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网络安全：关键基础设施保护

作译者：李野,何跃鹰,鲍旭华

出版时间：2023-12 千字数：520800 版次：01-01 页数：372

开本：16开装帧：null I S B N ：9787121469251

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目    录 
第一部分　数字社会 
第1章　针对关键基础设施的网络攻击    1 
1.1　引言    1 
1.2　针对关键基础设施的网络安全威胁    3 
1.2.1　攻击者的动机    3 
1.2.2　漏洞    5 
1.2.3　攻击向量    7 
1.3　针对关键基础设施的网络攻击    9 
1.3.1　化工行业    10 
1.3.2　商业和政府设施行业    10 
1.3.3　通信行业    11 
1.3.4　关键制造业    12 
1.3.5　水坝部门    13 
1.3.6　美国国防工业基地部门    13 
1.3.7　应急服务部门    14 
1.3.8　能源部门    15 
1.3.9　金融服务部门    16 
1.3.10　粮食和农业部门    18 
1.3.11　政府机构部门    19 
1.3.12　卫生保健部门    20 
1.3.13　信息技术部门    22 
1.3.14　核部门    23 
1.3.15　交通系统部门    24 
1.3.16　给排水系统部门    25 
1.4　关键基础设施保护    26 
1.5　总结    27 
参考文献    28 
第2章　在线网络安全演练的关键要素    29 
2.1　引言    29 
2.2　在线网络安全演练的教学框架    30 
2.3　方法及数据    32 
2.4　调查结果    35 
2.5　总结    38 
参考文献    39 
第3章　网络安全法律法规    40 
3.1　前言    40 
3.2　互联网和网络空间治理    41 
3.2.1　分布式治理    42 
3.2.2　跨国治理    42 
3.2.3　区域治理    43 
3.2.4　国家体系治理    43 
3.3　网络行动    44 
3.3.1　网络战争    44 
3.3.2　网络间谍    45 
3.3.3　网络犯罪    45 
3.4　计算机犯罪法    45 
3.4.1　美国的计算机犯罪法    45 
3.4.2　多个国家计算机犯罪法    46 
3.5　网络空间相关法规    47 
3.5.1　国家和跨国数据隐私法规    47 
3.5.2　违规通知法令    49 
3.5.3　网络安全法规：合理性标准    50 
3.5.4　网络安全法规的标准    50 
3.5.5　网络中立法规    51 
3.6　总结    52 
参考文献    53 
第4章　弹性应对数字化的负面影响    54 
4.1　引言    54 
4.2　人类——信息系统的一部分    55 
4.3　影响类型    55 
4.3.1　信息作战    56 
4.3.2　上瘾和技术压力    58 
4.4　获得个人韧性    59 
4.4.1　处理压力    59 
4.4.2　批判性思维、自我调节和教育方法    60 
4.5　讨论与结论    61 
参考文献    62 

第5章　精神障碍对网络安全的影响    63 
5.1　介绍    63 
5.2　精神机能障碍与异常心理学    64 
5.2.1　精神机能障碍分类    65 
5.2.2　精神障碍    66 
5.3　上网的益处、风险和安全行为    66 
5.3.1　在线互动的益处    66 
5.3.2　在线交互的风险    67 
5.3.3　网络安全行为    68 
5.4　了解用户的精神障碍    70 
5.4.1　神经发育障碍    70 
5.4.2　精神分裂症谱系疾病及其他精神病性障碍    72 
5.4.3　双相情感障碍及相关疾病    74 
5.4.4　抑郁症    75 
5.4.5　焦虑症    76 
5.4.6　强迫症及相关障碍    77 
5.4.7　神经认知障碍    79 
5.4.8　人格障碍    80 
5.4.9　精神障碍总结    85 
5.5　总结    90 
参考文献    91 
第6章　网络军事影响力行动    92 
6.1　引言    92 
6.2　现代影响力环境    93 
6.3　现代影响力实践的心理学    94 
6.4　战争中的影响力    96 
6.5　军事影响力作战行动    97 
6.6　过程本体论方法    99 
6.7　结论    100 
参考文献    100 
第二部分　关键基础设施保护 
第7章　智慧社会网络环境的基础设施安全    101 
7.1　引言    101 
7.2　智慧城市通信基础设施    106 
7.3　未来智慧城市网络环境中的网络威胁和风险    112 
7.4　网络威胁风险和质量功能展开模型    117 
7.5　执行和建模威胁分析    124 
7.6　总结和未来的工作    127 
7.6.1　总结    127 
7.6.2　未来的工作    127 
参考文献    128 
第8章　医疗保健系统中的网络安全    129 
8.1　介绍    129 
8.2　医院即网络空间    130 
8.2.1　医院和网络世界层    131 
8.2.2　医院信息系统    132 
8.2.3　医疗设备    135 
8.3　与医院系统相关的网络安全风险    136 
8.3.1　医院系统的数据泄露    137 
8.3.2　与医疗设备相关的网络安全风险    139 
8.3.3　针对医院的网络攻击向量    141 
8.4　医疗保健网络安全    145 
8.4.1　最佳实践    145 
8.4.2　医疗设备的网络安全    147 
8.4.3　新技术的帮助    148 
8.4.4　医院网络安全架构    150 
8.5　结论    151 
参考文献    154 
第9章　电力系统中的网络安全    155 
9.1　简介    155 
9.2　组织的网络结构    156 
9.2.1　组织的网络世界结构    156 
9.2.2　电力组织的网络环境结构    157 
9.3　电力组织中的主要网络安全威胁    159 
9.4　组织决策层和系统视图    160 
9.4.1　组织中网络安全的系统视图    160 
9.4.2　系统视图和信任增强的措施    161 
9.5　采取措施以增强网络信任    164 
9.5.1　增强信任的措施    164 
9.5.2　风险分析    165 
9.5.3　弹性提升行动    166 
9.5.4　PDCA方法——开发活动的工具    169 
9.6　结论    170 
参考文献    171 
第10章　海事网络安全：面对全球化大传送威胁    172 
10.1　引言    172 
10.2　海上贸易和海洋控制：源于20世纪的教训    173 
10.3　网络安全与海事系统    174 
10.3.1　海事船舶面临的网络问题    176 
10.3.2　港口操作中的网络问题    177 
10.4　法律、海洋与网络空间    178 
10.5　相关公共政策    179 
10.5.1　美国网络安全政策指南    179 
10.5.2　国际网络安全指南    180 
10.6　结论与建议    181 
10.6.1　公共政策方向    181 
10.6.2　研究与教育    182 
参考文献    182 
第11章　针对关键基础设施的网络攻击及应对措施    183 
11.1　前言    183 
11.2　关键基础设施和弹性    185 
11.3　信息物理系统    187 
11.4　网络安全    189 
11.5　人工智能和机器学习    190 
11.6　针对关键基础设施的网络攻击    192 
11.6.1　对抗性攻击    193 
11.6.2　DoS/DDoS攻击    195 
11.6.3　FDI虚假数据注入攻击    197 
11.6.4　恶意攻击    198 
11.6.5　网络钓鱼攻击    200 
11.7　网络攻击防御机制    201 
11.7.1　防范对抗性攻击    201 
11.7.2　防范DoS或DDoS攻击    202 
11.7.3　防范虚假数据注入（FDI）攻击    204 
11.7.4　防范恶意软件攻击    205 
11.7.5　防范网络钓鱼攻击    206 
11.8　总结    207 
参考文献    208 
第12章　应对新冠病毒肺炎的国家网络威胁预防机制    209 
12.1　引言    209 
12.2　问题阐述    210 
12.3　新冠肺炎疫情带来的决策过程挑战    212 
12.3.1　芬兰状况    212 
12.3.2　Vastaamo案例    213 
12.4　核心概念    214 
12.4.1　人工智能    214 
12.4.2　法律法规    214 
12.4.3　态势感知    215 
12.4.4　关键基础设施的要素    216 
12.5　以往研究    219 
12.6　研究成果    220 
12.7　讨论和结论    220 
参考文献    223 
第13章　民航领域的信息安全治理    224 
13.1　简介    224 
13.1.1　信息安全管理    224 
13.1.2　信息安全管理中的治理    226 
13.2　民航领域中的信息安全管理    227 
13.2.1　民航安全管理概念    228 
13.2.2　民航安保管理概念    228 
13.2.3　民航网络安全概念    229 
13.3　民航信息安全管理治理    230 
13.3.1　定义    230 
13.3.2　概念    231 
13.3.3　原则    233 
13.4　总结    238 
参考文献    239 
第14章　智慧城市和网络安全伦理    240 
14.1　简介    240 
14.2　智慧城市和网络安全    241 
14.3　智慧城市和伦理学    242 
14.4　智慧城市、技术和预期伦理学    243 
14.5　智慧城市发展中的关键技术    244 
14.6　智慧城市和预期伦理问题    244 
14.7　智慧城市和预期网络安全风险    245 
14.8　应用预期伦理学    247 
14.9　计算机应用制品规则    247 
14.10　结论    250 
参考文献    251 
第15章　TrulyProtect——基于虚拟化的逆向工程防护    252 
15.1　简介    252 
15.2　×86和ARM的虚拟化    253 
15.2.1　×86    253 
15.2.2　ARM    253 
15.3　加密代码执行    254 
15.3.1　启动Hypervisor    254 
15.3.2　创建信任根    255 
15.3.3　防护缓存一致性攻击    255 
15.3.4　DED循环    256 
15.4　系统实现    256 
15.4.1　原生代码保护    256 
15.4.2　管理代码保护    257 
15.4.3　Linux代码保护    257 
15.4.4　Windows代码保护    258 
15.4.5　Intel架构下的保护    258 
15.4.6　AMD架构下的保护    258 
15.4.7　ARM架构下的保护    258 
15.4.8　富媒体保护    259 
15.4.9　未来工作    260 
15.5　相关工作    260 
15.5.1　基于CPU特性的保护    260 
15.5.2　基于进程虚拟化的混淆器    260 
15.5.3　基于Hypervisor的其他内容保护    261 
15.6　结论    261 
参考文献    261 
第三部分　计算方法和应用 
第16章　改进Mosca定理：面向物联网协议安全的量子威胁风险管理模型    262 
16.1　引言    262 
16.2　量子计算与关键（信息）基础设施保护    264 
16.3　量子计算威胁模型    265 
16.3.1　概述    265 
16.3.2　时间尺度和资源    266 
16.3.3　量子弹性解决方案的强度    267 
16.3.4　量子计算威胁等级    268 
16.4　物联网协议    272 
16.5　物联网协议中的加密原语    274 
16.6　物联网协议的量子计算威胁评估    280 
16.7　物联网中的量子弹性    284 
16.8　物联网协议风险评估    285 
16.9　总结    287 
参考文献    288 
第17章　基于零信任环境的智能攻击缓解技术    289 
17.1　简介    289 
17.2　利用深度学习进行入侵检测    290 
17.3　深度强化学习    292 
17.4　流量生成    294 
17.5　软件定义网络和网络功能虚拟化    296 
17.6　原型环境    297 
17.7　结论和计划    299 
参考文献    300 
第18章　不安全的固件和无线技术    301 
18.1　引言    301 
18.2　航空运输中的ADS-B    301 
18.2.1　通用ADS-B    302 
18.2.2　ADS-B详细介绍    302 
18.2.3　ADS-B攻击者和威胁模式    304 
18.2.4　无线攻击的实施    305 
18.2.5　关键结果    306 
18.3　远程爆炸物和机器人武器的无线触发系统    306 
18.3.1　固件分析    307 
18.3.2　无线通信分析    307 
18.3.4　无线威胁    308 
18.3.5　实施无线攻击    308 
18.3.6　主要成果    309 
18.4　用于物理安全的闭路电视    310 
18.4.1　通用闭路电视    310 
18.4.2　视觉层攻击    310 
18.4.3　隐蔽信道攻击    311 
18.4.4　拒绝服务和干扰攻击    314 
18.4.5　在线网络攻击    314 
18.4.6　关键要点    315 
18.5　结论    315 
参考文献    316 
第19章　智能手机的物理武器化技术    317 
19.1　简介    317 
19.2　智能手机的远程破坏    318 
19.3　智能手机危险分类框架    319 
19.3.1　攻击效果的特征    320 
19.3.2　攻击向量    320 
19.3.3　攻击的实施者    321 
19.3.4　可武器化的组件    321 
19.3.5　攻击效果    321 
19.4　民族国家恶意行为者    322 
19.5　假冒的智能手机    323 
19.6　讨论    323 
19.7　结论    324 
19.8　附录：威胁分析    324 
参考文献    326 
第20章　现代计算机检测规避技术    327 
20.1　简介    327 
20.2　背景    328 
20.2.1　Hypervisor与Thin-hypervisor    328 
20.2.2　×86虚拟化架构    329 
20.2.3　Rootkit与Bootkit    329 
20.2.4　Hypervisor，取证和网络安全    330 
20.2.5　柯尼尔的时序方法和衍生攻击    330 
20.3　本地红色药丸    331 
20.3.1　Pafish和其他现代红色药丸    331 
20.3.2　Pafish时序测试    332 
20.3.3　用户模式下的Pafish时序测试    333 
20.3.4　内核模式下的Pafish时序测试    334 
20.4　结论    336 
参考文献    336 
第21章　恶意软件分析技术    337 
21.1　引言    337 
21.2　静态分析    338 
21.3　动态分析    339 
21.3.1　内存采集    339 
21.3.2　行为分析    340 
21.3.3　绕过    341 
21.4　总结    342 
参考文献    343

国际关键基础设施保护工作已经进行了二十多年，有的问题被反复提出和研讨了很多次依然没有最终结论，但这些视角和观点已经为我们提供了很多启发。在国际研讨中，有三个问题被反复提及：第一，关键基础设施的范畴到底是什么？从国家安全、社会治理和军事领域的角度来看，答案可能会因不同国家和视角而异。第二，不同行业和场景中的关键基础设施有什么相同点和不同点？例如，电力、通信、交通、医疗、海事、民航等领域都具有独特的特点和环境。第三，哪些安全技术是更适合关键基础设施保护的共性技术，应该大力研发和推广？《网络安全：关键基础设施保护》一书的结构也按照这三个问题进行划分，尝试从这几个方面探讨解决问题的思路。关键基础设施的保护是国家安全的重要组成部分，必须引起足够的重视。而要做好这项工作，需要一个长期的、持续的过程。随着内部因素和外部环境的不断变化，关键基础设施的内涵、外延、理论和方法都需要与时俱进，不断创新，《网络安全：关键基础设施保护》书为我们提供了很好的参考和借鉴。 
——中国科学院院士 冯登国 

《网络安全：关键基础设施保护》对关键基础设施保护的概念范畴、行业特点和技术方法进行介绍，基于各国的经验，具有很好的借鉴意义，能够让读者更好地理解各国政府和关键基础设施相关行业在网络安全领域面临的挑战和机遇。 
——中国工程院院士 何德全 


《网络安全：关键基础设施保护》一书阐述了关键基础设施保护的概念范畴、行业特点，探讨了移动互联网、物联网、无线通信和基于软件定义网络新兴场景下的关键基础设施网络安全问题，介绍了协议安全、零信任、虚拟化安全以及恶意软件检测等关键技术，为我们开展关键基础设施保护提供了很好的参考和借鉴。 
——中国工程院院士 黄殿中 


随着社会的不断进步和科技的持续发展，关键基础设施的安全保护越来越重要。《关键基础设施保护》从多个角度对关键基础设施安全保护进行了全面深入的分析与探讨，是该领域重要著作之一。书中详细阐述了关键基础设施的定义、特点、分类和重要性，同时针对当前面临的威胁和挑战，提出了相应的对策与措施。此书对网络安全和信息化专业人士具有重要参考价值，对其他领域的读者也有启示和借鉴意义。推荐这本书，希望它有助于进一步提升国家关键基础设施的安全保护能力。 
——自然资源部信息中心 原总工程师 顾炳中 

电力关键信息基础设施作为国家关基的重要组成部分，具有极为重要的基础性作用。《关键基础设施网络安全》对电力等关键基础设施网络安全防护进行了深入的洞察和剖析，为我国电力关键信息基础设施安全保护工作提供了有益的参考。这本书的分析和建议将有助于我们进一步思考新形势下如何构建更加坚强且弹性的电力网络安全防护体系，确保电力供应的可靠性和可持续性，保障国家能源安全。 
——国家能源局信息中心 原副主任 胡红升 

《关键基础设施网络安全》深入探讨了在数字化世界背景下，如何保护国家、社会乃至个人的核心资产。它详细解析了关键基础设施的脆弱性和面临的威胁，同时也给出了相应的防范措施和行动建议。这本书将帮助我们重新审视我们的安全防范策略，提高我们的安全防范意识，使我们能够在日益复杂的网络环境中保持警惕。《中国信息安全》作为我国权威网络安全杂志之一，会持续推荐有价值的文章和图书，希望关键基础设施运行人员，相关服务人员，以及关键基础设施使用人员阅读这本书，以更好地理解和应对我们共同面临的挑战。 
——《中国信息安全》杂志社 社长  位华 


2021年我国颁布《关键信息基础设施安全保护条例》，明确指出“能源、电信行业应当采取措施，为其他行业和领域的关键信息基础设施安全提供重点保障”。在当今全球高度互联的数字时代，电信网络作为关基之基，其安全防护不仅关系到自身发展，更关系到其他关键信息基础设施的稳定与安全。《关键基础设施保护》既是一本理论指南，也是一本实践宝典。本书深入探讨了包括电信行业在内的各个行业在网络保护方面所面临的独特需求和挑战，并提供了相应的防护策略和应对措施建议，对网络安全从业人员具有很高的参考性和指导性。 
——中国移动信安中心副总经理 袁捷 


金融安全作为国家安全的重要组成部分，其关键信息基础设施的安全关系着国民经济的稳定运行。《关键基础设施网络安全》一书详细阐述了关键信息基础设施保护的意义、面临的网络安全威胁，探讨了各行业关键基础设施保护应采取的关键措施和关键技术。这本书的专业知识和实用建议将帮助金融行业建立安全可靠的金融信息基础设施，维护我国数字金融和数字经济安全稳定发展。 
——民生银行信息科技部 副总经理 吕晓强 

近年来，医疗活动越来越依赖信息技术的支持，而医疗机构的网络安全能力尚不能与之需要保护的资产相匹配。医疗关键信息基础设施一旦被攻击者所利用，将直接对人类生命造成的威胁，且由于网络空间的隐蔽性，很难被发现。《关键基础设施网络安全》对于保护医疗行业的数据安全和隐私、提升医疗信息系统和设备的安全能力均提出了很好的建议，是一本值得推荐的参考指南。 
——北京协和医院信息中心 处长助理 孟晓阳

李野于2006年大学本科毕业后加入创业初期的深信服共同发展至今，2020年加入深信服总经办，担任公司首席人才官（CPO），2023年出任深信服集团安全业务总经理。李野作为主要负责人参与筹备广东省下一代互联网信息安全技术工程实验室，在实验室获得深圳市发展和改革委员会批复后出任实验室主任，亲自指导研发具有自主知识产权的关键安全技术和系统，并为下一代互联网信息安全技术建设提供理论指导和科学依据。李野先生在网络安全技术研发和产学研合作方面有着丰富的经验，是深圳市领军人才。

何跃鹰，博士，教授级高工，现就职于中央网信办国家计算机网络应急技术处理协调中心，任研究二室主任兼网络安全应急技术国家工程实验室常务副主任、工业控制系统网络安全应急技术工信部重点实验室主任。作为项目或课题负责人，先后主持发改委“互联网+重大工程”、科技部“国家重点研发计划”、工信部“智能制造专项”、“工业互联网创新发展专项”和军委科技委“基础加强计划”等国家级重大工程和科研项目，是工信部、科技部、国防科工及军队的网络空间安全特聘专家。被聘为IEEE PES电力系统信息与网络安全技术分委会副主席，国家电网网络与信息安全重点实验室学术委员会委员，中国应急管理学会石油石化安全与应急工作委员会副主任委员，北京航空航天大学、北京理工大学等校兼职博导。

鲍旭华，教授级高工，博士，深信服科技股份有限公司产业研究院院长，北京市百千万人才称号获得者。鲍旭华先生是网络安全领域的知名专家，有近20年的从业经历，主要研究方向为人工智能安全和DDoS攻击防范。鲍旭华曾出版专著《破坏之王：DDoS攻击与防范深度剖析》，参与起草 《信息安全技术 网络安全威胁信息格式规范》《信息安全技术 网络攻击定义及描述规范》等多项国家标准制定，在IEEE Conference on Dependable and Secure Computing、《软件学报》等国内外学术会议期刊上发表论文二十余篇，荣获电子学会科技进步三等奖，担任中国计算机学会区块链专委会执行委会、中国通讯学会数据安全专委会执行委员等职务。

本书由国外两位网络安全产业的知名专家牵头撰写并组织汇编，是关于智慧城市、医疗、能源、金融等关键基础设施领域网络安全保护的专业性图书，内容涵盖关键基础设施网络安全防护相关的政策、法律、技术、标准、框架、模型和实施等多个方面的知识，是一本关键基础设施网络安全相关的综合性权威性著作，能够让读者和行业从业者系统全面地了解欧洲、美国关键基础设施领域网络安全防护工作的方方面面，为我国相关行业从业者提供借鉴和参考。

大体量。全书分为三个部分，共计21章，版权字数接近50万字，是一本关于关键基础设施网络安全的大体量著作。
多角度。本书第一部分——数字社会（共计6章），从不同的视角探讨了关键基础设施保护对于现代社会的意义、价值和影响，包括攻击、防御、法规、社会、心理、军事等方面。
多行业。本书第二部分——关键基础设施保护（共计9章），从智慧城市、医疗、电力、海事系统、电信、民航等多个关系国计民生的重要行业角度论述了关键基础设施的保护需求、方法和思路。
重实施。本书第三部分——计算方法和应用（共计6章），介绍了多种用于关键基础设施领域的网络安全技术，内容涵盖量子计算、基于零信任的智能攻击缓解技术、固件安全防护技术、检测规避技术、恶意软件分析技术等热点技术。
权威性。本书的第一作者马蒂?莱赫托（Martti Lehto）教授在网络安全、关键基础设施保护、人工智能等相关领域有近40年的从业经历，是全球范围内具有较大影响力的权威专家之一。本书第二作者佩卡?内塔安梅基（Pekka Neittaanm?ki）也是该领域的知名专家，曾经出版过多本网络安全领域相关著作，并在权威期刊上发表过多篇学术文章。本书的三位译者李野、何跃鹰和鲍旭华都是国内网络安全行业的一线权威专家，具有多年从业经历，三位译者牵头翻译了全书并组织多位行业专家对书稿内容进行了认真校对。冯登国、何德全、黄殿中三位院士阅读了全书并作序，多位行业一线专家为本书撰写了推荐语，并对书稿内容提出了改进意见。

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