摘 要：从认识论的角度，探索网络安全的学术内涵。首先阐述信息安全学科的研究方向，在分析学科基础理论和方法论的基础上，提出通信网络的技术体系，进而给出网络安全的课程体系。
关键词：认识论 信息安全 理论基础 方法论 课程体系
中图分类号：TP393.03 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-153-03
1引言
2011年9月20日，国务院发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，明确将新一代信息技术产业列为“十二五”规划的新兴产业首位，未来发展空间值得期待。信息安全是国家安全战略的重要组成部分，设置面向市场需求的新兴技术和保障政府、军队、银行、电网、信息服务平台的网络安全技术必修课程，符合高新产业技术的市场需求和教育法规，以其为高新产业迅速发展和控制网络空间安全培养更多的高素质技能型人才。
信息安全学科是数学、物理、生物、通信、电子、计算机、法律、教育和管理等学科交叉融合而形成的一门新型学科。它与这些学科既有紧密的联系，又有本质的不同。信息安全学科已经形成了自己的内涵、理论、技术和应用，并服务于信息社会，从而构成一个独立的学科。本文从认识论的角度，探索信息安全学科的一个重要分支网络安全的课程体系内涵。
认识论，认识是实践基础上主体对客体的能动反映；人作为认识的主体，首先在于人是实践的主体；知识、技术作为认识的客体，首先在于它们是主体能动的实践活动的客体，应该从主体的感性的实践活动去理解，从主体的主观能动方面去理解；实践是认识的直接来源，认识只有在实践的基础上才能发展。人类认识事物的一般规律是从简单到复杂、从具体到抽象、从特殊到一般。
认识信息安全学科，必须遵循认识规律、专业规律。到目前为止，有关信息安全的学科体系和人才培养缤纷凌乱。在此，笔者以武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室研究体系为基础，探讨网络安全的课程体系，以其为课程建设抛砖引玉。
2信息安全的学科体系
信息安全学科是研究信息获取、信息存储、信息传输和信息处理领域中信息安全保障问题的一门新兴学科。
2.1信息安全的理论基础
信息安全学科所涉及的主要研究内容包括：新型密码体制研究、密码编码与密码分析、信息安全风险评估、信息安全管理、入侵检测、灾难备份和应急响应、操作系统安全、数据库安全、身份认证与访问控制、协议安全、可信网络连接、信息隐藏与检测、内容识别与过滤、信息对抗理论、信息对抗技术，以及信息安全工程等。
网络安全以控制论和系统论为其理论基础，通过入侵检测、数据加密等技术实现安全威胁的识别和数据的安全传输，防止非法篡改和泄露保密信息。网络安全的基本思想是在网络的各个范围和层次内采取防护措施，以便检测和发现各种网络攻击威胁，并采取相应的响应措施，确保网络环境的数据安全。网络安全研究网络攻击威胁、网络防御理论、网络安全理论和网络安全工程等。
2.2信息安全的方法论基础
信息安全学科有自己的方法论，既包含分而治之的传统方法论，又包含综合治理的系统工程方法论，而且将这两者有机地融合为一体。具体概括为，理论分析、实验验证、技术实现、逆向分析四个核心内容，这四者既可以独立运用，也可以相互结合，指导解决信息安全问题，推动信息安全学科发展。其中的逆向分析是信息安全学科所特有的方法论。
3现代通信网的技术体系
现代通信网是一个多种异构网络技术融合的综合体系，本文只讨论计算机网络、移动互联网、射频识别网络、无线传感器网络。
3.1计算机网络
以Internet为代表的计算机网络实现了物理世界与信息世界的互联，指明了下一代网络应用的发展趋势。Cisco研究表明，下一代网络（Next Generation Network）基于IP，支持语音、数据、视频和多媒体的统一通信，充分整合面向行业的垂直应用，亦称为IP-NGN。具体地说，就是把社区、企业、机关、医院、交通、航空等元素互联起来，形成一个休闲、工作、学习、娱乐的虚拟社区。计算机网络是一种由多种异构平台组成的多样化技术结构体系，在这个平台中，设备构成主要体现在感知网络、交换路由、服务提供和信息安全等四个方面。
3.2移动互联网
移动互联网是将移动通信和互联网结合起来，以宽带IP为技术核心的，可同时提供话音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络，短消息是移动互联网最早提供的服务。第三代移动通信技术简称3G，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术；3G能够在全球范围内更好地实现无线漫游，提供网页浏览、电话会议、电子商务、音乐、视频等多种信息服务，3G必须支持不同的数据传输速度，可根据室内、室外和移动环境中不同应用的需求，分别支持不同的速率。
3.3射频识别网络
RFID系统包括三部分：标签（RFID tags）、阅读器（tag reader）和企业系统。标签是一个微芯片附属于天线系统，芯片包含存储器和逻辑电路，接受和发送阅读器的数据；天线接受和回射阅读器的同频信号；标签作为专用鉴别器，可以应用到一定区域内任何对象（人、动物和物体等），代表对象的电子身份。阅读器发送同频信号触发标签通信，标签发送身份信息给阅读器，完成一次查询操作。企业系统是阅读器连接的计算机信息系统，阅读器提交身份信息由企业系统存储。RFID系统通常用于实时监控对象，可以实现物理世界到虚拟世界的映像。
3.4无线传感器网络
无线传感器网络是由大量静止或移动的传感器节点，以多跳路由和自组织方式构成的无线感知通信网络，其目的是同步地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。每一个节点具有感知、计算、路由三种功能，某节点感知监测对象的数据，通过其它节点路由到汇聚节点，经其它网络发送给用户。RFID系统和无线传感器网络合作，可以很好的记录物体的状态（位置、温度、位移），加深对环境的认知，扮演物理世界与数字世界的桥梁。 4网络安全的课程体系
4.1计算机网络安全
计算机网络安全主要依靠防火墙技术、虚拟专用网（VPN）技术和公钥基础设施（PKI）。
（1）防火墙技术。防火墙技术原型采用了包过滤技术，通过检查数据流中每个数据包的源地址、目的地址、所用的端口号、协议状态或它们的组合来确定是否允许该数据包通过。在网络层上，防火墙根据IP地址和端口号过滤进出的数据包；在应用层上检查数据包的内容，查看这些内容是否能符合企业网络的安全规则，并且允许受信任的客户机和不受信任的主机建立直接连接，依靠某种算法来识别进出的应用层数据。
（2）虚拟专用网。虚拟专用网是指在一个公共IP网络平台上通过隧道以及加密技术保证专用数据的网络安全性。VPN是一种以可靠加密方法来保证传输安全的技术。在智能电网中使用VPN技术，可以在不可信网络上提供一条安全、专用的通道或隧道。各种隧道协议，包括网络协议安全（IPSec）、点对点隧道协议（PPTP）和二层隧道协议（L2TP）都可以与认证协议一起使用。
（3）公钥基础设施。公钥基础设施能够为所有网络应用提供加密和数字签名等密码服务及所必需的密钥和证书管理体系。PKI可以为不同的用户按不同安全需求提供多种安全服务，主要包括认证、数据完整性、数据保密性、不可否认性、公正和时间戳等服务。
4.2移动互联网安全
在移动互联网环境下，由TCP/IP协议族脆弱性、终端操作系统安全漏洞、攻击技术普及等缺陷所导致的传统互联网环境中的安全问题依然存在。
（1）手机病毒。手机病毒是具有攻击性、破坏性的恶意软件代码，一般利用短信、微博、微信、@mail、WAP网站等方式在无线通信网络内传播；同时可利用蓝牙、wifi等方式在智能手机间传播。随着移动智能终端的普及和统一的操作系统平台，手机病毒的传播和爆发会泄露用户空间隐私、时间隐私等危害，并对移动通信网络的安全运行、维护管理和支撑业务造成一定威胁。
（2）隐私信息泄露。移动设备的隐私信息防泄露主要包括三类技术：控制类技术，设置用户的管理权限，集中控制和管理数据中心，实现对关键数据的加密保护和保密传输，并定期审计和检查权限日志，防止隐私数据的非法外泄。加密类技术，操作系统的文件系统加密技术，磁盘设备加密技术，安全芯片加密技术和通信网络的密钥预分发管理技术。过滤类技术，在内网和外网的边界出口，安装协议数据包过滤设备，可以分析通信网络协议HTTP、POP3、FTP、即时通讯的数据包，并对数据包内容分析和过滤隐私信息。
（3）无线局域网安全。无线局域网安全标准主要是IEEE制定的802.11n标准和西安电子科技大学制定的WAPI标准。802.11n采用基于密钥共享的双向身份认证，定义了WPA2/TKIP加密算法；WAPI采用基于数字证书的双向身份认证，定义了我国的首个商用SMS4加密算法。两项标准都要解决用户到AP无线接入的认证和加密问题，中国电信无线局域网是在用户接入AP后进行Web认证，验证用户实体身份。两项标准已在现有的无线局域网和移动智能互联网终端得到实施，并且应用广泛。
4.3射频识别网络安全
由于RFID的成本有严格的限制，因此对安全算法运行的效率要求比较高。目前有效的RFID的认证方式之一是由Hopper和Blum提出的HB协议以及与其相关的一系列改进的协议。HB协议需要RFID和标签进行多轮挑战——应答交互，最终以正确概率判断RFID的合法性，所以这一协议还不能商用。
4.4无线传感器网络安全
无线传感器网络中最常用到的是ZigBee技术。ZigBee技术的物理层和媒体访问控制层（MAC）基于IEEE 802.15.4，网络层和应用层则由ZigBee联盟定义。ZigBee协议在MAC层、网络层和应用层都有安全措施。MAC层使用ABE算法和完整性验证码确保单跳帧的机密性和完整性；而网络层使用帧计数器防止重放攻击，并处理多跳帧；应用层则负责建立安全连接和密钥管理。ZigBee协议在密钥预分发管理中有3种基本密钥，分别是主密钥、链接密钥和网络密钥。主密钥在设备出厂时由公司缺省安装。链接密钥在个域网络（PAN）中被两个设备直接共享，可以通过主密钥建立，也可以在出厂时由公司缺省安装。网络密钥通过CA信任中心配置，也可以在出厂时缺省安装。链接密钥、网络密钥需要循环更新。
5结束语
网络安全技术是一个与时代科技发展同步的新兴领域，这就决定了其课程体系必须嵌入一些无线局域网安全、无线传感器网络安全、射频标签网络安全、云计算安全等新兴技术。因此，在规划其教学内容时，要以学生掌握网络安全技能目标为基础，以当代大学生的认识规律为起点，以现代多媒体教学方法为手段，设计出符合市场需求的、青少年认识规律的、与时代同步的课程体系，才能培养出面向新兴产业发展所需的高素质技能型专门人才。
参考文献：
[1] 陈先达.马克思哲学原理[M].北京：中国人民大学出版社，2010.
[2] 张焕国，赵波，等.可信计算[M].武汉：武汉大学出版社，2011.
[3] Luigi Atzori，Antonio Iera，Giacomo Morabito.The Internet of Things：A survey[J].Computer Networks 54 （2010）：2787-2805.
[4] Debasis Bandyopadhyay，Jaydip Sen.Internet of Things：Applications and Challenges in Technology and Standardization[J].Wireless Pers Commun（2011）58：49-69.
[5] 沈昌祥，张焕国，冯登国.等.信息安全综述[J].中国科学（E辑），2007，37（2）：129-150.
[6] 吴功宜.智慧的物联网[M].北京：机械工业出版社，2010.
[7] ERGEN S C.ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary[R].Berkeley，CA，USA：University of California Berkeley，2004：4-21.
摘 要：从认识论的角度，探索网络安全的学术内涵。首先阐述信息安全学科的研究方向，在分析学科基础理论和方法论的基础上，提出通信网络的技术体系，进而给出网络安全的课程体系。
关键词：认识论 信息安全 理论基础 方法论 课程体系
中图分类号：TP393.03 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-153-03
1引言
2011年9月20日，国务院发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，明确将新一代信息技术产业列为“十二五”规划的新兴产业首位，未来发展空间值得期待。信息安全是国家安全战略的重要组成部分，设置面向市场需求的新兴技术和保障政府、军队、银行、电网、信息服务平台的网络安全技术必修课程，符合高新产业技术的市场需求和教育法规，以其为高新产业迅速发展和控制网络空间安全培养更多的高素质技能型人才。
信息安全学科是数学、物理、生物、通信、电子、计算机、法律、教育和管理等学科交叉融合而形成的一门新型学科。它与这些学科既有紧密的联系，又有本质的不同。信息安全学科已经形成了自己的内涵、理论、技术和应用，并服务于信息社会，从而构成一个独立的学科。本文从认识论的角度，探索信息安全学科的一个重要分支网络安全的课程体系内涵。
认识论，认识是实践基础上主体对客体的能动反映；人作为认识的主体，首先在于人是实践的主体；知识、技术作为认识的客体，首先在于它们是主体能动的实践活动的客体，应该从主体的感性的实践活动去理解，从主体的主观能动方面去理解；实践是认识的直接来源，认识只有在实践的基础上才能发展。人类认识事物的一般规律是从简单到复杂、从具体到抽象、从特殊到一般。
认识信息安全学科，必须遵循认识规律、专业规律。到目前为止，有关信息安全的学科体系和人才培养缤纷凌乱。在此，笔者以武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室研究体系为基础，探讨网络安全的课程体系，以其为课程建设抛砖引玉。
2信息安全的学科体系
信息安全学科是研究信息获取、信息存储、信息传输和信息处理领域中信息安全保障问题的一门新兴学科。
2.1信息安全的理论基础
信息安全学科所涉及的主要研究内容包括：新型密码体制研究、密码编码与密码分析、信息安全风险评估、信息安全管理、入侵检测、灾难备份和应急响应、操作系统安全、数据库安全、身份认证与访问控制、协议安全、可信网络连接、信息隐藏与检测、内容识别与过滤、信息对抗理论、信息对抗技术，以及信息安全工程等。
网络安全以控制论和系统论为其理论基础，通过入侵检测、数据加密等技术实现安全威胁的识别和数据的安全传输，防止非法篡改和泄露保密信息。网络安全的基本思想是在网络的各个范围和层次内采取防护措施，以便检测和发现各种网络攻击威胁，并采取相应的响应措施，确保网络环境的数据安全。网络安全研究网络攻击威胁、网络防御理论、网络安全理论和网络安全工程等。
2.2信息安全的方法论基础
信息安全学科有自己的方法论，既包含分而治之的传统方法论，又包含综合治理的系统工程方法论，而且将这两者有机地融合为一体。具体概括为，理论分析、实验验证、技术实现、逆向分析四个核心内容，这四者既可以独立运用，也可以相互结合，指导解决信息安全问题，推动信息安全学科发展。其中的逆向分析是信息安全学科所特有的方法论。
3现代通信网的技术体系
现代通信网是一个多种异构网络技术融合的综合体系，本文只讨论计算机网络、移动互联网、射频识别网络、无线传感器网络。
3.1计算机网络
以Internet为代表的计算机网络实现了物理世界与信息世界的互联，指明了下一代网络应用的发展趋势。Cisco研究表明，下一代网络（Next Generation Network）基于IP，支持语音、数据、视频和多媒体的统一通信，充分整合面向行业的垂直应用，亦称为IP-NGN。具体地说，就是把社区、企业、机关、医院、交通、航空等元素互联起来，形成一个休闲、工作、学习、娱乐的虚拟社区。计算机网络是一种由多种异构平台组成的多样化技术结构体系，在这个平台中，设备构成主要体现在感知网络、交换路由、服务提供和信息安全等四个方面。
3.2移动互联网
移动互联网是将移动通信和互联网结合起来，以宽带IP为技术核心的，可同时提供话音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络，短消息是移动互联网最早提供的服务。第三代移动通信技术简称3G，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术；3G能够在全球范围内更好地实现无线漫游，提供网页浏览、电话会议、电子商务、音乐、视频等多种信息服务，3G必须支持不同的数据传输速度，可根据室内、室外和移动环境中不同应用的需求，分别支持不同的速率。
3.3射频识别网络
RFID系统包括三部分：标签（RFID tags）、阅读器（tag reader）和企业系统。标签是一个微芯片附属于天线系统，芯片包含存储器和逻辑电路，接受和发送阅读器的数据；天线接受和回射阅读器的同频信号；标签作为专用鉴别器，可以应用到一定区域内任何对象（人、动物和物体等），代表对象的电子身份。阅读器发送同频信号触发标签通信，标签发送身份信息给阅读器，完成一次查询操作。企业系统是阅读器连接的计算机信息系统，阅读器提交身份信息由企业系统存储。RFID系统通常用于实时监控对象，可以实现物理世界到虚拟世界的映像。
3.4无线传感器网络
无线传感器网络是由大量静止或移动的传感器节点，以多跳路由和自组织方式构成的无线感知通信网络，其目的是同步地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。每一个节点具有感知、计算、路由三种功能，某节点感知监测对象的数据，通过其它节点路由到汇聚节点，经其它网络发送给用户。RFID系统和无线传感器网络合作，可以很好的记录物体的状态（位置、温度、位移），加深对环境的认知，扮演物理世界与数字世界的桥梁。 4网络安全的课程体系
4.1计算机网络安全
计算机网络安全主要依靠防火墙技术、虚拟专用网（VPN）技术和公钥基础设施（PKI）。
（1）防火墙技术。防火墙技术原型采用了包过滤技术，通过检查数据流中每个数据包的源地址、目的地址、所用的端口号、协议状态或它们的组合来确定是否允许该数据包通过。在网络层上，防火墙根据IP地址和端口号过滤进出的数据包；在应用层上检查数据包的内容，查看这些内容是否能符合企业网络的安全规则，并且允许受信任的客户机和不受信任的主机建立直接连接，依靠某种算法来识别进出的应用层数据。
（2）虚拟专用网。虚拟专用网是指在一个公共IP网络平台上通过隧道以及加密技术保证专用数据的网络安全性。VPN是一种以可靠加密方法来保证传输安全的技术。在智能电网中使用VPN技术，可以在不可信网络上提供一条安全、专用的通道或隧道。各种隧道协议，包括网络协议安全（IPSec）、点对点隧道协议（PPTP）和二层隧道协议（L2TP）都可以与认证协议一起使用。
（3）公钥基础设施。公钥基础设施能够为所有网络应用提供加密和数字签名等密码服务及所必需的密钥和证书管理体系。PKI可以为不同的用户按不同安全需求提供多种安全服务，主要包括认证、数据完整性、数据保密性、不可否认性、公正和时间戳等服务。
4.2移动互联网安全
在移动互联网环境下，由TCP/IP协议族脆弱性、终端操作系统安全漏洞、攻击技术普及等缺陷所导致的传统互联网环境中的安全问题依然存在。
（1）手机病毒。手机病毒是具有攻击性、破坏性的恶意软件代码，一般利用短信、微博、微信、@mail、WAP网站等方式在无线通信网络内传播；同时可利用蓝牙、wifi等方式在智能手机间传播。随着移动智能终端的普及和统一的操作系统平台，手机病毒的传播和爆发会泄露用户空间隐私、时间隐私等危害，并对移动通信网络的安全运行、维护管理和支撑业务造成一定威胁。
（2）隐私信息泄露。移动设备的隐私信息防泄露主要包括三类技术：控制类技术，设置用户的管理权限，集中控制和管理数据中心，实现对关键数据的加密保护和保密传输，并定期审计和检查权限日志，防止隐私数据的非法外泄。加密类技术，操作系统的文件系统加密技术，磁盘设备加密技术，安全芯片加密技术和通信网络的密钥预分发管理技术。过滤类技术，在内网和外网的边界出口，安装协议数据包过滤设备，可以分析通信网络协议HTTP、POP3、FTP、即时通讯的数据包，并对数据包内容分析和过滤隐私信息。
（3）无线局域网安全。无线局域网安全标准主要是IEEE制定的802.11n标准和西安电子科技大学制定的WAPI标准。802.11n采用基于密钥共享的双向身份认证，定义了WPA2/TKIP加密算法；WAPI采用基于数字证书的双向身份认证，定义了我国的首个商用SMS4加密算法。两项标准都要解决用户到AP无线接入的认证和加密问题，中国电信无线局域网是在用户接入AP后进行Web认证，验证用户实体身份。两项标准已在现有的无线局域网和移动智能互联网终端得到实施，并且应用广泛。
4.3射频识别网络安全
由于RFID的成本有严格的限制，因此对安全算法运行的效率要求比较高。目前有效的RFID的认证方式之一是由Hopper和Blum提出的HB协议以及与其相关的一系列改进的协议。HB协议需要RFID和标签进行多轮挑战——应答交互，最终以正确概率判断RFID的合法性，所以这一协议还不能商用。
4.4无线传感器网络安全
无线传感器网络中最常用到的是ZigBee技术。ZigBee技术的物理层和媒体访问控制层（MAC）基于IEEE 802.15.4，网络层和应用层则由ZigBee联盟定义。ZigBee协议在MAC层、网络层和应用层都有安全措施。MAC层使用ABE算法和完整性验证码确保单跳帧的机密性和完整性；而网络层使用帧计数器防止重放攻击，并处理多跳帧；应用层则负责建立安全连接和密钥管理。ZigBee协议在密钥预分发管理中有3种基本密钥，分别是主密钥、链接密钥和网络密钥。主密钥在设备出厂时由公司缺省安装。链接密钥在个域网络（PAN）中被两个设备直接共享，可以通过主密钥建立，也可以在出厂时由公司缺省安装。网络密钥通过CA信任中心配置，也可以在出厂时缺省安装。链接密钥、网络密钥需要循环更新。
5结束语
网络安全技术是一个与时代科技发展同步的新兴领域，这就决定了其课程体系必须嵌入一些无线局域网安全、无线传感器网络安全、射频标签网络安全、云计算安全等新兴技术。因此，在规划其教学内容时，要以学生掌握网络安全技能目标为基础，以当代大学生的认识规律为起点，以现代多媒体教学方法为手段，设计出符合市场需求的、青少年认识规律的、与时代同步的课程体系，才能培养出面向新兴产业发展所需的高素质技能型专门人才。
参考文献：
[1] 陈先达.马克思哲学原理[M].北京：中国人民大学出版社，2010.
[2] 张焕国，赵波，等.可信计算[M].武汉：武汉大学出版社，2011.
[3] Luigi Atzori，Antonio Iera，Giacomo Morabito.The Internet of Things：A survey[J].Computer Networks 54 （2010）：2787-2805.
[4] Debasis Bandyopadhyay，Jaydip Sen.Internet of Things：Applications and Challenges in Technology and Standardization[J].Wireless Pers Commun（2011）58：49-69.
[5] 沈昌祥，张焕国，冯登国.等.信息安全综述[J].中国科学（E辑），2007，37（2）：129-150.
[6] 吴功宜.智慧的物联网[M].北京：机械工业出版社，2010.
[7] ERGEN S C.ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary[R].Berkeley，CA，USA：University of California Berkeley，2004：4-21.