Information Security Fundamentals
基本情報技術者試験 - セキュリティ分野
随着互联网的发展，我们的生活变得愈发便利，但同时也面临着日益增多的网络攻击和信息泄露风险。为了有效防范这些风险，理解信息安全的核心理念至关重要。信息安全的风险主要由两大核心要素构成：脆弱性和威胁。
| 要素 | 定义与解释 |
|---|---|
| 脆弱性 (ぜいじゃくせい) / セキュリティホール | 指操作系统（OS）或软件中因设计缺陷、程序错误等原因导致的信息安全上的重大隐患。它也被称为“安全漏洞”，常常被计算机病毒等恶意攻击所利用。 |
| 威胁 (きょうい) | 顾名思义,指对信息资产构成威胁的存在。主要分为以下三类： • 物理的脅威 (物理威胁): 由地震、火灾等自然灾害导致的设备损坏，或由入侵者造成的设备破坏等物理层面的信息损害。 • 人的脅威 (人的威胁): 由操作失误、信息滥用、内部舞弊等源于人为因素的威胁。 • 技術的脅威 (技术威胁): 指计算机病毒、网络攻击等技术层面的威胁，这也是考试中考察的重点。 |
Important
技术威胁 (技術的脅威) 是FE考试的核心考点，需要重点掌握各类恶意软件和网络攻击手法。
在人的威胁中，有两种重要的概念需要特别掌握。
这是一种利用人性的心理弱点来窃取机密信息的行为。常见的例子包括：
- 偷偷观察他人输入密码的屏幕以获取登录信息。
- 翻查垃圾箱中被丢弃的文件，从中寻找机密信息。
由美国犯罪学家提出的一个模型，认为当以下三个要素同时具备时，人就会实施欺诈或舞弊行为。
| 要素 | 日文术语 | 详细说明 |
|---|---|---|
| 机会 | 機会 | 指存在能够实施舞弊的环境。例如，公司内部任何员工都可以轻易登录他人的电脑。 |
| 动机 | 動機 | 指促使人产生舞弊念头的理由或状况。例如，面临巨大的销售业绩压力。 |
| 正当化 | 正当化 | 指将自己的舞弊行为合理化的心理状态。例如，认为“在这种情况下，这样做也是没办法的”或“这么做也是为了公司好”。 |
Caution
当机会、动机、正当化三要素同时存在时，舞弊行为发生的概率会显著增加。企业应从制度层面消除这些要素。
为了系统性地管理和应对上述风险，企业会引入信息安全管理体系（ISMS）。
| 术语 | 日文 | 说明 |
|---|---|---|
| ISMS | インフォメーションセキュリティマネジメントシステム |
全称为信息安全管理体系，是企业用于系统化管理信息安全的整体框架和机制。 |
| ISMS认证 | ISMS認証 |
当企业的ISMS经过评估并符合标准后，会被授予ISMS认证。这相当于一份“证明书”，向客户和合作伙伴证明该企业具备了较高的信息安全管理水平。 |
| ISMS合格评定制度 | ISMS適合評価制度 |
这是一个由独立的第三方机构，依据既定标准对企业的ISMS进行评估和认证的制度。 |
| JIS Q 27000系列 | JIS Q 27000シリーズ |
这是定义ISMS评估标准的一系列日本工业标准（JIS）。该系列包含了多个具体规范，例如 JIS Q 27000 负责定义相关术语，而 JIS Q 27001 则详细规定了ISMS认证所要求的具体事项。 |
JIS Q 27000系列标准定义了信息安全的核心要素，最初为三大要素，后扩展为七大要素。
| 要素 | 日文 | 定义 |
|---|---|---|
| 机密性 | 機密性 (きみつせい) | 确保只有被授权的人才能访问信息。 |
| 完整性 | 完全性 (かんぜんせい) | 确保信息是准确和完整的，未被篡改。 |
| 可用性 | 可用性 (かようせい) | 确保授权用户在需要时能够随时访问信息。 |
Note
机密性 (Confidentiality)、完整性 (Integrity)、可用性 (Availability) 是信息安全的三大基石，简称 CIA三要素。
| 要素 | 日文 | 定义 |
|---|---|---|
| 真实性 | 真正性 (しんせいせい) | 确保信息是真实的，没有伪造或伪装。 |
| 可靠性 | 信頼性 (しんらいせい) | 确保系统或处理过程能够按照预期的方式运行并产生一致的结果。 |
| 责任可追溯性 | 責任追跡性 (せきにんついせきせい) | 确保能够追溯到是谁对信息进行了何种操作。 |
| 不可否认性 | 否認防止 (ひにんぼうし) | 确保行为发生后，行为人无法否认其行为。 |
了解了信息安全的基本框架后，我们接下来将深入探讨现实世界中存在的具体威胁，即各种恶意软件和网络攻击手法。
首先，恶意软件 (マルウェア) 是对计算机会产生不良影响的软件的总称。我们常说的“计算机病毒”只是恶意软件的一种。
| 名称 | 日文术语 | 核心特征 |
|---|---|---|
| 计算机病毒 | コンピューターウイルス |
寄生于其他程序，通过程序的运行对计算机造成负面影响。 |
| 宏病毒 | マクロウイルス |
滥用Excel、Word等软件的宏功能，将恶意代码嵌入文件中。 |
| 蠕虫 | ワーム |
具有自我复制能力，无需寄生即可独立传播，感染范围广。 |
| 特洛伊木马 | トロイの木馬 |
伪装成正常软件或文件，诱导用户执行，在用户不知情的情况下进行攻击。 |
| 间谍软件 | スパイウェア |
混入其他软件一同安装，用于窃取用户的个人信息。 |
| 勒索软件 | ランサムウェア |
对用户数据进行加密，使其无法使用，并以此为要挟索要赎金（Ransom）。 |
| 键盘记录器 | キーロガー |
记录用户的键盘输入，从而窃取ID、密码等个人信息。 |
| Rootkit | ルートキット |
并非病毒本身，而是一系列辅助网络攻击的工具包，如后门生成、日志篡改工具等。 |
| 僵尸程序 | ボット |
一种能让攻击者远程操控受感染计算机的程序，可用于窃取信息或攻击其他网站。 |
Tip
记忆技巧：蠕虫 (ワーム) 可以独立传播，病毒 (ウイルス) 需要寄生在其他程序中。特洛伊木马 (トロイの木馬) 的特点是伪装欺骗。
为了防御这些恶意软件，病毒防护软件 (ウイルス対策ソフト) 至关重要。其检测病毒的方法主要有两种：
| 方法名称 | 日文术语 | 工作原理 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 行为检测法 | ビヘイビア法 | 在一个安全的虚拟环境中运行可疑程序，通过观察其行为（Behavior）来判断是否为恶意软件。 | 能够检测未知的病毒 | 可能会产生误报 |
| 模式匹配法 | パターンマッチング法 | 将可疑程序的特征与一个已知的病毒特征数据库（包含病毒的签名码 (シグネチャコード)）进行比对，以识别病毒。 | 检测已知病毒准确率高 | 无法检测未知的病毒 |
Important
行为检测法 (ビヘイビア法) 可以检测未知病毒，但可能误报；模式匹配法 (パターンマッチング法) 准确但无法检测未知病毒。两者结合使用效果最佳。
为了便于记忆，我们将常见的网络攻击手法分为以下四类。
| 攻击方法 | 日文术语 | 攻击原理 |
|---|---|---|
| 字典攻击 | 辞書攻撃 | 利用人们倾向于使用字典中常见单词作为密码的习惯，尝试用字典中的单词来破解密码。 |
| 暴力破解攻击 | ブルートフォース攻撃 (総当たり攻撃) |
固定一个用户名（ID），然后尝试所有可能的字符组合来破解密码。 |
| 反向暴力破解攻击 | リバースブルートフォース攻撃 | 与暴力破解相反，固定一个常用密码，然后尝试所有可能的用户名。 |
| 密码列表攻击 | パスワードリスト攻撃 | 利用从其他网站泄露的用户名和密码列表，尝试在目标网站上进行登录。 |
| 彩虹表攻击 | レインボー攻撃 | 针对通过哈希函数加密的密码进行破解。它通过预先计算好的哈希值 (ハッシュ値) 与密码的对应表（彩虹表）来快速反查密码原文。 |
Caution
密码列表攻击 (パスワードリスト攻撃) 利用用户在多个网站使用相同密码的习惯。因此，不同网站应使用不同的密码。
| 攻击方法 | 日文术语 | 攻击原理 |
|---|---|---|
| 跨站脚本 | クロスサイトスクリプティング (XSS) |
攻击者利用网站的脆弱性，在合法的网站页面中注入并执行恶意脚本。当用户访问该页面时，脚本会在用户的浏览器中运行，从而窃取Cookie、会话ID等个人信息。 |
| SQL注入 | SQLインジェクション |
攻击者将恶意的SQL命令“注入”到正常的数据库查询中，从而骗取、篡改或破坏数据库中的数据。 |
| OS命令注入 | OSコマンドインジェクション |
攻击者利用系统漏洞，将恶意的操作系统（OS）命令注入到程序中执行，从而非法操作文件（如删除、泄露）。 |
| 目录列表 | ディレクトリリスティング |
攻击者利用服务器配置不当，使网站的目录和文件结构以列表形式暴露出来。 |
| 目录遍历 | ディレクトリトラバーサル |
攻击者利用此漏洞，非法访问服务器上本应被限制访问的非公开文件，进行查看或删除。 |
Important
注入攻击 (インジェクション攻撃) 是最常见的Web应用攻击手法，包括SQL注入、XSS、OS命令注入等。核心原理都是将恶意代码“注入”到系统中执行。
| 攻击方法 | 日文术语 | 攻击原理 |
|---|---|---|
| DNS缓存投毒 | DNSキャッシュポイズニング |
攻击者污染DNS服务器的缓存，将一个正常的域名指向一个恶意的IP地址，从而将用户引导至虚假网站。 |
| 网络钓鱼 | フィッシング |
攻击者伪装成金融机构等可信实体，发送欺诈性电子邮件，诱导用户在虚假网站上输入个人信息。 |
| 会话劫持 | セッションハイジャック |
攻击者窃取用户的会话ID (セッションID)（用户登录后服务器分配的身份凭证），从而在不知道用户名和密码的情况下冒充用户登录系统。 |
| SEO投毒 | SEOポイズニング |
攻击者滥用搜索引擎优化（SEO）算法，使其恶意网站在搜索结果中排名靠前，诱导用户点击。 |
| IP欺骗 | IPスプーフィング |
攻击者伪造自己的IP地址，冒充成一个可信的来源，以绕过访问控制，对目标系统进行攻击。 |
Warning
网络钓鱼 (フィッシング) 是最常见的社会工程学攻击。务必仔细检查邮件发件人和链接地址的真实性。
| 攻击方法 | 日文术语 | 攻击原理 |
|---|---|---|
| 缓冲区溢出 | バッファオーバーフロー |
攻击者向服务器发送超出其处理能力的大量数据，导致服务器内存溢出，服务停止运行。 |
| 偷渡式下载 | ドライブバイダウンロード |
用户仅仅是浏览了一个被植入恶意代码的网页，恶意软件就会在不知不觉中被下载到用户的电脑上。 |
| DoS攻击 | DoS攻撃 (Denial of Service) |
攻击者从单一来源，通过发送海量访问请求，耗尽服务器资源，导致服务瘫痪。 |
| DDoS攻击 | DDoS攻撃 (Distributed DoS) |
攻击者利用大量被控制的“僵尸计算机”从多个源头发起攻击，其效果和原理与DoS攻击类似，但更难防御。 |
Note
DDoS攻击 (DDoS攻撃) 是 DoS攻击 的分布式版本，利用僵尸网络 (ボットネット) 从多个源头同时发起攻击，破坏力更强。
面对如此多样的攻击手段，我们需要有效的技术来保护数据和通信的机密性、完整性和真实性。本章将介绍实现这些目标的核心技术：加密与数字签名。
在网络上进行数据通信时，主要面临以下三大风险：
| 风险 | 日文 | 说明 |
|---|---|---|
| 窃听 | 盗聴 (とうちょう) | 第三方非法读取通信内容。 |
| 篡改 | 改ざん (かいざん) | 第三方恶意修改通信内容。 |
| 伪装 | なりすまし | 第三方冒充合法身份进行通信。 |
为了应对窃听 (とうちょう) 的风险，我们使用加密技术。它主要分为两种方式：
| 特性 | 共通密钥加密 (共通鍵暗号方式) | 公钥加密 (公開鍵暗号方式) |
|---|---|---|
| 加密/解密密钥 | 使用同一个密钥进行加密和解密。 | 使用一对不同的密钥：公钥用于加密，私钥用于解密。 |
| 密钥管理 | 管理复杂。若与多人通信，需为每人准备不同密钥。 | 管理简单。只需保管好自己的私钥，公钥可公开。 |
| 处理速度 | 快 ⚡ | 慢 🐌 |
| 代表算法 | AES | RSA, 椭圆曲线加密 (楕円曲線暗号) |
| 核心用途 | 保护数据内容不被窃听。 | 解决共通密钥加密中密钥安全分发的难题，并为数字签名提供技术基础。 |
Tip
实际应用中常采用混合加密方式：使用公钥加密传输共通密钥，然后使用共通密钥加密实际数据，结合了两者的优点。
公钥加密的工作流程是理解现代安全通信的关键。其过程如下：
- 接收方首先生成一对密钥：一个公钥 (公開鍵) 和一个私钥 (秘密鍵)。
- 接收方将公钥公开，任何人都可以获取；而私钥则由自己严格保密。
- 发送方在发送数据前，使用接收方的公钥对数据进行加密。
- 接收方收到加密数据后，使用自己的私钥进行解密。由于只有接收方拥有私钥，因此即使数据被截获，他人也无法解密。
Important
公钥加密的核心原理：公钥加密，私钥解密。公钥可以公开，私钥必须严格保密。
为了应对篡改 (かいざん) 的风险，我们使用哈希函数。哈希函数是一种将任意长度的数据转换为固定长度的、独一无二的短字符串（哈希值）的算法。
- 输出唯一性：任何输入数据只会产生一个唯一的哈希值。
- 结果一致性：相同的输入数据，无论何时计算，总会得到相同的哈希值。
- 不可逆性：无法从哈希值反向推导出原始数据。
- 发送方在发送数据时，同时计算该数据的哈希值，并将数据原文和哈希值一同发送。
- 接收方收到后，使用相同的哈希函数对数据原文重新计算一次哈希值。
- 接收方将自己计算出的哈希值与发送方发来的哈希值进行对比。如果两者完全一致，则证明数据在传输过程中未被篡改。
Note
常见的哈希算法包括 MD5、SHA-1、SHA-256 等。其中 SHA-256 安全性更高，被广泛应用于现代加密系统。
为了同时应对篡改 (かいざん) 和伪装 (なりすまし) 的风险，我们使用数字签名。数字签名是一项结合了哈希函数和公钥加密（反向使用）的技术。
发送方（签名过程）
- 对原始数据进行哈希计算，得到 哈希值A。
- 使用发送方的私钥对 哈希值A 进行加密，生成数字签名。
- 将原始数据和数字签名一同发送给接收方。
接收方（验证过程）
- 使用发送方的公钥对数字签名进行解密，得到 哈希值A。至关重要的是，能够用发送方的公钥成功解密，这便证明了该签名必然是由发送方的私钥加密的。因此，这一步验证了发送方的真实身份，从而防止了伪装。
- 对接收到的原始数据再次进行相同的哈希计算，得到一个新的 哈希值B。
- 比较 哈希值A 和 哈希值B。如果两者完全一致，则证明原始数据在传输过程中未经任何修改，从而防止了篡改。
Important
数字签名的核心原理：私钥签名，公钥验证。这与加密正好相反（加密是公钥加密，私钥解密）。数字签名同时保证了真实性和完整性。
我们如何能确定一个公钥真的属于它所声称的那个人呢？这就需要公钥基础设施（PKI）来解决信任问题。
| 术语 | 日文 | 说明 |
|---|---|---|
| 认证机构 | 認証局 (にんしょうきょく) / CA |
一个可信的第三方机构，其职责是验证个人或组织的身份，并为其签发数字证书。 |
| 数字证书 | デジタル証明書 |
由CA颁发的一份电子文件，功能类似于身份证。它将一个公钥与一个特定的实体（个人、服务器等）绑定在一起，从而证明该公钥的归属。 |
| 公钥基础设施 | 公開鍵基盤 (こうかいかぎきばん) / PKI |
就是由认证机构、数字证书以及相关策略和程序构成的一整套体系，用于实现和管理安全的公钥加密通信。 |
Note
数字证书 (デジタル証明書) 相当于互联网上的“身份证”，由可信的认证机构 (CA) 颁发，证明公钥的真实归属。
加密和签名技术保护了数据本身，而网络安全还需要在系统和网络层面建立起坚固的防线。接下来我们将学习构成这些防线的关键设施。
| 技术 | 日文术语 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 防火墙 | ファイアウォール |
位于企业内部网络和外部互联网之间的安全屏障，用于监控和控制进出网络的通信流量，防止未经授权的访问。 |
| 包过滤 | パケットフィルタリング |
这是防火墙的一种基本实现方式。它根据数据包头部信息（如源/目标IP地址、端口号）来决定是允许还是阻止该数据包通过。 |
| DMZ | 非武装地帯 (ひぶそうちたい) / DMZ |
全称“非军事区”，是一个介于内部网络和外部网络之间的隔离区域。通常用于放置需要对外提供服务的服务器（如Web服务器），这样既能让外部用户访问，又能保护内部网络的核心数据安全，实现了便利性与安全性的平衡。 |
Tip
DMZ (非武装地帯) 的设计理念：将对外服务器放在中间隔离区，即使被攻破也不会直接威胁到内部网络的核心数据。
| 类型 | 日文术语 | 核心功能与方向 |
|---|---|---|
| 正向代理服务器 | プロキシサーバー |
代理内部客户端访问外部网络 (内部 → 外部)。 主要目的：隐藏内部客户端的真实IP地址，对访问内容进行缓存和过滤。 |
| 反向代理服务器 | リバースプロキシサーバー |
代理外部客户端访问内部服务器 (外部 → 内部)。 主要目的：隐藏内部服务器的真实IP地址，实现负载均衡和安全防护。 |
Note
记忆技巧：正向代理保护客户端，反向代理保护服务器。
Web应用防火墙 (ワフ / WAF) 是一种专门用于保护Web应用程序的安全设备。
| 对比项 | 防火墙 (ファイアウォール) | WAF (ワフ) |
|---|---|---|
| 保护层次 | 网络层、传输层 (OSI 3-4层) | 应用层 (OSI 7层) |
| 主要防御 | 基于IP、端口的访问控制 | SQL注入、XSS等Web应用攻击 |
| 检查内容 | 数据包头部信息 | HTTP/HTTPS请求和响应的具体内容 |
Important
WAF 专注于保护Web应用程序（应用层），抵御SQL注入、跨站脚本等攻击，而防火墙主要保护网络层面（网络层、传输层）。
| 技术 | 日文术语 | 说明 |
|---|---|---|
| 生物识别认证 | バイオメトリクス認証 |
利用人独特的生理特征（如指纹、人脸、声音）进行身份验证。 |
| 一次性密码 | ワンタイムパスワード (OTP) |
每次登录时使用一个仅能使用一次的、动态生成的密码。 |
| CAPTCHA / reCAPTCHA | キャプチャ |
用于区分用户是真人还是计算机程序的验证机制，例如识别扭曲的文字或选择特定图像。 |
Tip
一次性密码 (ワンタイムパスワード) 即使被窃取也无法重复使用，大大提高了安全性。常见的实现方式包括短信验证码和认证器应用。
| 技术/方法 | 日文术语 | 说明 |
|---|---|---|
| VPN | VPN (仮想プライベートネットワーク) |
虚拟专用网络，通过在公共网络上建立一个加密的、虚拟的专用通道来确保远程访问的安全性。 |
| SSL/TLS | SSL/TLS |
安全套接层/传输层安全协议，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议，广泛用于加密网页浏览、电子邮件等。 |
| 渗透测试 | ペネトレーションテスト |
模拟黑客的攻击方法，对系统进行实际攻击，以发现和评估安全漏洞。 |
| 模糊测试 | ファジング (Fuzzing) |
一种软件测试技术，通过向软件提供大量非预期的、随机的数据来检测其脆弱性。 |
| 特性 | 渗透测试 (ペネトレーションテスト) | 模糊测试 (ファジング) |
|---|---|---|
| 测试对象 | 整个系统（包括服务器、网络、应用等） | 软件本身 |
| 测试方法 | 模拟真实攻击者的行为，主动寻找并利用漏洞 | 向软件输入大量随机或异常数据，观察是否崩溃或出现异常行为 |
| 目的 | 评估整体安全防护能力 | 发现软件的输入处理漏洞 |
以上介绍的安全设施和技术，最终都是通过一系列标准化的通信规则（即协议）来实现的。最后，我们来总结一下信息安全领域中最重要的几种协议。
| 不安全协议 | 安全对应协议 | 安全增强机制 |
|---|---|---|
| HTTP | HTTPS | 通过 SSL/TLS 协议对HTTP通信内容进行加密，确保数据传输的机密性和完整性。 |
| telnet | SSH | 对远程登录和操作的通信过程进行加密，防止密码和命令被窃听。 |
| IP | IPsec | 在网络层（IP层）提供端到端的加密和身份验证，保护所有上层协议的数据。 |
Caution
在实际应用中，应尽量避免使用不安全的协议（如HTTP、telnet），而使用其安全对应版本（HTTPS、SSH）。
Note
HTTPS 中的 “S” 代表 “Secure”，表示在HTTP基础上增加了SSL/TLS加密层。浏览器地址栏的锁图标表示正在使用HTTPS连接。
| 中文词汇 | 假名标注 | 英文参考 |
|---|---|---|
| 脆弱性 | 脆弱性（ぜいじゃくせい） | Vulnerability |
| 威胁 | 脅威（きょうい） | Threat |
| 社交工程 | ソーシャルエンジニアリング | Social Engineering |
| 机密性 | 機密性（きみつせい） | Confidentiality |
| 完整性 | 完全性（かんぜんせい） | Integrity |
| 可用性 | 可用性（かようせい） | Availability |
| 恶意软件 | マルウェア | Malware |
| 加密 | 暗号化（あんごうか） | Encryption |
| 数字签名 | デジタル署名（しょめい） | Digital Signature |
| 公钥基础设施 | PKI（ピーケーアイ） | Public Key Infrastructure |
| 防火墙 | ファイアウォール | Firewall |
| 网络钓鱼 | フィッシング | Phishing |
| 渗透测试 | ペネトレーションテスト | Penetration Test |
"安全不是产品，而是一个持续的过程。"
Security is not a product, but a process.