了密码的易用性，现在，让我们来深入探讨在设备之间进行通信时，我们需要防范的各种技术攻击。
早期的远程控制系统，例如用于打开车库门或解锁汽车的设备，仅仅通过广播一个序列号进行身份验证。然而，一种名为“抓取器”的设备，则利用了这种简单的机制。抓取器能够记录这些广播的序列号，并在稍后的时间重复播放，从而非法解锁车辆。这些抓取器最早出现在1995年左右，盗贼们会在停车场或住宅附近潜伏，记录汽车锁定的信号，然后在白天或夜晚返回，利用记录的信号非法开锁。
最初的应对措施是使用不同的代码进行锁定和解锁。然而，这并不能完全阻止攻击。盗贼仍然可以潜伏在你的住宅附近，记录解锁代码，然后在你出门后返回，利用解锁代码非法进入。此外，16位密码的长度也过于简短，容易被破解。有时，人们会不小心输入错误的密码，甚至可能触发警报系统。到了1990年代中期，出现了能够尝试所有可能密码的设备。根据计算，一个16位密码平均需要大约215次尝试，以每秒十次的速度进行尝试，则需要不到一小时就能破解。一个在拥有上百辆汽车的停车场内活动的窃贼，在不到一分钟内就能成功解锁一辆车。
为了解决这个问题，密码长度被增加到32位。然而，这并没有真正解决根本问题。仍然只有一两个密码适用于每辆车，而抓取器仍然有效。更严重的是，使用序列号作为密码存在另一个漏洞：很多人都可能拥有该序列号的访问权限。例如，汽车的序列号可能被经销商、车辆登记机构甚至银行记录。银行购买防盗警报系统时，序列号可能会出现在订单、送货单和发票上。
对于在线服务，静态密码则非常危险。例如，Miraï僵尸网络正是通过入侵连接了Wi-Fi的闭路电视摄像头，利用其无法更改的密码进行大规模感染。对于需要保护的物品，例如汽车，我们还需要更强大的安全措施。这引出了密码学身份验证协议。
4.3 “谁在那里？”——简单的身份验证
现代简单的身份验证设备之一是许多多层停车场为会员提供的令牌。当按下令牌上的唯一按钮时，它首先发送其序列号，然后发送一个包含相同序列号和随机数的加密块，所有内容都使用一个独特的设备密钥进行加密，并通过无线电（通常在434MHz频段）或红外线发送到停车场屏障。
我们可以用{X}K表示消息X使用密钥K进行加密。
因此，令牌T发送给停车场G的消息可以表示为：T → G ∶ T,{T,N}KT
这遵循了标准的协议表示法。令牌T发送给停车场G的消息包含令牌T的名称，后跟T和N的加密值，其中N代表“使用一次的随机数”（nonce）。花括号内的内容都经过加密，这不仅将T和N绑定在一起，还隐藏了它们的值。nonce的主要目的是确保消息是新鲜的，即它不是旧消息的重复。验证很简单：停车场读取T，获取相应的密钥KT，解密其余消息，检查nonce是否以前出现过，以及明文是否包含T。
理解协议的左侧和右侧的含义至关重要。左侧的T表示协议中的一个参与者（令牌，代表订阅者），右侧的G表示该参与者的名称（即令牌的唯一设备编号）。此外，在讨论攻击时，我们可能会发现一个原本为某个参与者设计的消息被拦截并重新播放给另一个参与者。因此，左侧的T可以理解为协议设计师的意图。
nonce可以是任何保证消息新鲜度的东西，例如随机数、计数器、来自第三方提供的随机挑战，甚至时间戳。它们在抵抗不同类型重放攻击方面的能力以及增加系统成本和复杂性方面存在细微的差异。在成本非常低的系统中使用随机数和计数器更为常见，因为在单向通信中，更便宜，而且廉价设备通常没有时钟。
在这种设备中的密钥管理可以非常简单。例如，在典型的停车场令牌产品中，每个令牌的密钥就是其唯一的设备编号，使用一个全局主密钥KM进行加密：KT = {T}KM。
这被称为密钥多样性或密钥派生。这是实现访问令牌的常见方法，广泛应用于智能卡中。其目的是，即使某个令牌被盗，攻击者也无法利用其他令牌的密钥来访问未经授权的资源。
然而，即使是简单的令牌身份验证机制的设计也并非易事，如果假设你的产品只会吸引低级别的攻击者，这种假设可能会随着时间的推移而失效。例如，许多打印机公司在打印机中嵌入了身份验证机制，以确保使用的是合法的墨盒。如果竞争对手的产品被加载，打印机可能会悄悄降级分辨率或直接拒绝工作。许多行业都在采用类似的安全措施，从科学仪器到游戏机。最初，这些安全机制的加密方法相对简陋，因为供应商认为，任何试图在工业规模上绕过它们进行竞争的竞争对手都可以受到版权法的起诉。然而，一位法官裁定，虽然供应商有权聘请最好的密码学家来保护其客户，但竞争对手也有权聘请最好的密码分析师来破解这些保护，从而购买其他品牌的墨盒。这引发了一场激烈的安全竞赛，我们将在第24.6节中讨论。在此，我只想指出，安全并非总是好事。安全机制经常被用于支持商业模式，通常是为了阻止设备所有者想要做的事情，而不是保护他们免受坏人侵害。这可能会与公共政策背道而驰。例如，手机锁功能导致每年有数百万人将手机抛弃在垃圾填埋场，这些手机含有有毒重金属，并消耗了大量的碳排放。
案例一：智能家居的“入侵”
小李是一位科技爱好者，家里装了许多智能家居设备，包括智能门锁、智能摄像头和智能灯泡。他认为这些设备能让生活更便捷。然而，他没有意识到，这些设备也可能成为黑客攻击的目标。
有一天，小李发现他的智能门锁突然无法使用。他尝试了各种方法，但都无法解锁。后来，他才意识到，黑客可能通过某种方式入侵了他的智能门锁系统，并远程锁定了他家门。更可怕的是，黑客可能还获取了他家摄像头的监控录像，甚至可以控制家里的灯泡，制造混乱。
这件事让小李意识到，即使是看似简单的智能家居设备，也需要重视安全。他开始学习一些基本的安全知识，例如设置强密码、定期更新设备固件、以及关闭不必要的远程访问功能。
案例二：银行卡盗刷的“密码”
王先生是一位上班族，他经常使用银行卡进行支付。有一天，他发现自己的银行卡被盗刷了数万元。经过调查，银行发现，黑客通过某种方式获取了王先生银行卡的密码，并利用密码进行非法交易。
王先生非常后悔，他没有设置强密码，而且经常将密码写在纸上随身携带。他还使用了同一个密码登录多个网站，这使得黑客更容易获取他的密码。
这件事让王先生深刻认识到，保护密码的重要性。他开始使用更复杂的密码，并使用密码管理器来安全地存储密码。他还开启了银行卡的短信提醒功能，以便及时发现异常交易。
案例三：企业数据泄露的“漏洞”
某大型企业是一家互联网公司，拥有大量的用户数据。然而，由于企业内部的安全措施不足，黑客成功入侵了企业的服务器，并窃取了数百万用户的个人信息，包括姓名、电话号码、电子邮件地址和信用卡信息。
这次数据泄露事件引起了社会各界的广泛关注。许多用户担心自己的个人信息被泄露，并可能被用于诈骗或其他非法活动。企业也因此遭受了巨大的经济损失和声誉损害。
这次事件再次提醒我们，企业安全的重要性。企业需要投入更多的资源来加强安全措施，例如建立完善的安全体系、定期进行安全审计、以及对员工进行安全培训。
总结与建议
信息安全是一个持续不断的过程，需要我们每个人都保持警惕，并采取积极的措施来保护自己。以下是一些实用的安全建议：
- 设置强密码： 密码应该包含大小写字母、数字和符号，并且长度至少为12位。不要使用容易猜测的密码，例如生日、姓名或电话号码。
- 定期更改密码： 建议每隔一段时间更改密码，以降低密码被破解的风险。
- 使用密码管理器： 密码管理器可以安全地存储密码，并自动填充密码，避免手动输入密码的风险。
- 开启双重验证： 双重验证可以增加账户的安全性，即使密码被泄露，黑客也无法轻易登录。
- 警惕网络诈骗： 不要轻易点击不明链接或下载未知文件，不要在不安全的网站上输入个人信息。
- 定期更新软件： 软件更新通常包含安全补丁，可以修复已知的安全漏洞。
- 安装杀毒软件： 杀毒软件可以检测和清除恶意软件，保护你的设备免受病毒攻击。
- 备份重要数据： 定期备份重要数据，以防止数据丢失。
- 学习安全知识： 了解最新的安全威胁和防护措施，提高安全意识。
信息安全不是一个人的责任，而是我们每个人的责任。只有我们共同努力，才能构建一个更加安全可靠的数字世界。
我们在信息安全和合规领域积累了丰富经验，并提供定制化咨询服务。昆明亭长朗然科技有限公司愿意与您一同探讨如何将最佳实践应用于企业中，以确保信息安全。
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