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信息安全學(xué)科體系結(jié)構(gòu)研究

文檔作者：張煥國１２王麗娜１２杜瑞穎１２傅建明１２趙波１２文檔來源：武漢大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月17日
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第５６卷第５期
　２０１０年１０月
武漢大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版）
Ｊ．Ｗｕｈａｎ?。眨睿椋觯ǎ危幔簦樱悖椋牛洌?
Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．５　
Ｏｃｔ．２０１０，６１４～

６２０
　　收稿日期：２０１０－０８－１０　　　　
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（６０６７３０７１，６０９７０１１５，６０９７０１１６）；國家８６３計劃項(xiàng)目（２００６ＡＡ０１Ｚ４４２，２００６ＡＡ０１Ｚ４１１）；教育部
《信息安全專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范研制》項(xiàng)目
作者簡介：張煥國，男，教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)從事信息安全，可信計算，容錯計算和計算機(jī)應(yīng)用的研究．　Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｓｓ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
文章編號：１６７１－８８３６（２０１０）０５－０６１４－０７
信息安全學(xué)科體系結(jié)構(gòu)研究
張煥國１，２，王麗娜１，２，杜瑞穎１，２，傅建明１，２，趙　波１，２
（１．武漢大學(xué)計算機(jī)學(xué)院，湖北武漢４３００７２；
２．武漢大學(xué)空天信息安全與可信計算教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢４３００７２）
　　摘　要：詳細(xì)闡述了信息安全學(xué)科的體系結(jié)構(gòu)．給出了信息安全學(xué)科的內(nèi)涵：信息安全學(xué)科是研究信息獲取、
信息存儲、信息傳輸和信息處理領(lǐng)域中信息安全保障問題的一門新興學(xué)科．從數(shù)學(xué)、信息論、系統(tǒng)論、控制論、計算
理論等方面論述了信息安全學(xué)科的理論基礎(chǔ)．論述了信息安全學(xué)科的方法論和現(xiàn)階段的主要研究內(nèi)容．在此基礎(chǔ)
上論文指出，信息安全學(xué)科已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，任何一個現(xiàn)有學(xué)科都無法完全包含信息安全學(xué)科．我國已經(jīng)
形成了完整的信息安全學(xué)科體系，因此應(yīng)理順信息安全學(xué)科管理，加強(qiáng)信息安全學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)，確保我國的
信息安全．
關(guān)　鍵　詞：信息科學(xué)技術(shù)；信息安全；學(xué)科建設(shè)；人才培養(yǎng)
中圖分類號：ＴＰ?。场　　∥墨I(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ
１　信息安全是信息時代永恒的需求
　　人類社會在經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化之后，進(jìn)入了
一個嶄新的信息化時代．
在２０世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了一批重要的理論：信息
論、控制論、系統(tǒng)論、圖靈機(jī)理論、馮·諾伊曼理論、
計算理論等等，它們共同構(gòu)成了信息科學(xué)技術(shù)的理
論基礎(chǔ)．在這些理論的支撐和指導(dǎo)下，信息科學(xué)技術(shù)
得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，取得了輝煌的成就，造就了信
息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)幾十年的繁榮．信息產(chǎn)業(yè)已超過鋼鐵、
機(jī)械、石油、汽車、電力等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，一舉成為世界第
一大產(chǎn)業(yè)．信息和信息技術(shù)改變著人類的生活和工
作方式．離開計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)等電子信息設(shè)備，
人們將無法生活和工作．因此，信息成為當(dāng)今最具活
力的生產(chǎn)要素和最重要的戰(zhàn)略資源，以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
為核心的信息系統(tǒng)成為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施．
信息安全是信息的影子，哪里有信息哪里就存
在信息安全問題．
當(dāng)前，一方面是信息科學(xué)技術(shù)空前繁榮，可是另
一方面危害信息安全的事件不斷發(fā)生，敵對勢力的
破壞、惡意軟件的入侵、黑客攻擊、利用計算機(jī)犯罪
等等，對信息安全構(gòu)成了極大威脅，信息安全的形勢
是嚴(yán)峻的［１～４］．對于我國來說，信息安全形勢的嚴(yán)峻
性，不僅在于這些威脅的嚴(yán)重性，更在于我國在諸如
ＣＰＵ芯片、計算機(jī)操作系統(tǒng)等核心芯片和基礎(chǔ)軟件
方面主要依賴國外產(chǎn)品．這就使我國的信息安全失
去了自主可靠的基礎(chǔ)．
在信息化社會中，通信、計算機(jī)和消費(fèi)電子的結(jié)
合，產(chǎn)生了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、信息高速公路和全球信息基礎(chǔ)
設(shè)施（ＧＩＩ），構(gòu)成了人類生存的信息環(huán)境，即信息空
間（Ｃｙｂｅｒｓｐａｃｅ）．在信息空間環(huán)境中，計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)
在軍事、政治、金融、工業(yè)、商業(yè)、人們的生活和工作
等方面的應(yīng)用越來越廣泛，社會對計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的
依賴越來越大，如果計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息安全
受到破壞，將導(dǎo)致社會的混亂并造成巨大損失．
我們應(yīng)當(dāng)清楚，人類社會中的安全可信與信息
空間中的安全可信是休戚相關(guān)的．對于人類生存來
說，只有同時解決了人類社會和信息空間的安全可
信，才能保證人類社會的安全、和諧、繁榮和進(jìn)步．
因此，信息的獲取、處理和安全保障能力成為綜
合國力和經(jīng)濟(jì)競爭力的重要組成部分，信息安全已
成為影響國家安全、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的決定性
第５期張煥國等：信息安全學(xué)科體系結(jié)構(gòu)研究
因素之一．信息安全已成為世人關(guān)注的社會問題和
世界信息科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)．
我國正處在建設(shè)有中國特色社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)
國的關(guān)鍵時期，應(yīng)當(dāng)理順信息安全學(xué)科管理，加強(qiáng)信
息安全學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)，確保我國的信息安全．
２　我國已經(jīng)形成了完整的信息安全學(xué)科體
系
　　１９９９年教育部批準(zhǔn)西安電子科技大學(xué)等四所
高校設(shè)置了“信息對抗技術(shù)”本科專業(yè)．
２００１年武漢大學(xué)創(chuàng)建了我國第一個“信息安
全”本科專業(yè)［５，６］．截至２００９年，教育部共批準(zhǔn)了７０
所高校設(shè)置了８０個信息安全類本科專業(yè)，其中信息
安全專業(yè)６４個，信息對抗技術(shù)專業(yè)１６個，已經(jīng)培養(yǎng)
信息安全類專業(yè)本科畢業(yè)生人約１．２萬人．
２００７年初，教育部正式批準(zhǔn)成立了“教育部高
等學(xué)校信息安全類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會”．２００７年
底，教育部批準(zhǔn)了１５個學(xué)校的信息安全專業(yè)為“國
家特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)”，把信息安全專業(yè)作為國家特
色專業(yè)來重點(diǎn)建設(shè)．
從２００３年起全國已有２０多所高校陸續(xù)建立了
信息安全碩士點(diǎn)、博士點(diǎn)、和博士后產(chǎn)業(yè)基地．此外，
還有一些高校建立了密碼學(xué)碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)，以及
信息對抗碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)．我國形成了信息安全人
才培養(yǎng)的完整體系［７，８］．
從２０世紀(jì)９０年代開始，我國發(fā)改委、科技部、國
家自然科學(xué)基金委等部門都設(shè)立信息安全重大專項(xiàng)
或信息安全主題，專門支持信息安全領(lǐng)域的科學(xué)研究
與技術(shù)發(fā)展．我國的信息安全產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個
大產(chǎn)業(yè)，為確保我國信息安全發(fā)揮著支柱作用．
綜上可知，我國已經(jīng)形成了完整的信息安全科
學(xué)體系．
３　信息安全學(xué)科的內(nèi)涵
目前學(xué)術(shù)界關(guān)于信息安全學(xué)科的定義和內(nèi)涵，
尚沒有形成一個統(tǒng)一的說法．不同的學(xué)者根據(jù)自己
的研究和理解，給出了不同的詮釋．盡管這些詮釋不
盡相同，但是其主要內(nèi)容卻是相同的．
傳統(tǒng)的信息安全強(qiáng)調(diào)信息（數(shù)據(jù)）本身的安全屬
性，認(rèn)為信息安全主要包含：
① 信息的秘密性：使信息不泄露給未授權(quán)者的
特性；
② 信息的完整性：保護(hù)信息正確、完整和未被
修改的特征；
③ 信息的可用性：已授權(quán)實(shí)體一旦需要就可訪
問和使用信息的特征．
信息論的基本知識告訴我們，信息不能脫離它
的載體而孤立存在，因此我們不能脫離信息系統(tǒng)而
孤立地談?wù)撔畔踩@也就是說，每當(dāng)我們談?wù)撔?
息安全時總是不可避免地要談?wù)撔畔⑾到y(tǒng)的安全．
據(jù)此，我們應(yīng)當(dāng)從信息系統(tǒng)角度來全面考慮信息安
全的內(nèi)涵．
信息安全主要包括以下４個層面：設(shè)備安全，數(shù)
據(jù)安全，內(nèi)容安全，行為安全．其中數(shù)據(jù)安全即是傳
統(tǒng)的信息安全［１～４］．
① 設(shè)備安全：信息系統(tǒng)設(shè)備的安全是信息系統(tǒng)
安全的首要問題．這里包括３個側(cè)面：
● 設(shè)備的穩(wěn)定性；
● 設(shè)備的可靠性；
● 設(shè)備的可用性．
② 數(shù)據(jù)安全：采取措施確保數(shù)據(jù)免受未授權(quán)的
泄露、篡改和毀壞．
● 數(shù)據(jù)的秘密性；
● 數(shù)據(jù)的完整性；
● 數(shù)據(jù)的可用性．
③ 內(nèi)容安全：內(nèi)容安全是信息安全在政治、法
律、道德層次上的要求．
● 信息內(nèi)容在政治上是健康的；
● 信息內(nèi)容符合國家法律法規(guī)；
● 信息內(nèi)容符合中華民族優(yōu)良的道德規(guī)范．
④ 行為安全：數(shù)據(jù)安全在本質(zhì)上是一種靜態(tài)的
安全．在信息系統(tǒng)中許多數(shù)據(jù)是程序，程序是要進(jìn)行
某種處理的，處理的過程稱為行為．程序在靜態(tài)存儲
時就是一種數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)安全是靜態(tài)安全．而程序
在運(yùn)行時（也就是動態(tài)時）表現(xiàn)為一系列的行為．因
此，除了要確保靜態(tài)的數(shù)據(jù)安全外，還需要確保動態(tài)
的行為安全．行為安全符合哲學(xué)上實(shí)踐是檢驗(yàn)真理
唯一標(biāo)準(zhǔn)的基本原理．
● 行為的秘密性：行為的過程和結(jié)果不能危害數(shù)
據(jù)的秘密性．必要時，行為的過程和結(jié)果也應(yīng)是秘密
的；
● 行為的完整性：行為的過程和結(jié)果不能危害數(shù)
據(jù)的完整性，行為的過程和結(jié)果是預(yù)期的；
● 行為的可控性：當(dāng)行為的過程出現(xiàn)偏離預(yù)期
時，能夠發(fā)現(xiàn)、控制或糾正．
信息系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)安全和操作系統(tǒng)安全是信
息系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，密碼和網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)是信息
系統(tǒng)安全的關(guān)鍵技術(shù)．確保信息系統(tǒng)安全是一個系
６１５
武漢大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版） 第５６卷
統(tǒng)工程，只有從信息系統(tǒng)的硬件和軟件的底層做起，
從整體上采取措施，才能比較有效地確保信息系統(tǒng)
的安全．
為了表述簡單，在不會產(chǎn)生歧義時可以直接將
信息系統(tǒng)安全簡稱為信息安全．實(shí)際上，在多數(shù)情況
下是不會產(chǎn)生歧義的，而且大家已經(jīng)這樣稱呼了．
綜上所述，信息安全學(xué)科是研究信息獲取、信息
存儲、信息傳輸和信息處理領(lǐng)域中信息安全保障問
題的一門新興學(xué)科．
信息安全學(xué)科是計算機(jī)、電子、通信、數(shù)學(xué)、物
理、生物、管理、法律和教育等學(xué)科交叉融合而形成
的一門交叉學(xué)科．它與這些學(xué)科既有緊密的聯(lián)系，又
有本質(zhì)的不同．信息安全學(xué)科已經(jīng)形成了自己的內(nèi)
涵、理論、技術(shù)和應(yīng)用，并服務(wù)于信息社會，從而構(gòu)成
一個獨(dú)立的學(xué)科．
４　信息安全學(xué)科的主要研究方向和研究內(nèi)
容
　　當(dāng)前，信息安全學(xué)科的主要研究方向有：密碼
學(xué)，網(wǎng)絡(luò)安全，信息系統(tǒng)安全、信息內(nèi)容安全和信息
對抗．可以預(yù)計，隨著信息安全科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和
應(yīng)用，一定還會產(chǎn)生新的研究方向，信息安全的研究
內(nèi)容將更加豐富．
下面分別介紹５個方向的研究內(nèi)容．
① 密碼學(xué)
密碼學(xué)由密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)組成，其中
密碼編碼學(xué)主要研究對信息進(jìn)行編碼以實(shí)現(xiàn)信息隱
蔽，而密碼分析學(xué)主要研究通過密文獲取對應(yīng)的明
文信息［７］．密碼學(xué)研究密碼理論、密碼算法、密碼協(xié)
議、密碼技術(shù)和密碼應(yīng)用等．其主要研究內(nèi)容有：
● 對稱密碼；
● 公鑰密碼；
● Ｈａｓｈ函數(shù)；
● 密碼協(xié)議；
● 新型密碼：生物密碼，量子保密等；
● 密碼應(yīng)用．
② 網(wǎng)絡(luò)安全
網(wǎng)絡(luò)安全的基本思想是在網(wǎng)絡(luò)的各個層次和范
圍內(nèi)采取防護(hù)措施，以便能對各種網(wǎng)絡(luò)安全威脅進(jìn)
行檢測和發(fā)現(xiàn)，并采取相應(yīng)的響應(yīng)措施，確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)
境的信息安全．其中，防護(hù)、檢測和響應(yīng)都需要基于
一定的安全策略和安全機(jī)制．網(wǎng)絡(luò)安全的研究包括
網(wǎng)絡(luò)安全威脅、網(wǎng)絡(luò)安全理論、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)
安全應(yīng)用等．其主要研究內(nèi)容有：
● 通信安全；
● 協(xié)議安全；
● 網(wǎng)絡(luò)防護(hù)；
● 入侵檢測；
● 入侵響應(yīng)；
● 可信網(wǎng)絡(luò)．
③ 信息系統(tǒng)安全
信息系統(tǒng)是信息的載體，是直接面對用戶的服
務(wù)系統(tǒng)．用戶通過信息系統(tǒng)得到信息的服務(wù)，感知到
信息的安全與否．信息系統(tǒng)安全的特點(diǎn)是從系統(tǒng)級
的整體上考慮安全威脅與防護(hù)．它研究信息系統(tǒng)的
安全威脅、信息系統(tǒng)安全的理論、信息系統(tǒng)安全技術(shù)
和應(yīng)用．其主要的研究內(nèi)容有：
● 信息系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)安全；
● 信息系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)安全；
● 訪問控制；
● 可信計算；
● 信息系統(tǒng)安全測評認(rèn)證；
● 信息系統(tǒng)安全等級保護(hù)；
● 應(yīng)用信息系統(tǒng)安全．
④ 信息內(nèi)容安全
信息內(nèi)容安全是信息安全在政治、法律、道德層
次上的要求．我們要求信息內(nèi)容是安全的，就是要求
信息內(nèi)容在政治上是健康的，在法律上是符合國家
法律法規(guī)的，在道德上是符合中華民族優(yōu)良的道德
規(guī)范的．
信息內(nèi)容安全領(lǐng)域的研究內(nèi)容主要有：
● 信息內(nèi)容的獲??；
● 信息內(nèi)容的分析與識別；
● 信息內(nèi)容的管理和控制；
● 信息內(nèi)容安全的法律保障．
⑤ 信息對抗
隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，信息
領(lǐng)域的對抗從電子對抗發(fā)展到信息對抗．
信息對抗是：為削弱、破壞對方電子信息設(shè)備和
信息的使用效能，保障己方電子信息設(shè)備和信息正
常發(fā)揮效能而采取的綜合技術(shù)措施，其實(shí)質(zhì)是斗爭
雙方利用電磁波和信息的作用來爭奪電磁頻譜和信
息的有效使用和控制權(quán)．
信息對抗研究信息對抗的理論、信息對抗技術(shù)
和應(yīng)用．其主要的研究內(nèi)容有：
● 通信對抗；
● 雷達(dá)對抗；
● 光電對抗；
● 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對抗．
６１６
第５期張煥國等：信息安全學(xué)科體系結(jié)構(gòu)研究
５　信息安全學(xué)科的理論基礎(chǔ)
信息安全學(xué)科是數(shù)學(xué)、通信、計算機(jī)、物理、生
物、法律、管理和教育等學(xué)科的交叉學(xué)科，其理論基
礎(chǔ)和方法論基礎(chǔ)也與這些學(xué)科相關(guān)，在學(xué)科的形成
和發(fā)展過程中又豐富和發(fā)展了這些理論和方法論，
從而形成了自己特有的學(xué)科理論和方法論．
① 數(shù)學(xué)是一切自然科學(xué)的理論基礎(chǔ)，當(dāng)然也是
信息安全學(xué)科的基礎(chǔ)理論．
現(xiàn)代密碼可以分為兩類：基于數(shù)學(xué)的密碼和基
于非數(shù)學(xué)的密碼．但是，基于非數(shù)學(xué)的密碼（如量子
保密和ＤＮＡ密碼）正處在發(fā)展的初期，尚不能實(shí)際
應(yīng)用．目前廣泛應(yīng)用的密碼仍然是基于數(shù)學(xué)的密碼．
本質(zhì)上，設(shè)計一個密碼就是設(shè)計一個數(shù)學(xué)函數(shù)，而密
碼破譯就是求解某一數(shù)學(xué)難題．這就從本質(zhì)上清晰
地闡明了數(shù)學(xué)是密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)．作為密碼學(xué)理
論基礎(chǔ)之一的數(shù)學(xué)分支主要有代數(shù)、數(shù)論、概率統(tǒng)計
和組合數(shù)學(xué)等［８］．
協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)的核心，因此協(xié)議安全是網(wǎng)絡(luò)安全
的核心．作為協(xié)議安全理論基礎(chǔ)之一的數(shù)學(xué)主要有
邏輯學(xué)等．
因?yàn)樾畔踩I(lǐng)域的斗爭，本質(zhì)上都是攻防雙
方之間的斗爭，因此博弈論便成為信息安全的基礎(chǔ)
理論之一．
博弈論（Ｇａｍｅ　Ｔｈｅｏｒｙ）是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一個分
支，是研究具有對抗或競爭性質(zhì)的行為的理論與方
法［９］．一般，稱具有對抗或競爭性質(zhì)的行為為博弈行
為．在博弈行為中，參加對抗或競爭的各方各自具有
不同的目標(biāo)或利益，并力圖選取對自己最有利的或
最合理的方案．博弈論研究的就是博弈行為中對抗
各方是否存在最合理的行為方案，以及如何找到這
個合理方案．博弈論考慮對抗雙方的預(yù)期行為和實(shí)
際行為，并研究其優(yōu)化策略．博弈論的思想古已有
之，我國古代的《孫子兵法》不僅是一部軍事著作，而
且是最早的一部博弈論專著．博弈論已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)、軍
事、體育和商業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用．信息安全領(lǐng)域
的斗爭無一不具有這種對抗性或競爭性．如，網(wǎng)絡(luò)的
攻與防、密碼的加密與破譯、病毒的制毒與殺毒、信
息隱藏與攻擊、信息對抗，等等．因?yàn)樾畔踩I(lǐng)域
的斗爭，本質(zhì)上都是人與人之間的攻防斗爭，因此博
弈論便成為信息安全的基礎(chǔ)理論之一．遵循博弈論
的指導(dǎo)原則，我們將在信息安全的斗爭中，避免被
動，掌握主動，立于不敗之地．
② 信息論、控制論和系統(tǒng)論是現(xiàn)代科學(xué)的基
礎(chǔ)，因此也是信息安全學(xué)科的基礎(chǔ)理論．
信息論是香農(nóng)為解決現(xiàn)代通信問題而創(chuàng)立的；
控制論是維納在解決自動控制技術(shù)問題中建立的；
系統(tǒng)論是為了解決現(xiàn)代化大科學(xué)工程項(xiàng)目的組織管
理問題而誕生的．它們本來都是獨(dú)立形成的科學(xué)理
論，但它們相互之間緊密聯(lián)系，互相滲透，在發(fā)展中
趨向綜合、統(tǒng)一，有形成統(tǒng)一學(xué)科的趨勢．這些理論
是信息安全學(xué)科的基礎(chǔ)理論．
信息論奠定了密碼學(xué)和信息隱藏的基礎(chǔ)．密碼
學(xué)和信息隱藏的發(fā)展至今沒有超越信息論的范疇．
信息論對信息源、密鑰、加密和密碼分析進(jìn)行了數(shù)學(xué)
分析，用不確定性和唯一解距離來度量密碼體制的
安全性，闡明了密碼體制、完善保密、理論保密和實(shí)
際保密等重要概念，把密碼置于堅實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之
上，標(biāo)志著密碼學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科的形成．從此，
信息論成為密碼學(xué)的重要的理論基礎(chǔ)之一［１０～１２］．
從信息論角度看，信息隱藏（嵌入）可以理解為
在一個寬帶信道（原始宿主信號）上用擴(kuò)頻通信技術(shù)
傳輸一個窄帶信號（隱藏信息）．盡管隱藏信號具有
一定的能量，但分布到信道中任意特征上的能量是
難以檢測的．隱藏信息的檢測是一個有噪信道中弱
信號的檢測問題［１３］．因此，信息論構(gòu)成了信息隱藏
的基礎(chǔ)．系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律
的科學(xué)［１４］．系統(tǒng)論的核心思想是整體觀念．任何一
個系統(tǒng)都是一個有機(jī)的整體，不是各個部件的機(jī)械
組合和簡單相加．系統(tǒng)的功能是各部件在孤立狀態(tài)
下所不具有的．系統(tǒng)論的能動性不僅在于認(rèn)識系統(tǒng)
的特點(diǎn)和規(guī)律，更重要地在于利用這些特點(diǎn)和規(guī)律
去控制、管理、改造或創(chuàng)造一個系統(tǒng)，使它的存在和
發(fā)展符合人的需求．
控制論是研究機(jī)器、生命社會中控制和通信的
一般規(guī)律的科學(xué)［１５，１６］．它研究動態(tài)系統(tǒng)在變化的環(huán)
境條件下如何保持平衡狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)．控制論中
把“控制”定義為，為了改善受控對象的功能或狀態(tài)，
獲得并使用一些信息，以這種信息為基礎(chǔ)施加到該
對象上的作用．由此可見，控制的基礎(chǔ)是信息，信息
的傳遞是為了控制，任何控制又都依賴于信息反饋．
信息安全遵從“木桶原理”．這“木桶原理”正是
系統(tǒng)論的思想在信息安全領(lǐng)域的體現(xiàn)．
保護(hù)、檢測、反應(yīng)（ＰＤＲ）策略是確保信息系統(tǒng)和
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的基本策略．在信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
中，系統(tǒng)的安全狀態(tài)是系統(tǒng)的平衡狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)．
惡意軟件的入侵打破了這種平衡和穩(wěn)定．檢測到這
種入侵，便獲得了控制的信息，進(jìn)而殺滅這些惡意軟
件，使系統(tǒng)恢復(fù)安全狀態(tài)．
６１７
武漢大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版） 第５６卷
確保信息系統(tǒng)安全是一個系統(tǒng)工程，只有“從信
息系統(tǒng)的硬件和軟件的底層做起，從整體上采取措
施，才能比較有效地確保信息系統(tǒng)的安全”［１～４］．
以上策略和觀點(diǎn)已經(jīng)經(jīng)過信息安全的實(shí)踐檢
驗(yàn)，證明是正確的，是行之有效的．它們符合系統(tǒng)論
和控制論的基本原理．這表明，系統(tǒng)論和控制論是信
息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)理論．
③ 信息安全學(xué)科的許多問題是計算安全問題，
因此計算理論也是信息安全學(xué)科的理論基礎(chǔ)，其中
包括可計算性理論和計算復(fù)雜性理論等．
可計算性理論是研究計算的一般性質(zhì)的數(shù)學(xué)理
論．它通過建立計算的數(shù)學(xué)模型，精確區(qū)分哪些是可
計算的，哪些是不可計算的．對于判定問題，可計算
性理論研究哪些問題是可判定問題，哪些問題是不
可判定問題［１７］．
計算復(fù)雜性理論使用數(shù)學(xué)方法對計算中所需的
各種資源的耗費(fèi)作定量的分析，并研究各類問題之
間在計算復(fù)雜程度上的相互關(guān)系和基本性質(zhì)［１８］．計
算復(fù)雜性理論是計算理論在可計算理論之后的又一
個重要發(fā)展．可計算理論研究區(qū)分哪些是可計算的，
哪些是不可計算的，但是這里的可計算是理論上的
可計算，或原則上的可計算．而計算復(fù)雜性理論則進(jìn)
一步研究現(xiàn)實(shí)的可計算性，如研究計算一個問題類
需要多少時間，多少存儲空間．研究哪些問題是現(xiàn)實(shí)
可計算的，哪些問題雖然是理論可計算的，但因計算
復(fù)雜性太大而實(shí)際上是無法計算的．
眾所周知，授權(quán)是信息系統(tǒng)訪問控制的核心，信
息系統(tǒng)是安全的，其授權(quán)系統(tǒng)必須是安全性的．可計
算性的理論告訴我們：一般意義上，對于給定的授權(quán)
系統(tǒng)是否安全這一問題是不可判定問題，但是一些
“受限”的授權(quán)系統(tǒng)的安全問題又是可判定問題［１９］．
由此可知，一般操作系統(tǒng)的安全問題是一個不可判
定問題，而具體的操作系統(tǒng)的安全問題卻是可判定
問題．又例如，著名的“停機(jī)問題”是不可判斷問題，
而具體程序的停機(jī)問題卻是可判斷的．由此可知，一
般計算機(jī)病毒的檢測是不可判定問題，而具體軟件
的計算機(jī)病毒檢測又是可判定問題．這就說明了可
計算理論是信息信息系統(tǒng)安全的理論之一．
本質(zhì)上密碼破譯就是求解一個數(shù)學(xué)難題，如果
這個難題是理論不可計算的，則這個密碼就是理論
上安全的．如果這個難題雖然是理論可計算的，但是
由于計算復(fù)雜性太大而實(shí)際上不可計算，則這個密
碼就是實(shí)際安全的，或計算上安全的．“一次一密”密
碼是理論上安全的密碼，其余的密碼都只能是計算
上安全的密碼．根據(jù)計算復(fù)雜性理論的研究，ＮＰＣ
類問題是最難計算的一類問題．公鑰密碼的構(gòu)造往
往基于一個ＮＰＣ問題，以使密碼是計算上安全的．
如，ＭｃＥｌｉｅｃｅ密碼基于糾錯碼的一般譯碼是ＮＰＣ
問題．背包密碼基于求解一般背包問題是ＮＰＣ 問
題．ＭＱ 密碼基于多變量二次非線性方程組的求解
問題是ＮＰＣ問題，等等．這說明計算復(fù)雜性理論是
密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)之一．
綜上可知，數(shù)學(xué)、信息論和計算復(fù)雜性理論是密
碼學(xué)的理論基礎(chǔ)之一．
６　信息安全學(xué)科的方法論基礎(chǔ)
笛卡爾在１６３７年出版了著作《方法論》，研究論
述了解決問題的方法，對西方人的思維方式和科學(xué)
研究方法產(chǎn)生了極大的影響．笛卡爾在書中把研究
的方法劃分為四步：
① 永不接受任何我自己不清楚的真理．對自己
不清楚的東西，不管是什么權(quán)威的結(jié)論，都可以懷
疑．
② 將要研究的復(fù)雜問題，盡量分解為多個比較
簡單的小問題，一個一個地解決．
③ 將這些小問題從簡單到復(fù)雜排序，先從容易
解決的問題入手．
④ 將所有問題解決后，再綜合起來檢驗(yàn)，看是
否完全，是否將問題徹底解決了．
笛卡爾的方法論強(qiáng)調(diào)了把復(fù)雜問題分解成一些
細(xì)小的問題分別解決，是一種分而治之的思想．但是
它忽視了各個部分的關(guān)聯(lián)和彼此影響．近代科學(xué)特
別系統(tǒng)論的發(fā)展使我們發(fā)現(xiàn)，許多復(fù)雜問題無法分
解，分解之后的局部并不具有原來整體的性質(zhì)，因此
必須用整體的思想和方法來處理，由此導(dǎo)致系統(tǒng)工
程的出現(xiàn)．方法論由傳統(tǒng)的方法論發(fā)展到系統(tǒng)性的
方法論．系統(tǒng)工程的出現(xiàn)推動了信息科學(xué)技術(shù)的快
速發(fā)展［２０，２１］．
信息安全學(xué)科有自己的方法論，既包含分而治
之的傳統(tǒng)方法論，又包含綜合治理的系統(tǒng)工程方法
論，而且將這兩者有機(jī)地融合為一體．信息安全學(xué)科
的方法論與數(shù)學(xué)或計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的方法論既有
聯(lián)系又有區(qū)別．具體概括為，理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、技
術(shù)實(shí)現(xiàn)、逆向分析四個核心內(nèi)容，這四者既可以獨(dú)立
運(yùn)用，也可以相互結(jié)合，指導(dǎo)解決信息安全問題，推
動信息安全學(xué)科發(fā)展．
其中的逆向分析是信息安全學(xué)科所特有的方法
論．這是因?yàn)樾畔踩I(lǐng)域的斗爭，本質(zhì)上都是攻防
雙方之間的斗爭，信息安全學(xué)科的每一分支都具有
６１８
第５期張煥國等：信息安全學(xué)科體系結(jié)構(gòu)研究
攻和防兩個方面，因此必須從攻和防兩個方面進(jìn)行
分析研究．例如，在進(jìn)行密碼設(shè)計時要遵從公開設(shè)計
原則，即假設(shè)對手知道密碼算法、掌握足夠的明密文
數(shù)據(jù)資源、擁有足夠的計算資源，在這樣的條件下仍
要確保密碼是安全的．在進(jìn)行信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
安全設(shè)計時，首先要進(jìn)行安全威脅分析和風(fēng)險評估．
這些做法就是逆向分析方法論的具體應(yīng)用，并且已
被實(shí)踐證明是正確的和有效的．
信息安全所面對的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、安全防
御體系、組織管理和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等層次組成的安全保
障體系是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)．在這種復(fù)雜巨系統(tǒng)環(huán)境
中，信息安全是通過主體對客體的作用體現(xiàn)的，而
這種作用具有時空復(fù)雜性．另外，信息安全領(lǐng)域?qū)?
的本質(zhì)是人與人之間的對抗，而人是最智能的．不考
慮人的因素，是不可能有效解決信息安全問題的．
因此，我們應(yīng)當(dāng)以“人”為核心，運(yùn)用定性分析與
定量分析相結(jié)合、注意量變會引發(fā)質(zhì)變、綜合處理、
追求整體效能，解決信息安全中的理論、技術(shù)和應(yīng)用
問題等．
我們提出的“從軟硬件底層做起，從整體上采取
措施，才能比較有效地解決信息系統(tǒng)安全問題”［１～４］
的學(xué)術(shù)思想，就是這一方法論思想的體現(xiàn)．
７　結(jié)　論
本文是在制定我國信息安全專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)
范和信息安全學(xué)科建設(shè)的過程中形成的．
信息安全已成為影響國家安全、社會穩(wěn)定和經(jīng)
濟(jì)發(fā)展的決定性因素之一，因此成為世界信息科學(xué)
與技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)．
信息安全學(xué)科是計算機(jī)、電子、通信、數(shù)學(xué)、物
理、生物、管理、法律和教育等學(xué)科交叉融合而形成
的一門交叉學(xué)科．它與這些學(xué)科既有緊密的聯(lián)系，又
有本質(zhì)的不同．信息安全學(xué)科已經(jīng)形成了自己的學(xué)
科內(nèi)涵、理論、技術(shù)和應(yīng)用，并服務(wù)于信息社會，從而
構(gòu)成一個獨(dú)立的學(xué)科．任何一個現(xiàn)有學(xué)科都無法完
全包含信息安全學(xué)科．
建設(shè)我國信息安全保障體系、發(fā)展信息安全技
術(shù)與產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)各層次創(chuàng)新型信息安全人才是關(guān)鍵．
我國已經(jīng)形成了完整的信息安全學(xué)科體系，因此應(yīng)
當(dāng)把信息安全學(xué)科設(shè)置為一級學(xué)科，只有這樣才符
合我國信息安全學(xué)科發(fā)展的客觀事實(shí)，理順信息安
全學(xué)科管理，才能適應(yīng)國家和社會對信息安全的迫
切需求，更有利于我國信息安全學(xué)科建設(shè)和人才培
養(yǎng)．
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