前 言
本书旨在从应用的观点来介绍计算机安全的一般原则。通过本书，读者能熟悉常见的网络攻击，包括病毒、蠕虫、密码破解、按键记录器、拒绝服务、DNS缓存中毒、端口扫描、欺骗和网络钓鱼。读者还能学到与计算机和网络脆弱性相关的鉴别和防御技术以及用于检测和修复受感染系统的方法。读者也将学习如加密、数字签名、加密协议和访问控制模型等安全系统的基本构建块。同时，读者还将学习如锁、手机、ATM机和信用卡等相关常用物品的安全原则。最后，读者将学习与人文、社会和经济相关的计算机安全，包括可用性、接口、数字版权管理、社会工程、垃圾邮件业务、伦理和法律问题。
方 法
本书的设计是独立的，而不是假设读者已掌握了操作系统、程序执行、网络、数据库和Web等的相关知识。在介绍相关主题的安全问题时，本书都介绍理解这些主题所必需的背景知识。因此，本书不同于高级课本，高级课本可能需要更广泛的计算机科学背景知识，并将重点集中在计算机安全方面。本书只需要计算方面的基本预备知识，所以它既适用于计算机科学专业的初级或中级学生，也适用于选修计算机科学专业的学生和非计算机科学专业的学生，当然假定后者略有计算机科学的背景知识。本书可以作为计算机安全导论课程的教材，它有助于提高学生的认知，并从计算机安全的视角获得计算主题的丰富知识。
此外，本书虽然讨论了加密，但它不同于纯粹的密码学教材，纯粹的密码学教材侧重于数学和安全的计算基础。而本书讨论加密时，先讨论加密所提供的功能和如何使用加密来建立安全的系统，稍后才涉及一些特定的加密方法。本书的最后三章对密码学进行了介绍，这部分是独立的，所以在计算机安全课程或自学时，读者可以根据需要，自行决定早点或晚点学习这三章内容。
先修科目
实践早已证明，计算机安全课程的教学是富有争议并具有挑战性的。第一个问题是这一课程所需的先修科目。传统上，计算机安全课程需要广泛的计算机科学和数学背景，且需要先修过如算法、操作系统、计算机网络或软件工程等初级/高级课程。典型的假设是，为了学习计算机安全，学生需要具备计算机系统如何运行的高级知识，且有非凡的编程能力和深厚的数学功底。这种方法为教师选择高级主题和项目提供了灵活性。但是，这也导致了精通计算机安全的信息技术专业人员的短缺。此外，这种传统方法也使选修计算机科学的学生和非计算机专业的学生不能学习计算机安全这门课程。
而这本计算机安全教材适用于计算机科学系列的导论课程，如作为原ACM计算机科学课程中传统的CS1/CS2系列。为了解决所需的背景知识，在介绍计算机安全时，为了使读者能理解所介绍的特定的计算机安全主题，本书同时提供计算所需的基础教程。因此，使用本教材的课程，教学能达到双重效果：既学习了如访问控制、防火墙和病毒等计算机安全主题，又介绍了在算法、操作系统、网络、数据库和编程语言中的许多基本计算机科学的概念。我们确信，本书能传授基本的计算机安全概念、能为学生提供刚好够用的应对安全威胁及对策的工作知识、也能为学生理解这些内容提供即时的计算机科学背景材料。因此，在信息安全设置中，本书能运用和增加学生编程和算法的知识，因为对于开发有效的安全解决方案而言，坚实的编程训练和高效的算法都是至关重要的。
在先修课程方面：我们假设读者已熟悉某种高级编程语言，如C、C + +、Python或Java语言，并能理解这类高级编程语言的主要结构。此外，我们还假设读者熟悉基本数据结构和计算机系统的基本概念。
计算机科学概念
本书是专为普及而写的，以便鼓励学生考虑安全问题，并在设计软件应用程序或决定购买计算机硬件或软件时，提前部署安全机制。这一技能的优势会在将来的就业中体现出来，在金融、医疗保健和技术部门的公司中，计算机系统的安全通常是至关重要的需求。除了训练信息安全技术的专业人才之外，本书的目标是培养具有计算机安全常识的用户，在网上银行服务、购物和社交网络等日常生活中，当用户使用计算机和互联网时，会对安全后果有清醒的认知。最后，但不限于此，最近电子投票以及广告客户和政府机构对互联网用户的跟踪也是编写本书的一个动机，我们希望学生能意识到对个人隐私存在潜在的威胁，且民主本身可能也存在问题，这些都源自于不当地使用计算机安全技术的缘故。
主题表格
本书的主题和相关的基本计算机科学概念如表1所示。
表1 本书主题和相关的基本计算机科学的概念
主题 子主题 相关概念 代码执行 缓冲区溢出、沙盒和移动代码 编程语言、软件工程 恶意软件 病毒、蠕虫和检测 计算复杂性、模式匹配 访问控制 用户、角色、策略和文件权限 操作系统 验证 密码系统、散列、数字签名和证书 算法、数据结构和计算复杂性 网络安全 SYN洪水、ARP和IP欺骗、防火墙、拒绝服务和入侵检测 计算机网络的模型和协议 人类和社会问题 可用性、社会工程和数字版权管理 用户界面和计算机伦理学 Web服务器 SQL注入 数据库 电子邮件 垃圾邮件和垃圾邮件过滤 机器学习和计算复杂性
练习与项目
本书的每一章都包括大量的练习和项目集。练习细分为强化练习和创新练习。强化练习测试读者对本章所介绍的主题和原则的理解程度，创新练习测试读者在新背景下应用本章所学知识的能力。在项目方面，我们有一个项目集，它既集中用于计算机安全的课程中，也适用于涉及计算机安全主题的相关课程中。还有各种的可选集能使教师定制项目，以适应不同的学习模式和实验室资源。
致读者
对本书的读者而言，配套网站提供了以下的补充材料：
* 本书中选定习题的答案。
* 本书中大量主题的PDF格式的教案。
* 电子版的参考书目，可以链接到引用文章的授权电子版。
致教师
下面的补充材料有助于教师用本书来讲授这门课程：
* 包括本书大量主题的PowerPoint格式的教案。
* 选定习题的电子解决方案手册。
* 以下主题的完整的已开发的编程项目：
（1）蠕虫的传播和检测。
（2）防火墙的配置与管理。
（3）Web应用程序和Web服务器攻击。
（4）数字版权管理。
通过破坏安全或保护系统免受攻击的挑战，每个项目都能激发学生的创新能力。
关于作者
在计算机安全、算法和数据结构的研究中，Goodrich 和 Tamassia 教授是得到公认的，针对这些主题，他们已发表了多篇论文，并开发了计算机安全、密码学、云计算、信息可视化和几何计算的应用。在由美国国家科学基金会、美国陆军研究办公室和国防高级研究计划局资助的几个合作项目中，他们曾担任首席研究员。他们还活跃在教育技术研究的领域中，并已出版了若干书籍，其中包括被广泛采用的《数据结构与算法》这本教材。
Michael Goodrich在普渡大学获得计算机科学的博士学位。他目前是加州大学欧文分校计算机科学系校长级教授。此前，他曾是约翰霍普金斯大学的教授。他是Journal of Computer and Systems Sciences和Journal of Graph Algorithms and Applications的编辑。他是富布莱特的学者、计算机协会（ACM）的杰出科学家、美国科学促进会（AAAS）、ACM和电气和电子工程师学会（IEEE）的院士。
Roberto Tamassia在伊利诺伊大学香槟分校的电子与计算机工程系获得博士学位。他目前是计算机科学的Plastech教授，是布朗大学计算机科学系的系主任。他是Journal of Graph Algorithms and Applications的创刊人和主编。此前，他还担任了Computational Geometry: Theory and Applications和IEEE Transactions on Computers的编委。他是电气和电子工程师学会（IEEE）的院士。
除了他们的研究成果之外，作者还有丰富的教学经验。如Goodrich教过数据结构与算法课程、有作为初级课程的数据结构、有作为中级课程的应用密码学及作为高级课程的互联网算法。他还获得了许多教学奖励。Tamassia教过作为入门级课程的数据结构与算法、高级研究生课程的计算几何。在过去几年里，他已经针对大二学生开设了“计算机系统安全概论”这门新的计算机安全课程。 他从2006年开始讲授这门课程，这也有助于框定本书的主题。另外，他的教学风格与众不同之处在于：他有效地利用了与Web集成的交互式超媒体教案。
致谢
还有许多人对本书的编写做出了贡献。我们要特别感谢Dan Rosenberg，他深入地研究了一些主题，并给出了许多有用的建议，它们已成为本书大量的重要内容和插图。如果没有他，也不会有今天这本书。
Bernardo Palazzi渊博的知识和他在计算机安全的教学经验成了这本书写作的宝贵资源。我们感谢他给出专家意见和许多模拟讨论。
我们也感谢Wenliang Du的一些建议，感谢他所工作的美国国家科学基金会资助的安全教育项目（SEED），它资助了本书中的几个项目。
我们感谢所有的研究合作者、助教和学生，他们促成了本书的完成，给出了有关章节早期草稿的反馈意见，并帮助我们编写练习、开发项目和提供补充材料。我们尤其要感谢Vesselin Arnaudov、Alex Heitzmann、Aaron Myers、Jonathan Natkins、Aurojit Panda、Charalampos Papamanthou、Neal Poole、Jennie Rogers、Michael Shim、Nikos Triandopoulos、Saurya Velagapudi和Danfeng Yao。
与几位同事的讨论也有助于我们强调本书的内容和格式。我们要特别感谢Mikhail Atallah、Tom Doeppner、Stanislaw Jarecki、Anna Lysyanskaya、John Savage、Robert Sloan、Dawn Song、Gene Tsudik、V. N.Venkatakrishnan、Giovanni Vigna和William Winsborough。
我们确要感谢外部评审者丰富的注释和建设性的批评意见，这些都是非常有用的。
我们感谢编辑Matt Goldstein，他给予了很好的支持并给出了完美的建议。Addison- Wesley团队已经非常了不起了。还要感谢Chelsea Bell、Jeffrey Holcomb和Jeri Warner。
本书的手稿主要是LATEX排版包。大多数的图是在Microsoft PowerPoint中绘制的。
最后，我们要衷心感谢Isabel Cruz、Karen Goodrich、Giuseppe Di Battista、Franco Preparata、Ioannis Tollis和我们的父母在本书编写的各个阶段所提供的意见、鼓励和支持。我们也感谢在写书之外他们对我们生活的照顾。
Michael T. Goodrich
Roberto Tamassia
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IV
计算机安全导论
V
前 言
