Security, privacy and data integrity

歡迎來到第 6 章：保安、私隱與數據完整性！

各位未來的電腦科學家，大家好！這一章非常重要，因為我們將超越單純了解電腦如何「運作」，轉而聚焦於如何確保數據的「安全」與「正確」。在這個萬物皆聯網的時代，理解保安、私隱與完整性不僅是學術要求，更是生活中必不可少的知識。

別擔心某些術語聽起來很生硬，我們會透過你日常生活中會遇到的例子，以淺顯易懂的方式為你剖析。讓我們一起攻克這一課吧！

---

6.1 數據保安 (Data Security)

理解核心概念：SPI

在深入探討技術措施之前，我們必須先釐清三個學生常混淆的術語：

1. 數據保安 (Data Security)

數據保安 指的是保護數據及其儲存系統，防止未經授權的存取、修改或破壞。簡單來說，就是把壞人擋在門外。
例子：透過密碼和防火牆保護敏感的客戶資料庫。

2. 數據私隱 (Data Privacy)

數據私隱 指的是個人有權控制其個人資料被收集、使用及分享的方式。它確保只有必要的數據會被收集，並且在合乎道德的前提下使用。
例子：確保公司在未經你明確許可的情況下，不得將你的電郵地址出售給廣告商。

3. 數據完整性 (Data Integrity)

數據完整性 確保數據在其整個生命週期中都是準確、完整、一致且可靠的。這意味著數據沒有被意外或惡意篡改。
例子：如果學生的成績記錄為「A」，除非經過特定的授權更改，否則它必須保持為「A」。如果傳輸錯誤導致它變成了「G」，那麼完整性就喪失了。

---

網絡與互聯網帶來的保安威脅

電腦系統，特別是連接到網絡和互聯網的系統，時刻面臨危險。這些威脅通常分為兩類：蓄意（惡意攻擊）與無意（錯誤）。

惡意程式 (Malware)

惡意程式是專門為了干擾、損壞或獲取電腦系統未經授權存取而設計的軟件。

• 病毒 (Virus)： 附著在合法程式上並自我複製，從而造成損害或損壞檔案。
• 間諜軟件 (Spyware)： 暗中監控用戶活動（如按鍵記錄或瀏覽過的網站），並將這些資料回傳給第三方。

未經授權存取與社交工程

• 黑客 (Hackers)： 擅自進入電腦系統的人，通常是利用軟件或保安措施中的漏洞進行攻擊。
• 網絡釣魚 (Phishing)： 一種社交工程，攻擊者會偽裝成可信的實體（如銀行或知名公司），透過電子通訊誘騙用戶洩露敏感資訊（如密碼或信用卡號碼）。
  比喻：網絡釣魚就像用魚餌（偽造電郵）來釣取密碼。
• 網域欺騙 (Pharming)： 在用戶不知情的情況下，將用戶從合法的網站重定向到虛假網站，即使輸入了正確的網址也一樣。這通常是透過污染 DNS 伺服器快取來實現的。
  你知道嗎？網域欺騙比網絡釣魚更高級，因為用戶甚至不需要點擊可疑連結；他們的電腦或網絡會自動將他們發送到詐騙網站。

保護系統與數據的保安措施

我們採用多層次防護來保護電腦系統本身（例如防火牆）以及其中儲存的特定數據（例如加密）。

1. 認證與存取控制

這些措施用於驗證用戶身份並控制該用戶被允許進行的操作。

• 用戶帳戶與密碼： 最常見的方法。強密碼會結合大小寫字母、數字和符號。
• 認證技術：
  • 生物認證 (Biometrics)： 利用獨特的生理特徵（指紋、虹膜掃描）來驗證身份。
  • 數碼簽署 (Digital Signatures)： 用於驗證訊息或文件真實性和完整性的數學方案。它能證明寄件人的身份，並確保數據未被篡改。
• 存取權限： 決定哪些用戶或組別可以讀取、寫入、修改或刪除特定的檔案或資源。

2. 系統保護軟件

• 防火牆 (Firewall)： 一種保安屏障（硬體或軟件），根據預設的保安規則監控並控制流入和流出的網絡流量。它就像在門口檢查身份證的保安。
• 防毒軟件 (Anti-virus Software)： 掃描、偵測並移除或隔離已知的病毒及其他惡意程式。
• 反間諜軟件 (Anti-spyware)： 專門設計用於偵測並移除未經許可追蹤用戶活動的程式。

3. 加密 (Encryption)

加密 是將明文（可讀的數據）轉換為 密文（不可讀、亂碼的數據）的過程，需要使用算法和密鑰，使未經授權的一方無法使用。

• 如果黑客竊取了加密數據，他們只會得到無法讀取的密文。
• 數據只能由擁有正確 密鑰 (key) 的人轉換回明文（即解密）。

---

6.2 數據完整性 (Data Integrity)

如前所述，數據完整性 意味著數據是準確且有效的。我們主要透過兩個不同的過程來實現：數據驗證 (Data Validation) 和 數據核對 (Data Verification)。

數據驗證 vs. 數據核對

這是兩個極為關鍵的區分！

數據驗證 (Data Validation)

驗證 是檢查輸入的數據是否「合理」且「遵守預設規則」。它根據既定的限制來檢查輸入內容。它不能保證數據絕對正確，只能保證數據是可以接受的。
比喻：檢查輸入的電話號碼是否有 10 位數字（驗證），但不會檢查這是否是你打算撥打的那個人（核對）。

數據核對 (Data Verification)

核對 是檢查輸入電腦的數據是否與原始來源數據「相符」。它確保在抄錄或傳輸過程中的準確性。

數據驗證的方法

這些檢查內建於軟件中，用以立即標示不正確的輸入。

• 範圍檢查 (Range Check)： 檢查數值是否落在指定的最小值和最大值之間。
  例子：考試分數必須在 0 到 100 之間。
• 限制檢查 (Limit Check)： 檢查是否符合單一的最大值或最小值。
  例子：年齡必須大於或等於 18 歲（最小值限制）。
• 格式檢查 (Format Check)： 檢查數據是否為正確的類型或模式。
  例子：日期必須以 DD/MM/YYYY 的格式輸入。
• 長度檢查 (Length Check)： 檢查數據是否包含所需的字元數量。
  例子：密碼長度必須至少 8 個字元。
• 存在檢查 (Presence Check)： 確保欄位沒有留空（即數據必須存在）。
  例子：「姓氏」欄位不能為空。
• 一致性檢查 (Existence Check)： 檢查輸入的數據是否已存在於檔案或資料庫中。
  例子：登入時，輸入的用戶 ID 必須存在於合法用戶名單中。
• 校對碼 (Check Digit)： 對原始數值數據（如條碼或 ISBN）進行數學運算，產生一或兩個額外的位數。當數據被輸入時，系統會再次計算並進行比對，如果不匹配，則數據輸入無效。
  例子：廣泛用於信用卡號碼和產品條碼，以捕捉輸入錯誤。

給學生的貼士：記住這個口訣：Really Fine Lunch Provides Every Check（範圍、格式、長度、存在、一致性、校對碼）。

數據核對的方法（輸入期間）

這些方法確保數據是從原始文件正確鍵入的。

• 視覺檢查 (Visual Check)： 一種人工檢查，即檢查員將螢幕上輸入的數據與原始文件進行比較。
• 雙重輸入 (Double Entry)： 數據由兩名不同的操作員或兩套程式鍵入系統兩次。電腦隨後比較這兩次輸入，任何差異都會標記錯誤，需要人工核對。

數據核對的方法（傳輸期間）

數據在透過網絡傳輸時可能會損壞。核對方法用於偵測這些傳輸錯誤。

1. 同位檢查 (Parity Check)

同位檢查 在數據位元組中增加一個額外的位元（同位位元 Parity bit），以確保位元組中「1」的總數始終為偶數（偶同位）或始終為奇數（奇同位）。

• 運作方式（以偶同位為例）：
  

  如果數據位元組是 10100010（有 3 個 1，為奇數），同位位元設為 1。完整的位元組變成 101000101（有 4 個 1，變為偶數）。

  如果數據位元組是 11000010（有 3 個 1，為奇數），同位位元設為 1。完整的位元組變成 110000101（有 4 個 1，變為偶數）。

• 位元組同位： 檢查每個傳輸的單一位元組。
• 區塊同位： 跨多個位元組區塊檢查（使用橫向和縱向檢查），以精確識別單個錯誤可能發生的位置。

常見錯誤：同位檢查只能偵測奇數個錯誤（1、3、5 等）。如果傳輸期間有 2 個位元翻轉，同位結果仍然正確，錯誤將無法被偵測。

2. 總和檢查碼 (Checksum)

總和檢查碼 是將數據區塊（多個位元組）視為一個大數值並進行相加。

• 流程：
  1. 傳送方計算數據區塊中所有位元組的總和。
  2. 這個總和（即 Checksum）會隨數據區塊一起發送。
  3. 接收方計算所接收數據區塊的總和。
  4. 如果接收方的總和與傳送方的 Checksum 匹配，則數據完整性通過驗證。
• Checksum 比簡單的同位檢查更強大，因為它們通常可以偵測到數據區塊中的多個錯誤。