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随着计算机、网络通信、人工智能、量子信息等技术的蓬勃发展，信息系统安全的重要性日益彰显。建立信息系统安全体系是保护计算机与网络平台安全的基础。本书结合信息系统的安全需求，系统介绍身份认证、访问控制、文件加密、安全审计、完整性保护等多方面技术，并结合典型案例介绍新型信息系统的关键安全技术。全书共分为12章，第1～2章介绍信息系统安全的基础知识，第3～8章介绍信息系统安全的主要技术方案，第9～12章介绍新型信息系统的设计案例。本书内容基础、完整，描述方式由浅入深，适合本科生、研究生、科研人员和科技工作者阅读参考。

第1章  信息系统安全风险	1
1.1　攻击案例	1
1.1.1  案例背景	1
1.1.2  攻击方法分析	1
1.1.3  攻击过程分析	2
1.1.4  安全问题	5
1.2  信息系统基础	6
1.2.1  信息系统的定义	6
1.2.2  信息系统的特性	7
1.2.3  信息系统的安全需求	7
1.3  信息安全等级保护	7
1.3.1  信息安全等级保护的定义	7
1.3.2  等级划分	8
1.3.3  实施原则	8
1.3.4  政策标准	9
1.3.5  美国计算机安全评价准则	10
1.3.6  我国网络安全等级保护标准	11
1.3.7  测评及认证项目	13
1.4  信息安全基础	13
1.4.1  信息安全目标	13
1.4.2  信息安全原则	14
1.4.3  信息安全基本概念	14
1.4.4  信息安全基本模型	16
1.5  本章小结	21
1.6  习题	21
1.7  思考题	21
第2章  信息系统基础安全问题	22
2.1  计算机原理	22
2.1.1  图灵机	22
2.1.2  图灵机安全	23
2.1.3  冯·诺依曼体系结构	26
2.1.4  哈佛体系结构	27
2.2  计算机启动原理	28
2.2.1  上电自检	28
2.2.2  系统加载与启动	29
2.2.3  用户登录认证	31
2.3  操作系统的用户安全	40
2.3.1  用户安全问题	40
2.3.2  典型安全攻击	41
2.4  本章小结	43
2.5  习题	43
2.6  思考题	43
第3章  身份认证	44
3.1  身份认证方式	44
3.1.1  身份认证系统模型	44
3.1.2  主要的身份认证方式	45
3.2  Linux身份认证技术	50
3.2.1  Linux身份认证技术简介	50
3.2.2  从启动到登录的流程	50
3.2.3  认证程序	52
3.2.4  认证的加密算法	53
3.2.5  嵌入式认证模块	54
3.3  Windows身份认证技术	56
3.3.1  Windows身份认证技术简介	56
3.3.2  本地认证	57
3.3.3  网络认证	59
3.4  基于USBKey的身份认证技术	63
3.4.1  Windows 7用户登录原理	63
3.4.2  基于USBKey的身份认证
      方式	65
3.5  本章小结	66
3.6  习题	66
3.7  思考题	66
第4章  访问控制	67
4.1  访问控制模型	67
4.1.1  基本问题	67
4.1.2  基本模型	67
4.1.3  TE模型	70
4.1.4  DTE模型	71
4.1.5  Linux的访问控制实例	71
4.2  基本访问控制的实现方案	73
4.2.1  面向用户的基本访问控制	73
4.2.2  面向进程的基本访问控制	76
4.3  SELinux访问控制技术	79
4.3.1  SELinux简介	79
4.3.2  SELinux的体系结构	80
4.3.3  SELinux的安全模型	82
4.3.4  SETE模型	84
4.3.5  SELinux的运行机制	88
4.3.6  SELinux的具体实现	89
4.4  Windows访问控制技术	93
4.4.1  基本概念	93
4.4.2  系统实现	94
4.4.3  开发接口	95
4.5  本章小结	101
4.6  习题	101
4.7  思考题	102
第5章  文件加密	103
5.1  加密文件系统	103
5.1.1  加密文件系统概述	103
5.1.2  加密文件系统分类	103
5.1.3  主要问题	104
5.2  树状信息管理	104
5.2.1  文件系统	105
5.2.2  注册表	107
5.3  Linux eCryptfs文件加密技术	108
5.3.1  eCryptfs简介	108
5.3.2  eCryptfs的设计原理	109
5.3.3  eCryptfs的使用方法	112
5.4  Windows EFS文件加密技术	113
5.4.1  EFS简介	113
5.4.2  EFS的设计原理	113
5.4.3  EFS的使用方法	115
5.5  本章小结	122
5.6  习题	122
5.7  思考题	122
第6章  安全审计	123
6.1  审计系统	123
6.1.1  审计系统的设计方案	123
6.1.2  审计系统的功能与组成	124
6.1.3  审计系统的安全与保护	125
6.2  Linux审计技术	125
6.2.1  Linux审计系统的设计原理	125
6.2.2  核心模块的实现	126
6.2.3  审计监控程序的实现	126
6.2.4  核心模块与监控进程的
      通信	126
6.3  4A的综合技术	127
6.3.1  4A简介	127
6.3.2  实用协议	128
6.3.3  账号	129
6.3.4  认证	130
6.3.5  授权	131
6.3.6  审计	134
6.3.7  4A的应用	135
6.4  本章小结	138
6.5  习题	138
6.6  思考题	138
第7章  完整性保护	139
7.1  完整性模型	139
7.1.1  Biba模型	139
7.1.2  Merkle树模型	140
7.2  可信计算技术	142
7.2.1  可信计算概述	142
7.2.2  可信计算平台	146
7.3  AEGIS模型	151
7.3.1  系统的一般引导过程	152
7.3.2  系统的可信引导过程	153
7.3.3  组件完整性验证技术	154
7.3.4  系统的安全引导过程	154
7.4  IMA模型	156
7.4.1  完整性度量架构	156
7.4.2  完整性度量介绍	156
7.4.3  IMA的安全机制	157
7.5  Linux完整性保护技术	157
7.5.1  TPM+IMA设计思想	157
7.5.2  系统整体安全目标	159
7.5.3  攻击模型	160
7.5.4  Linux IMA的主要功能模块	160
7.5.5  扩展实现方案	163
7.6  Windows完整性保护技术	163
7.6.1  Vista可信机制	163
7.6.2  基于TPM和BitLocker的
      系统引导过程	164
7.6.3  可信模块的启用	165
7.7  移动终端完整性保护技术	167
7.7.1  可信移动终端系统设计
      方案	167
7.7.2  Android可信计算平台
      架构	168
7.8  实用支撑技术	172
7.8.1  SGX技术	172
7.8.2  TXT技术	173
7.8.3  TrustZone技术	174
7.8.4  XOM架构	175
7.8.5  Bastion体系结构	175
7.8.6  Sanctum保护	176
7.9  本章小结	177
7.10  习题	177
7.11  思考题	177
第8章  数据库系统安全	178
8.1  数据库安全概述	178
8.1.1  安全特性	178
8.1.2  安全威胁	179
8.1.3  安全标准	179
8.2  一般安全机制	181
8.2.1  用户标识与认证	182
8.2.2  访问控制	182
8.2.3  数据库加密	186
8.2.4  数据库审计	188
8.2.5  备份与恢复	189
8.3  SQL Server安全机制	191
8.3.1  SQL Server安全概述	191
8.3.2  数据库环境安全	191
8.3.3  身份认证	192
8.3.4  访问控制	194
8.3.5  数据库加密	198
8.3.6  数据库审计	203
8.3.7  数据库账本	205
8.4  本章小结	207
8.5  习题	207
8.6  思考题	207
第9章  新型电力信息系统安全设计
        案例	208
9.1  传统电力信息系统安全体系
     简介	208
9.1.1  安全分区	209
9.1.2  网络专用	211
9.1.3  横向隔离	212
9.1.4  纵向认证	212
9.2  安全防护措施	212
9.3  新型电力信息系统的安全需求	214
9.4  新型电力信息系统攻击行为
     建模技术	215
9.4.1  ATT＆CK框架	215
9.4.2  基于模糊层次分析法的
      攻击树模型	218
9.4.3  基于攻击树模型的攻击
      行为识别	220
9.5  基于零信任的新型电力信息系统
     网络安全防护机制设计	222
9.5.1  零信任理念	222
9.5.2  零信任关键技术	224
9.5.3  总体设计	225
9.5.4  安全性分析	226
9.6  零信任关键能力模型设计	228
9.6.1  身份安全基础设施	228
9.6.2  持续信任评估	230
9.6.3  动态访问控制	232
9.6.4  可信访问代理	232
9.6.5  微隔离端口控制器	233
9.6.6  安全性分析	233
9.7  本章小结	236
9.8  习题	236
9.9  思考题	237
第10章  大数据系统安全设计案例	238
10.1  大数据平台简介	238
10.2  Hadoop的安全问题	240
10.3  大数据安全需求	241
10.4  大数据安全关键技术	243
10.5  大数据系统安全体系	246
10.6  大数据系统一体化安全管理
      系统设计	247
10.6.1  管理需求	247
10.6.2  网络结构设计	247
10.6.3  安全模块设计	248
10.6.4  软件开发架构	251
10.6.5  软件运行流程	252
10.6.6  软件界面	252
10.6.7  软件测试	258
10.7  本章小结	261
10.8  习题	262
10.9  思考题	262
第11章  云计算服务安全设计案例	263
11.1  云计算服务简介	263
11.2  云计算服务安全需求	264
11.2.1  云基础设施安全	265
11.2.2  云计算平台安全	266
11.2.3  云服务安全	266
11.3  云计算的安全关键技术	268
11.3.1  虚拟化系统监控技术	268
11.3.2  密文访问技术	271
11.3.3  软件定义安全技术	273
11.3.4  可信云计算技术	276
11.4  基于安全强化虚拟机的
      云计算平台设计	279
11.4.1  安全强化虚拟机	279
11.4.2  系统设计目标	279
11.4.3  总体设计架构	280
11.4.4  安全服务部署	280
11.4.5  安全数据存储	281
11.4.6  安全应用管理	282
11.5  本章小结	282
11.6  习题	283
11.7  思考题	283
第12章  量子信息系统安全设计案例	284
12.1  量子信息简介	284
12.1.1  量子比特	284
12.1.2  量子纠缠	284
12.1.3  量子态测量	286
12.1.4  量子计算	286
12.2  量子安全性	287
12.2.1  信息论安全性	287
12.2.2  量子安全性的物理原理	288
12.2.3  量子攻击	289
12.3  量子信息系统安全需求	290
12.3.1  量子计算机	290
12.3.2  量子网络	292
12.3.3  安全需求	293
12.4  量子密码技术	293
12.4.1  量子密钥分发	293
12.4.2  量子认证	295
12.4.3  量子签名	296
12.4.4  量子加密	297
12.5  量子随机数发生器设计	298
12.5.1  量子随机数发生器原理	298
12.5.2  量子熵源	298
12.5.3  随机数提取技术	301
12.5.4  随机数检测技术	301
12.5.5  处理软件	302
12.6  本章小结	304
12.7  习题	305
12.8  思考题	305
参考资料	306

随着新型信息系统的发展应用，需要完善信息系统安全教学内容体系，提供具有显著特色优势的新工科教材，促进信息系统安全理论与技术发展。编者编写本书，致力于由浅入深地介绍信息系统安全的主要知识点与关键技术，瞄准国家重大战略需求和学科前沿发展方向，支撑新工科发展，建设网络空间安全与新兴交叉学科人才培养急需的专业教材。
本书的主要编写思路是实践基础与前沿兼顾、理论与实践并重。从信息系统安全的实际案例出发，结合实际情景编排知识点，教材内容与实现方案紧密结合，突出实践特色，实现课堂教学与实践教学的有机统一，将前沿知识融入实际信息系统建设。
本书的特色主要体现在以下两个方面。
（1）信息系统安全内容系统全面：全面介绍信息系统安全理论与技术，包括基本概念、基础模型、系统方案，突出国内自主研发的安全技术进展。
（2）信息系统安全技术案例紧跟前沿：以信息系统安全的典型案例为扩展内容，结合智能电网、大数据、云计算、量子信息等前沿方向，介绍新型信息系统的设计和发展。
第1章为信息系统安全风险，基于电网攻击案例，介绍信息系统安全问题、信息系统的基础知识和信息系统安全等级保护，以及信息安全的基础知识；第2章为信息系统基础安全问题，根据图灵机原理，分析计算机存在的根本安全问题，指出可能的安全解决方案；第3章为身份认证，介绍常用的身份认证技术，重点介绍Linux和Windows身份认证技术，扩展介绍基于USBKey的身份认证技术；第4章为访问控制，介绍主要的访问控制模型及SELinux和Windows访问控制技术，重点介绍SELinux的访问控制实现；第5章为文件加密，介绍文件加密涉及的文件系统和注册表，重点介绍文件加密系统eCryptfs和EFS的实现原理；第6章为安全审计，介绍基于Linux的内核级安全审计模型，同时结合账号、认证、授权和审计等需求，介绍4A的综合技术；第7章为完整性保护，介绍系统完整性保护的基本模型和可信计算技术，从系统实现的角度介绍系统完整性保护的硬件方案和软件方案，扩展介绍Linux和Windows完整性保护实现原理；第8章为数据库系统安全，介绍SQL Server安全机制；第9章为新型电力信息系统安全设计案例，在传统电力信息系统安全体系的基础上，介绍新型电力信息系统攻击行为建模和零信任理念，设计基于零信任的新型电力信息系统网络安全防护机制；第10章为大数据系统安全设计案例，从认证、授权、访问控制、数据安全、网络安全、集群监控与日志审计等方面，设计符合安全需求的大数据系统安全体系，并实现大数据系统一体化安全管理系统；第11章为云计算服务安全设计案例，介绍云计算的安全关键技术及基于安全强化虚拟机的云计算平台设计，提供存储、通信、查询等多种信息处理服务；第12章为量子信息系统安全设计案例，介绍量子信息系统的重要组成部分，重点介绍量子信息系统安全的主要技术，设计并实现量子随机数发生器。
本书包含配套教学资源，读者可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）下载。
本书由尚涛教授、刘建伟教授作为主编，杜皓华助理教授、张骞允副教授、白桐副教授作为副主编共同撰写。尚涛完成了第1～10章、第12章的撰写和全文统稿，刘建伟参与了第7章的撰写并提供指导，杜皓华完成了第11章的撰写，张骞允参与了第9章的撰写，白桐参与了第12章的撰写。北京航空航天大学网络空间安全学院的博士研究生姜亚彤、张源境、唐瑶、张辰逸、张琨，硕士研究生邵天睿、侯鹏林、刘佳羽、王烁林、蒋亚卓、高雪芹、李达、田格格、庞俊杰、安洁等为书籍编写做了大量的校正工作；研究生高雪芹、李达等为新型电力信息系统安全，研究生庄浩霖、姜亚彤等为大数据系统安全，研究生庞俊杰、马文等为云计算服务安全，研究生张辰逸、熊科宇、刘雨辰等为量子信息系统安全的案例建设做了大量的开发工作；研究生王振东、曾维昊、黄渤瀚、侯博等为数字资源的建设做了大量的制作工作；蒋燕玲、伍前红、白琳、关振宇、毛剑等教授为本书的顺利出版给予了大量的支持工作。
本书参考、引用了国内外相关书籍、文献及有关网站的内容，在此一并表示衷心的感谢。在编写本书的过程中得到了电子工业出版社和北京航空航天大学的大力支持、鼓励与帮助；本书得到了北京航空航天大学研究生精品课程建设项目“信息系统安全”、北京航空航天大学一流本科课程建设项目“量子密码”和“数据结构与程序设计”、北京航空航天大学规划教材建设项目“信息系统安全理论与技术”、国家自然科学基金资助项目（No. 61971021）、国家重点研发计划项目（No. 2016YFC1000307）、河北省重点研发计划项目（No. 22340701D）和教育部产学合作协同育人项目“大数据系统安全教学内容及实验设计”“量子密码课程教学实践”的资助，在此深表感谢。
由于本书编者水平有限，书中难免存在疏漏与不妥之处，恳请广大读者和同行专家批评指正。

编  者  
2024年7月

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