109 年 國立清華大學資訊安全研究所《資訊安全概論》

這題主要在考驗對 Proxy (代理伺服器) 和 Firewall (防火牆) 的基本差異理解。

核心觀念：

• 防火牆 (Firewall)：主要工作在網路層 (Network Layer) 或傳輸層 (Transport Layer)，根據預設規則 (如 IP 位址、Port) 來決定封包是否允許通過。它主要目的是阻擋未經授權的流量進入或離開內部網路。
• 代理伺服器 (Proxy)：主要工作在應用層 (Application Layer)，代表內部用戶向外部伺服器發起請求。它能理解應用層的協定 (如 HTTP, FTP)，並能執行更細緻的控制，例如快取、內容過濾、使用者認證等。

這題在探討 Web Application Firewall (WAF) 進行 SSL/TLS 流量檢查的重要性。

核心觀念：

• SSL/TLS 加密：用於保護網路通訊的機密性與完整性，使得傳輸的資料在中間人看來是亂碼。
• Web Application Firewall (WAF)：專門保護網頁應用程式的防火牆，它能理解 HTTP/HTTPS 協定的內容，並針對應用層的攻擊進行防護 (如 SQL Injection, XSS)。
• SSL Inspection (SSL 檢查)：WAF 能夠解密 HTTPS 流量，檢查其內容，然後再重新加密並傳送給目標伺服器。

這題考的是延遲篩選 (Delay-based Filtering) 如何對抗垃圾郵件 (Spam)。

核心觀念：

• 延遲篩選 (Delay-based Filtering)：這是一種反垃圾郵件技術，它在接收到 SMTP 連線時，故意延遲回應，例如延遲回應 HELO/EHLO 命令或 Mail From 命令。
• 垃圾郵件發送者 (Spam Generators)：通常是自動化程式，它們的目標是盡可能快速地發送大量垃圾郵件。它們通常不會花費額外時間去等待一個緩慢回應的伺服器。

這題考驗對 IEEE 802.1X 標準及其相關協定的了解，特別是 EAP 的全稱。

核心觀念：

• IEEE 802.1X：這是一個標準，用於提供基於埠的網路存取控制 (Port-Based Network Access Control, PNAC)。它通過一個認證伺服器 (Authentication Server, 通常是 RADIUS 伺服器) 來認證連線到網路的用戶端設備。

這題考驗對存取控制列表 (Access Control List, ACL) 中「隱含拒絕」(Implicit Deny) 機制的理解。

核心觀念：

• 存取控制列表 (ACL)：一種網路安全機制，用於定義允許或拒絕特定流量通過路由器或防火牆的規則。ACL 通常包含一系列的規則 (entries)，每個規則都有一個動作 (允許或拒絕) 和一個條件 (例如來源 IP、目的 IP、Port)。
• 隱含拒絕 (Implicit Deny)：大多數 ACL 的最後一條規則，預設是「拒絕所有未被前面規則明確允許的流量」。這意味著，如果一個封包不符合 ACL 中任何一條明確的「允許」規則，它就會被最後的「隱含拒絕」規則所阻擋。

核心觀念

VPN 的安全性主要涵蓋「VPN 通道建立後」的資料機密性、完整性與身分驗證。使用者連線到開放式無線網路時，必須先加入 Wi-Fi，之後才能啟動 VPN。因此，加入 Wi-Fi 到 VPN 通道建立完成之間，存在一段未受 VPN 保護的暴露時間。

VPN 並不等於從連線無線網路的瞬間就全面保護主機；它通常只保護經由 VPN 通道傳送的流量。

解題方法

逐項判斷各敘述是否符合 VPN 與開放式無線網路的實際威脅模型：

1. VPN 封包能否被竊聽？
2. VPN 封包能否直接被解密？
3. 憑證偽造是否能在正常驗證機制下直接取得企業伺服器存取權？
4. 判斷是否能成立「以上皆是」。

選項分析

(a) Hackers can sniff all the VPN packets and decrypt them.

錯誤。

攻擊者確實可能在開放式無線網路上竊聽封包，但 VPN 的核心功能就是對通道內資料進行加密與完整性保護。即使攻擊者取得全部 VPN 封包，在加密演算法、金鑰管理與憑證驗證正常的前提下，也不能直接解密內容。

因此，正確說法應是「攻擊者可以竊聽 VPN 封包，但通常無法直接解密」，題目的敘述把「可竊聽」錯誤延伸成「可解密」。

(b) The user must connect to the open wireless before starting VPN, allowing an attacker a potential window of time to compromise the machine.

正確。

使用者必須先連上開放式無線網路，VPN 才能建立。此時主機尚未受到 VPN 通道的保護，攻擊者可能利用這段時間進行：

這題考驗對常見檔案雜湊演算法 (File-Hashing Algorithms) 的認識。

核心觀念：

• 雜湊演算法 (Hashing Algorithm)：將任意大小的輸入資料轉換為固定大小的輸出（雜湊值或摘要）。常用於驗證資料的完整性，因為即使輸入資料有微小變動，輸出的雜湊值也會有很大不同。
• 常見的雜湊演算法：如 MD5 (已不安全，但曾廣泛使用), SHA-1 (已不安全，但仍有部分應用), SHA-2 系列 (SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512), SHA-3 系列。

這題考驗對不同技術在偵測信用卡詐欺交易中的適用性。

核心觀念：

• 信用卡詐欺偵測：涉及分析大量的交易數據，找出異常模式。
• 大數據分析 (Big Data Analysis)：處理和分析海量、多樣化、高速產生的數據，以發現隱藏的模式、關聯性和趨勢。
• 網路鑑識 (Network Forensics)：分析網路流量和日誌，以調查網路安全事件。
• 腳本挖掘 (Script Mining)：通常指從程式碼中提取資訊或分析腳本行為，與直接偵測交易詐欺關聯較小。

這題考驗對「零日漏洞利用」(Zero-day Exploit) 的定義。

核心觀念：

• 漏洞 (Vulnerability)：軟體或硬體中存在的安全缺陷，可能被攻擊者利用。
• 零日漏洞 (Zero-day Vulnerability)：指軟體或硬體中存在的安全漏洞，但該漏洞尚未被軟體開發商或安全社群所知曉。
• 零日漏洞利用 (Zero-day Exploit)：指利用這些尚未被發現或修補的零日漏洞的攻擊程式或技術。

這題考驗對「網路釣魚」(Phishing) 的定義。

核心觀念：

• 網路釣魚 (Phishing)：一種透過偽裝成合法、可信賴的實體（例如銀行、公司、政府機構）來誘騙使用者，使其自願提供敏感資訊（如帳號、密碼、信用卡號、個人身份資訊）的詐騙行為。它通常利用電子郵件、即時訊息、社群媒體或惡意網站來進行。
• 社交工程 (Social Engineering)：利用心理學原理，操縱人們，讓他們做出某些行為或洩漏機密資訊。網路釣魚是社交工程的一種常見應用。

這題考驗對「社交工程」(Social Engineering) 的定義。

核心觀念：

• 社交工程 (Social Engineering)：一種利用人類心理弱點，通過欺騙、誘惑、恐嚇等手段，使人們自願洩漏敏感資訊或執行特定行為的攻擊方式。它不依賴技術漏洞，而是針對人的信任、好奇心、恐懼等心理進行攻擊。

這題考驗對「隱寫術」(Steganography) 相較於「加密」(Encryption) 的主要優勢。

核心觀念：

• 加密 (Encryption)：將明文轉換為密文，使其內容不可讀，保護機密性。加密的目的是讓第三方即使看到訊息，也無法理解其內容。
• 隱寫術 (Steganography)：將秘密訊息隱藏在看似無害的載體（如圖片、音訊、影片檔案）中，使其不被察覺。隱寫術的目的是隱藏「訊息的存在」，而不是隱藏訊息的內容。

核心觀念

Message digest（訊息摘要）是由雜湊函數將任意長度的訊息映射成固定長度的摘要值：

$$h = H(m)$$

其中 $m$ 為原始訊息，$H$ 為雜湊函數，$h$ 為 message digest。

當訊息內容改變時，即使只改變一個位元，重新計算所得的摘要值通常也會大幅不同。因此，接收者可以重新計算：

$$h' = H(m')$$

再比較 $h'$ 與原先提供的摘要值：

• 若 $h'=h$，表示訊息內容與摘要相符。
• 若 $h'\ne h$，表示訊息曾被修改，或收到的摘要值不正確。

這就是雜湊摘要提供訊息完整性（integrity）的基本方式。

解題方法

本題詢問 message digest 如何提供 integrity，判斷重點是：

雜湊摘要能否讓接收者驗證訊息內容是否遭到修改？

Message digest 本身不是加密內容，也不是簽章。它是一個可重新計算、可獨立比對的固定長度數值，用來偵測訊息內容變化。

因此，最符合定義的敘述是：

Providing a value that can be independently verified to show if the message changed.

選項分析

(a) Providing encryption that cannot be unlocked

錯誤。Message digest 是雜湊結果，不是加密（encryption）。

加密的目的主要是提供機密性，通常需要使用金鑰將明文轉換為密文，並由具備適當金鑰的一方解密。雜湊函數則通常是單向計算，重點在於產生摘要並偵測內容是否改變，而不是提供「無法解鎖的加密」。

(b) Providing a value that can be independently verified to show if the message changed

正確。接收者可以對收到的訊息重新計算雜湊值，再與原摘要比較：

$$H(m_{\text{received}}) \stackrel{?}{=} h_{\text{original}}$$

若兩者不同，即可判定訊息內容發生變化。這正是 message digest 用來提供完整性驗證的方式。

這題考驗對「容錯」(Fault Tolerance) 在電腦系統中的理解。

核心觀念：

• 容錯 (Fault Tolerance)：指系統在部分組件發生故障時，仍能持續運作的能力。目標是最小化或消除單點故障 (Single Point of Failure, SPOF)。

選項分析：
(a) 雙電源供應器 (Dual Power Supplies)：如果一個電源供應器故障，另一個可以立即接管，確保系統繼續運行。這是常見的容錯措施。

這題考驗對常見網路攻擊類型的理解，特別是攻擊者能「插入」到加密通訊中的情況。

核心觀念：

• 中間人攻擊 (Man-in-the-Middle, MitM)：攻擊者秘密地在兩個正在通訊的實體之間建立獨立的聯繫，並在它們之間傳遞訊息，同時讓它們認為它們正在直接與對方溝通。攻擊者可以攔截、閱讀、修改甚至插入訊息。

選項分析：
(a) Smurf Attack：是一種分散式阻斷服務 (DDoS) 攻擊，透過偽造來源 IP 位址向廣播位址發送大量 ICMP echo request，導致大量回應湧向目標。這與插入加密通訊無關。

這題考驗對惡意軟體 (Malware) 不同類型的區分。

核心觀念：

• 惡意軟體 (Malware)：泛指所有惡意設計的軟體，旨在損害、破壞或未經授權地存取電腦系統。
• 病毒 (Virus)：一種惡意程式，需要宿主程式才能執行和傳播，通常會感染其他檔案。
• 木馬 (Trojan Horse)：一種惡意程式，偽裝成有用的或無害的軟體，但實際上執行惡意功能，例如刪除檔案、竊取資訊。它不會自我複製，而是需要使用者執行它。
• Rootkit：一種惡意軟體，旨在隱藏其自身及其他惡意軟體在系統中的存在，使其難以被偵測和移除。

核心觀念

本題比較近場通訊（Near Field Communication, NFC）與乙太網路（Ethernet）的協定特性，重點在於：

1. 網路或資料鏈結層是否自行提供完整安全機制。
2. 通訊是否必須經過交換器（switch）。
3. 媒體存取控制是否具備碰撞避免機制。

NFC 與 Ethernet 的共同點，是兩者本身都不是完整的端對端安全協定。若要提供加密、身分驗證與資料完整性，通常必須依靠更高層的協定，例如 SSL/TLS。

解題方法

逐一檢查選項敘述是否同時符合 NFC 與 Ethernet 的特性：

• 若某敘述是兩者共同具備的特性，該選項正確。
• 若只符合其中一者，或錯誤描述其中一者的運作方式，該選項錯誤。
• 選項（d）只有在（a）、（b）、（c）全部正確時才成立。

選項分析

（a）正確

NFC 與 Ethernet 本身主要負責通訊連線與資料傳輸，並不等於完整的端對端安全機制。單靠 NFC 或 Ethernet，通常無法保證：

• 傳輸內容機密性；
• 通訊雙方身分真實性；
• 資料未遭竄改。

這些安全需求需由更高層的協定處理，例如 SSL/TLS，也可使用應用層加密、IPsec 等機制。因此，「本身不強制提供完整安全性，而依賴較高層協定」是兩者的共同點。

（b）錯誤

Ethernet 不要求每個端點都必須透過交換器通訊。乙太網路可以採用多種拓撲與設備，例如：

• 兩台設備直接以網路線連接；
• 透過集線器（hub）連接；
• 透過交換器（switch）連接；
• 在某些環境中使用其他乙太網路設備。

這題考驗對「Session Hijacking」(會話劫持) 的理解，以及為何免費 Wi-Fi 是其目標。

核心觀念：

• Session Hijacking (會話劫持)：攻擊者竊取使用者在網站上的有效會話標識符 (Session ID)，並利用這個標識符冒充使用者登入，從而獲得對使用者帳戶的未授權存取。
• Session Cookie：通常是伺服器發送給瀏覽器的一個小檔案，用於儲存 Session ID，以便伺服器識別使用者。
• 免費 Wi-Fi (Unsecured Wi-Fi)：通常指沒有加密或使用弱加密的 Wi-Fi 網路。在這種網路上，所有傳輸的數據（包括未加密的 HTTP 流量）都容易被嗅探。

這題考驗對「惡意接入點」(Rogue Access Points) 的威脅的理解。

核心觀念：

• 惡意接入點 (Rogue Access Point)：未經授權、未經安全審核而連接到組織內部網路的無線接入點。攻擊者可能故意部署，也可能員工無意中部署。
• 威脅：這些未經授權的接入點可能繞過組織的防火牆和安全策略，為攻擊者提供未經授權的網路存取途徑。

這題考驗對 IEEE 標準的了解，特別是與「基於埠的網路存取控制」(Port-Based Network Access Control, PNAC) 相關的標準。

核心觀念：

• 基於埠的網路存取控制 (PNAC)：一種安全機制，用於控制使用者或設備連接到網路的埠。在認證成功之前，埠的存取權限受到限制。
• IEEE 802.1X：這個標準專門定義了實現 PNAC 的框架和協定。它使用 EAP (Extensible Authentication Protocol) 在用戶端、認證伺服器 (如 RADIUS) 和網路設備之間進行認證。
• IEEE 802.11：是無線區域網路 (WLAN) 的標準系列。

這題考驗對 Windows 伺服器日誌 (Logs) 的了解，以及如何診斷緩衝區溢位攻擊 (Buffer Overflow Attack) 的影響。

核心觀念：

• 緩衝區溢位攻擊 (Buffer Overflow Attack)：攻擊者利用程式在處理輸入資料時，沒有正確檢查輸入資料的大小，導致資料溢出分配的緩衝區，覆蓋了相鄰記憶體區域（可能包含程式指令或系統數據），從而執行惡意程式碼或導致程式崩潰。
• Windows 伺服器日誌：Windows Server 記錄了系統運行、應用程式行為、安全事件等重要資訊，用於診斷和監控。
  • Access Log (存取日誌)：通常記錄對檔案、目錄、網頁等資源的存取行為。
  • Application Log (應用程式日誌)：記錄應用程式產生的事件，包括錯誤、警告和成功訊息。
  • Security Log (安全性日誌)：記錄與安全相關的事件，如登入嘗試、權限變更、系統物件的存取嘗試等。

核心觀念

本題考查 SSL 與 TLS 的歷史關係及標準化特性。

• SSL（Secure Sockets Layer）：最初由 Netscape 開發的安全通訊協定，用於在應用層與 TCP 之間提供加密、身分驗證與訊息完整性。
• TLS（Transport Layer Security）：由 IETF 標準化的公開安全通訊協定，源自 SSL 3.0，並改善其安全性、規格一致性與可擴充性。

因此，TLS 可視為 SSL 的標準化、公開社群維護版本，但兩者並非完全相同的協定。

解題方法

判斷各選項是否正確時，掌握三個關鍵事實：

1. SSL 主要由 Netscape 開發，具有較強的專有技術背景。
2. TLS 是由 IETF 制定的公開標準。
3. TLS 並非 SSL 的單純改名，而是以 SSL 3.0 為基礎重新標準化並改良的協定。

符合上述關係的描述是「TLS 是 SSL 的公開社群版本」，因此選擇 (a)。

選項分析

(a) TLS is the open-community version of SSL.

正確。TLS 由 IETF 標準化，屬於公開標準，並以 SSL 3.0 為基礎發展而來。相較於由 Netscape 主導的 SSL，TLS 具有較明確的公開規格與跨實作標準。

(b) SSL can be modified by developers to expand the protocol's capabilities.

這題考驗對對稱式加密系統 (Symmetric Key System) 的缺點的理解。

核心觀念：

• 對稱式加密系統 (Symmetric Key System)：使用相同的金鑰進行加密和解密。優點是速度快，缺點是金鑰管理困難。
• 非對稱式加密系統 (Asymmetric Key System)：使用一對金鑰（公鑰和私鑰）。公鑰用於加密，私鑰用於解密。優點是金鑰管理相對容易（公鑰可公開），缺點是速度慢，計算量大。

選項分析：
(a) 錯誤。對稱式加密通常比非對稱式加密「計算量更小」(computationally less intensive)。
(b) 錯誤。

這題考驗對 PKI (Public Key Infrastructure) 環境中各角色的職責。

核心觀念：

• PKI (Public Key Infrastructure)：一個用於管理數位憑證和公鑰的系統，旨在提供認證、機密性和完整性。
• CA (Certificate Authority, 憑證授權中心)：一個受信任的第三方機構，負責發行、管理和吊銷數位憑證。CA 的主要職責是「簽署」(sign) 憑證，證明憑證中的公鑰確實屬於憑證中聲明的實體。

這題考驗對「數位簽章」(Digital Signature) 創建過程的理解。

核心觀念：

• 數位簽章 (Digital Signature)：一種利用非對稱加密技術來驗證訊息來源、完整性和不可否認性的機制。
• 創建過程：
  1. 發送者計算原始訊息的「訊息摘要」(Message Digest)。
  2. 發送者使用自己的「私鑰」(Private Key) 對這個訊息摘要進行加密，產生數位簽章。
  3. 將原始訊息和數位簽章一起發送給接收者。
• 驗證過程：

Double DES 是一種密碼學演算法，它透過將 DES (Data Encryption Standard) 演算法連續應用兩次來提高安全性。其基本思想是使用兩個不同的 56 位元 DES 金鑰來加密和解密資料。

具體來說，Double DES 的加密過程如下：

1. 明文 P 被第一個 56 位元的金鑰 $K_1$ 進行第一次 DES 加密，得到中間密文 $C_1$。
   $C_1 = DES_{K_1}(P)$
2. 中間密文 $C_1$ 再被第二個 56 位元的金鑰 $K_2$ 進行第二次 DES 加密，得到最終密文 C。
   $C = DES_{K_2}(C_1)$

最有效的破解 Double DES 的方法是「中間人攻擊」(Meet-in-the-Middle Attack)。

中間人攻擊 (Meet-in-the-Middle Attack)

Double DES 的加密過程是： $C = DES_{K_2}(DES_{K_1}(P))$
解密過程是： $P = DES^{-1}_{K_1}(DES^{-1}_{K_2}(C))$

中間人攻擊的思路是：

1. 攻擊者選擇一個已知的明文-密文對 $(P, C)$。
2. 攻擊者對該明文 $P$ 分別使用所有可能的金鑰 $K_1$ 進行 DES 加密，並將得到的結果 $DES_{K_1}(P)$ 儲存起來，通常是一個雜湊表 (hash table)。這個過程需要嘗試 $2^{56}$ 種可能的 $K_1$。
3. 攻擊者對該密文 $C$ 分別使用所有可能的金鑰 $K_2$ 進行 DES 解密，並將得到的結果 $DES^{-1}_{K_2}(C)$ 也儲存起來。這個過程也需要嘗試 $2^{56}$ 種可能的 $K_2$。
4. 攻擊者在儲存的兩個結果集之間尋找匹配項。如果在步驟 2 的結果中找到一個值，同時也在步驟 3 的結果中找到了相同的值，那麼就意味著找到了正確的金鑰對 $(K_1, K_2)$。

成本 (Efforts)

一次性密碼本 (One-Time Pad, OTP) 是一種理論上絕對安全的加密方法。

工作原理 (How it Works)

一次性密碼本的加密過程非常簡單：

1. 金鑰 (Key)：使用一個與明文長度相同、隨機產生的密鑰。這個密鑰必須是真正隨機的，並且「一次性」使用，即每次加密都使用一個全新的、從未重複使用的密鑰。
2. 加密 (Encryption)：將明文的每個字元（或位元）與對應位置的密鑰字元（或位元）進行某種運算。最常見的運算是模加 (modulo addition) 或模減 (modulo subtraction)。
   • 例如，如果我們將字母 A-Z 編碼為 0-25，數字 0-9 編碼為 0-9。
   • 明文 $P$ 的第 $i$ 個字元（或位元）為 $p_i$。
   • 密鑰 $K$ 的第 $i$ 個字元（或位元）為 $k_i$。
   • 密文 $C$ 的第 $i$ 個字元（或位元）為 $c_i$。
   • 則加密操作為： $c_i = (p_i + k_i) \pmod{N}$，其中 $N$ 是字母表或數字集的基數（例如 26 或 10）。
3. 解密 (Decryption)：接收者收到密文 C 後，使用相同的密鑰 K，進行相反的運算來恢復明文 P。
   • 解密操作為： $p_i = (c_i - k_i) \pmod{N}$。

為什麼是理論上絕對安全？

一次性密碼本之所以被認為是理論上絕對安全的，是因為密鑰是：

1. 真正隨機的 (Truly Random)：密鑰的每一個字元都獨立於其他字元，並且無法預測。