113 年 國立成功大學智慧資訊安全碩士學位學程《資訊安全概論》

本題主要在探討「關鍵基礎設施」的概念及其在台灣法律體系下的分類。

核心觀念：
關鍵基礎設施（Critical Infrastructure, CI）是指對國家安全、經濟發展、公共利益及國民生命財產安全至關重要的系統、資產、設施，其功能中斷或破壞將對國家或區域造成嚴重衝擊。

詳解：

1. 關鍵基礎設施的定義 (5%)
   關鍵基礎設施是指國家賴以生存、運行，且其功能中斷或破壞將對國家安全、經濟發展、公共利益及國民生命財產安全造成嚴重影響的系統、資產、設施及其相關人員。這些設施通常具備高度互聯性、複雜性，且一旦遭受攻擊或故障，可能引發連鎖效應，導致廣泛的社會混亂和經濟損失。

2. 台灣相關法律與五大分類 (5%)
   在台灣，關鍵基礎設施的保護與管理主要依循《關鍵基礎設施防護法》。該法將關鍵基礎設施劃分為以下五大類：

本題考查網路安全中常見的防禦技術——Web Application Firewall (WAF)。

核心觀念：
WAF 是一種部署在 Web 應用程式前端的防火牆，專門用於監控、過濾和阻擋針對 Web 應用程式的惡意 HTTP/HTTPS 流量。

詳解：

1. WAF 的定義 (5%)
   WAF (Web Application Firewall) 是一種網路安全設備或軟體，它專門監控、過濾和阻止 HTTP 和 HTTPS 流量。與傳統防火牆主要檢查網路層（如 IP 位址、連接埠）的流量不同，WAF 能夠理解 Web 應用程式的協議，深入檢查 HTTP/HTTPS 請求和回應的內容，以識別和防禦 Web 應用程式特有的攻擊，例如 SQL 注入、跨網站指令碼 (XSS)、跨站請求偽造 (CSRF) 等。WAF 可以部署在網路邊緣（硬體設備或雲端服務），也可以安裝在 Web 伺服器上（軟體）。

2. WAF 的使用範例 (5%)
   WAF 的應用範圍廣泛，以下提供幾個常見的使用範例：

   • 防止 SQL 注入攻擊： 當使用者試圖在登入表單或搜尋欄位中輸入惡意的 SQL 語句（例如 ' OR '1'='1）時，WAF 可以偵測到這種模式

本題旨在考察兩項重要的資訊安全與隱私管理標準：ISO 27001 和 ISO 27701。

核心觀念：
ISO 27001 是資訊安全管理系統 (ISMS) 的標準，而 ISO 27701 是在 ISO 27001 基礎上擴展的個人資訊管理系統 (PIMS) 標準。

詳解：

1. ISO 27001 的主要目的 (3%)
   ISO 27001 是國際標準，用於建立、實施、維護和持續改進一個組織的資訊安全管理系統 (Information Security Management System, ISMS)。其主要目的包括：

   • 保護資訊資產的機密性、完整性與可用性 (Confidentiality, Integrity, Availability, CIA Triad)： 確保資訊不被未經授權的存取、不被非法修改，並能在需要時被合法使用者存取。
   • 建立風險管理架構： 幫助組織識別、評估和處理資訊安全風險。
   • 提供持續改進的框架： 透過 PDCA (Plan-Do-Check-Act) 循環，確保 ISMS 的有效性不斷提升。
   • 滿足法律法規要求： 協助組織符合相關的法律、法規和合約義務。
   • 提升組織聲譽與客戶信任： 透過獲得 ISO 27001 認證，展現組織對資訊安全的承諾。

2. ISO 27701 的主要目的 (3%)
   ISO 27701 是一個隱私資訊管理系統 (Privacy Information Management System, PIMS) 的國際標準，它是在 ISO 27001 的基礎上擴展而來。其主要目的包括：

   • 管理個人資訊與隱私風險： 幫助組織建立、實施、維護和持續改進一個 PIMS，以識別、評估和處理與個人資訊處理相關的隱私風險。

本題主要考察網路安全中的兩種關鍵技術：入侵偵測系統 (IDS) 和入侵防禦系統 (IPS)，以及它們的子分類：網路式 (NIDS) 和主機式 (HIDS)。

核心觀念：
IDS 負責偵測潛在的惡意活動或違反安全策略的行為，而 IPS 則在偵測到的同時，能主動採取行動來阻止這些活動。NIDS 監控網路流量，HIDS 監控單一主機的活動。

詳解：

1. IDS 與 IPS 的區別 (5%)

   • 入侵偵測系統 (Intrusion Detection System, IDS)：

     • 功能： IDS 的主要功能是監控網路流量或系統活動，識別可疑的模式或行為，並在偵測到潛在的威脅時發出警報。
     • 模式： 它是被動式的。當偵測到攻擊時，它會通知管理員，但不會主動介入或阻止攻擊。
     • 目的： 主要用於安全監控、事件分析和鑑識。
     • 類比： 就像一個安全監視器，它會在你家門口發現有可疑人物，然後打電話報警，但它自己不會去阻止那個人。

   • 入侵防禦系統 (Intrusion Prevention System, IPS)：

     • 功能： IPS 不僅能偵測惡意活動，還能主動採取行動來阻止或緩解這些威脅，例如封鎖 IP 位址、終止惡意連線、刪除惡意封包等。
     • 模式： 它是主動式的。它通常放置在攻擊者和目標之間，可以即時干預。
     • 目的： 主要用於即時防禦和阻止攻擊。
     • 類比： 就像一個帶有自動門鎖和警報系統的保全，它不僅能發現可疑人物，還能立刻鎖門、發出警報，甚至啟動其他防禦機制。

   主要區別總結：

   特性	IDS (入侵偵測系統)	IPS (入侵防禦系統)
   動作	偵測並發出警報 (被動)	偵測、發出警報並主動阻止 (主動)
   目的	監控、分析、鑑識	即時防禦、阻止
   部署	通常與流量分離，不影響網路效能	部署在流量路徑中，可能影響網路效能（延遲）
   誤判	誤報 (False Positive) 影響不大，僅需分析告警；

本題考查資訊安全的核心概念「CIA 三元組」，並探討其在資訊科技 (IT) 和作業技術 (OT) 環境下的差異考量。

核心觀念：
CIA 三元組是資訊安全的三大基本原則：機密性 (Confidentiality)、完整性 (Integrity) 和可用性 (Availability)。

詳解：

1. CIA 三元組的解釋 (6%)
   CIA 三元組是資訊安全領域最基本、最重要的指導原則，用於評估和確保資訊資產的安全性：

   • 機密性 (Confidentiality)：

     • 定義： 確保資訊僅被授權的個人、實體或程序所存取。防止敏感資訊洩漏給未經授權的接收者。
     • 實現方式： 透過加密、存取控制清單 (ACLs)、身份驗證 (authentication)、授權 (authorization) 等機制。
     • 範例： 銀行帳戶密碼、病患的醫療記錄、公司商業機密文件。

   • 完整性 (Integrity)：

     • 定義： 確保資訊在儲存、傳輸和處理過程中，保持其準確性、完整性和一致性，未被未經授權的修改、破壞或刪除。
     • 實現方式： 透過雜湊函數 (hashing)、數位簽章 (digital signatures)、版本控制、資料備份、存取控制等。
     • 範例： 確保銀行交易記錄的金額沒有被篡改、醫療報告中的數據準確無誤、軟體程式碼未被植入惡意後門。

   • 可用性 (Availability)：

     • 定義： 確保授權使用者在需要時，能夠隨時存取資訊和使用相關服務。防止服務中斷或資源被拒絕存取。
     • 實現方式： 透過系統冗餘 (redundancy)、負載平衡 (load balancing)、災難復原計畫 (disaster recovery plans)、定期維護、DDoS 防護等。
     • 範例： 網站能夠正常訪問、ATM 系統能夠正常提款、通訊系統能夠正常傳遞訊息。

2. IT 與 OT 環境下的 CIA 考量差異 (4%)
   雖然 CIA 三元組是通用的，但在 IT 和 OT 環境中，這三個原則的優先順序和關注點有所不同：

   • IT (Information Technology) 環境：
     • 主要關注點： 在 IT 環境中，機密性 (Confidentiality) 和 **完整

本題考查網路日誌標準 RFC 5424 中關於日誌記錄的特定欄位，特別是 Facilities 和 Severity，以及如何根據這些欄位計算 PRI 值。

核心觀念：
RFC 5424 定義了 syslog 訊息的結構，其中包括 PRI (Priority) 值，PRI 值由 Facility 和 Severity 兩個部分組合而成。

詳解：

RFC 5424 標準定義了 syslog 訊息的 PRI 值計算方式：
$\text{PRI} = (\text{Facility} \times 8) + \text{Severity}$

其中 Facility 和 Severity 都是數值。

1. Facility 的值 (3%)
   Facility 代表日誌的來源或類型。在 RFC 5424 中，為 Facility 定義了一些預設的數值。對於「Mail system」這個情境，RFC 5424 中定義了郵件系統的 Facility 碼為 2 (MAIL SYSTEM)。

   • Facility 值的數值： 2

2. Severity 的值 (3%)
   Severity 代表日誌訊息的嚴重程度。RFC 5424 定義了 0 到 7 的 Severity 等級，其中 1 代表 Warning。

核心觀念

本題考查 Base64 編碼。Base64 是將二進位資料轉換成可列印文字的編碼方式，並非加密。

其規則如下：

• 每 $3$ 個位元組（$24$ bits）分成 $4$ 組，每組 $6$ bits。
• 每組 $6$ bits 對應一個 Base64 字元。
• 使用的字元表為：

$$\text{A--Z},\ \text{a--z},\ \text{0--9},\ +,\ /$$

若原始資料長度不是 $3$ 的倍數，則使用 = 補位。

解題方法

題目中的明文為：

I want to be an outstanding graduate student

以 ASCII 編碼表示後，依每 $3$ 個字元分組：

ASCII 字元分組	Base64 結果
I w	SSB3
ant	YW50
to	IHRv
be	IGJl
an	IGFu
ou	IG91
tst	dHN0
and	YW5k
ing	aW5n
gr	IGdy

本題考查檔案儲存系統的設計，特別是當檔案命名不依賴檔名，並需考量雜湊碰撞 (collision) 的影響。這是一個結合檔案系統、雜湊演算法和儲存策略的設計題。

核心觀念：
在不依賴檔名來識別檔案的情況下，通常會使用雜湊值 (hash value) 作為檔案的唯一識別碼。然而，雜湊碰撞是不可避免的，因此需要設計機制來處理和減輕碰撞帶來的影響。

設計思路與方法：

1. 選擇雜湊演算法 (Hash Algorithm Selection)：

   • 要求： 需要一個能夠產生足夠長且安全性足夠的雜湊值，以降低碰撞機率的演算法。
   • 建議：
     • SHA-256 或 SHA-512： 這些是較為安全且廣泛使用的雜湊演算法，提供 256 位元或 512 位元的輸出，大大降低了隨機碰撞的機率。
     • 避免： MD5 或 SHA-1，它們已被證實存在嚴重的碰撞漏洞。
   • 考量： 演算法的計算效能與安全性之間的權衡。對於大量的檔案，快速生成雜湊值也很重要。

2. 檔案儲存結構設計 (Storage Structure Design)：

   • 核心： 使用雜湊值的一部分或全部作為檔案的儲存路徑和/或檔名。

   • 方法一：基於目錄結構的雜湊分佈 (Directory Hashing/Tree Structure)：

     • 原理： 將雜湊值（例如 SHA-256 的 256 位元）切割成多個部分，用來建立多層次的目錄結構。
     • 範例：
       • 使用雜湊值的前 N 個字元（例如 2 個十六進制字元，即 8 位元）作為第一層目錄。
       • 使用接下來的 N 個字元作為第二層目錄。
       • 最後，將完整的雜湊值（或其一部分）作為檔案的實際名稱，並將檔案儲存在最底層的目錄中。
     • 優點：
       • 分散檔案： 將檔案分散到多個目錄中，避免單一目錄下檔案過多導致的效能下降（例如 ls 命令的效能）。
       • 減少碰撞影響： 即使發生碰撞（兩個檔案產生相同的雜湊值），它們也會被儲存在同一個最終目錄中。如果目錄結構深度足夠，可以進一步隔離。
       • 易於搜尋： 知道檔案的雜湊值，可以快速計算出其儲存路徑。
     • 範例結構：
       /storage/data/<hash_prefix_1>/<hash_prefix_2>/<full_hash_value>.dat
       例如： /storage/data/a3/b1/a3b1c2d4...e5f6.dat

   • 方法二：扁平化儲存加元數據管理 (Flat Storage with Metadata Management)：

     • 原理： 將所有檔案儲存在一個或幾個扁平的目錄中，但使用一個獨立的元數據資料庫 (Metadata Database) 來映射雜湊值到實際檔案位置。
     • 元數據庫： 可以使用關聯式資料庫 (如 PostgreSQL, MySQL) 或 NoSQL 資料庫 (如 MongoDB, Cassandra)。
     • 資料庫結構： 至少包含：
       • hash_value (Primary Key): 完整的雜湊值。
       • storage_location: 檔案實際儲存的路徑（可能包含檔名，如果檔案名是雜湊值的話）。
       • original_filename (Optional): 如果需要記錄原始檔名。
       • timestamp: 建立或修改時間。
       • file_size: 檔案大小。
       • other_metadata: 其他相關資訊。
     • 優點：
       • 靈活性高： 儲存路徑可以獨立於雜湊值進行管理。
       • 易於擴展： 資料庫可以處理大量的索引和查詢。
       • 明確的碰撞處理： 插入新檔案時，如果雜湊值已存在，資料庫層級可以檢測到並觸發碰撞處理邏輯。
     • 缺點：
       • 增加了額外的資料庫依賴和管理負擔。
       • 資料庫查詢可能成為瓶頸。

3. 碰撞處理機制 (Collision Handling Mechanism)：
   即使使用強雜湊演算法和良好的目錄結構，理論上仍可能發生碰撞。設計必須考慮如何處理。

   • 重複雜湊值檢測：
     • 在儲存新檔案前，計算其雜湊值。
     • 檢查該雜湊值是否已存在於儲存系統的索引或資料庫中。