核心觀念

本題考查兩部分：

1. 對稱式加密與非對稱式加密的基本原理、金鑰管理方式及適用情境。
2. TCP/IP 網路架構中，傳輸層及網際網路層常見的資訊安全通訊協定與功能。

加密的基本目的包括：

• 機密性（Confidentiality）：防止未授權者讀取內容。
• 完整性（Integrity）：確認資料在傳輸過程中未遭竄改。
• 身分鑑別（Authentication）：確認通信對象的身分。
• 不可否認性（Non-repudiation）：使發送者難以否認曾經簽署或傳送資料。

需注意，加密本身主要處理機密性；完整性、身分鑑別及不可否認性通常須搭配 MAC、數位簽章、憑證及金鑰管理機制。

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一、對稱式加密法

1. 定義與基本原理

對稱式加密法（Symmetric Encryption）是指加密與解密使用同一把秘密金鑰，或使用彼此容易推導的金鑰。

設明文為 $P$，密文為 $C$，金鑰為 $K$，則：

$$C=E_K(P)$$

解密時使用相同金鑰：

$$P=D_K(C)$$

並且滿足：

$$D_K(E_K(P))=P$$

通信雙方必須在傳輸資料前，安全地取得共同秘密金鑰。

2. 常見演算法

常見對稱式加密演算法包括：

• AES
• 3DES
• DES
• ChaCha20

其中 DES 金鑰長度較短，現今已不具足夠安全性；3DES 效能較低且逐漸淘汰。實務上主要採用 AES 或 ChaCha20。

3. 優點

• 加解密速度快，適合大量資料及串流資料。
• 所需運算資源較少。
• 適用於檔案加密、磁碟加密及網路連線資料加密。

4. 缺點

• 金鑰配送問題：雙方必須先安全交換秘密金鑰。
• 金鑰數量快速增加：若有 $n$ 個使用者，任兩人均須建立獨立秘密金鑰，約需：

$$\frac{n(n-1)}{2}$$

把金鑰。

• 不易直接提供不可否認性，因為通信雙方共同持有同一把金鑰，無法單獨證明資料必然由其中一方產生。

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二、非對稱式加密法

1. 定義與基本原理

非對稱式加密法（Asymmetric Encryption），又稱公開金鑰加密法（Public-Key Cryptography），每位使用者具有一對金鑰：

• 公開金鑰（Public Key）：可公開提供他人使用。
• 私密金鑰（Private Key）：由持有人保管，不得外洩。

公開金鑰與私密金鑰在數學上互相對應，但由公開金鑰推導私密金鑰在計算上不可行。

2. 用於機密性

若甲要傳送機密資料給乙，甲使用乙的公開金鑰加密：

$$C=E_{K_{Bpub}}(P)$$

乙再使用自己的私密金鑰解密：

$$P=D_{K_{Bpri}}(C)$$

只有持有乙私密金鑰的乙能解開資料，因此可提供機密性。

3. 用於數位簽章

若甲要證明資料確實由自己發出，甲使用自己的私密金鑰產生數位簽章：

$$S=Sign_{K_{Apri}}(H(P))$$

其中 $H(P)$ 是明文的雜湊值。乙使用甲的公開金鑰驗證簽章：

$$Verify_{K_{Apub}}(P,S)=True$$

數位簽章可驗證：

• 發送者身分。
• 資料完整性。
• 發送者對該資料的簽署事實。

但數位簽章本身不等於加密。若要同時具備機密性與簽章功能，須分別使用對方的公開金鑰加密及自己的私密金鑰簽署。

4. 常見演算法

• RSA
• Diffie-Hellman
• Elliptic Curve Cryptography, ECC
• Elliptic Curve Diffie-Hellman, ECDH
• Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, ECDSA

其中 Diffie-Hellman 主要用於建立共同秘密，不是直接用來加密大量應用資料。

5. 優點

• 公開金鑰可公開散布，改善秘密金鑰配送問題。
• 可支援數位簽章、身分鑑別及不可否認性。
• 金鑰管理規模較容易擴充，每位使用者主要管理自己的私密金鑰。

6. 缺點

• 加解密速度遠慢於對稱式加密。
• 運算成本及金鑰長度通常較高。
• 必須依賴憑證、憑證授權中心（CA）及憑證驗證機制，確認公開金鑰確實屬於特定使用者。
• 公開金鑰加密本身無法保證通信對象沒有遭中間人冒充，必須搭配憑證及憑證鏈驗證。

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三、對稱式與非對稱式加密法之差異

比較項目	對稱式加密	非對稱式加密
金鑰數量	通信雙方共享同一把秘密金鑰	每人具有公開金鑰與私密金鑰
加解密金鑰	相同或可由彼此推導	公開金鑰與私密金鑰不同
運算速度	快	慢
適用資料量	適合大量資料	適合少量資料、金鑰交換及簽章
金鑰配送	困難，須安全傳送秘密金鑰	公開金鑰可公開散布
身分鑑別	不適合單獨完成	可透過數位簽章完成
不可否認性	通常不具備	可透過數位簽章提供
主要風險	秘密金鑰配送與保管	私密金鑰保護、憑證信任及演算法安全性

混合式加密

現代安全通訊通常採用混合式加密：

1. 使用非對稱式加密或金鑰交換協定建立工作階段金鑰。
2. 使用對稱式加密處理實際大量資料。
3. 使用 MAC 或 AEAD 機制確認資料完整性。
4. 使用憑證及數位簽章進行身分鑑別。

這樣可同時取得非對稱式加密的金鑰交換能力與對稱式加密的高效率。

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四、傳輸層的資訊安全通訊協定：TLS／SSL

1. 協定定位

TCP/IP 架構中，SSL/TLS 通常位於應用程式與 TCP 之間，嚴格而言不是 TCP 本身的內建安全功能，而是建立在可靠傳輸協定之上的安全通訊協定。

• SSL（Secure Sockets Layer）：較早期的安全協定，SSL 2.0、SSL 3.0 已不安全。
• TLS（Transport Layer Security）：SSL 的後續標準，現代網路主要使用 TLS 1.2 及 TLS 1.3。

使用 UDP 時，則可採用 DTLS（Datagram Transport Layer Security），提供適合非連線式傳輸的安全機制。

2. TLS 的主要功能

（1）機密性

TLS 使用對稱式工作階段金鑰加密應用資料，使竊聽者即使攔截封包，也無法直接讀取內容。

（2）完整性

TLS 透過 MAC，或現代 AEAD 加密模式中的驗證標記，確認資料未遭竄改。

常見 AEAD 演算法包括：

• AES-GCM
• ChaCha20-Poly1305

（3）伺服器身分鑑別

伺服器於握手過程提供數位憑證，由憑證授權中心簽發。用戶端驗證：

核心觀念

本題考查無線區域網路中的兩個核心元件與標準：

1. AP（Access Point，無線存取點）：負責提供無線裝置連接區域網路的通信節點。
2. WPA2（Wi-Fi Protected Access II）：用於保護無線網路存取與資料傳輸安全的安全機制，核心依據為 IEEE 802.11i。

作答時應分別寫出「名詞定義」與「具體功能」，並補充其所處的網路層次、連線流程及安全機制，才能完整取得分數。

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解題方法

本題不是計算題，也不是選擇題，適合採用下列答題架構：

1. 先寫出英文全名與中文名稱。
2. 說明其在 WLAN 中的角色。
3. 條列主要功能。
4. 補充常見分類、通訊流程及易混淆觀念。
5. 將 AP 的「網路連接功能」與 WPA2 的「安全防護功能」清楚區分。

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（一）AP 是什麼？其功能為何？

1. AP 的定義

AP 是 Access Point 的縮寫，中文稱為「無線存取點」或「無線基地台」。

AP 是無線區域網路中的通信設備，依據 IEEE 802.11 無線區域網路標準，提供無線終端設備與區域網路之間的連線服務。筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦及無線印表機等設備，可透過無線電波與 AP 建立連線，加入所屬的 WLAN。

在網路架構中，AP 通常扮演無線網路與有線區域網路之間的橋接節點，將無線端的 802.11 框架轉送至有線乙太網路，也將有線網路傳來的資料轉送給適當的無線終端。

2. AP 的主要功能

（1）提供無線存取服務

AP 建立無線涵蓋範圍，讓無線工作站（Wireless Station, STA）能夠連入 WLAN。

AP 通常會定期傳送 Beacon frame，公告下列資訊：

• 網路名稱 SSID
• 支援的頻道與傳輸速率
• 支援的認證與加密方式
• 網路同步資訊
• AP 的基本服務識別資訊

無線裝置可透過掃描 Beacon，尋找附近可用的無線網路。

（2）執行工作站的連線與管理

AP 負責管理無線工作站的加入與離開，包括：

• 掃描（Scanning）
• 認證（Authentication）
• 關聯（Association）
• 解除關聯（Disassociation）
• 重新關聯（Reassociation）

無線裝置通常必須先完成認證，再與特定 AP 建立關聯，才能正常使用該 WLAN 的網路資源。

（3）在無線網路與有線網路間轉送資料

AP 具有橋接功能，能在無線介面與有線介面之間轉送資料。

例如：

1. 無線筆記型電腦傳送資料給內部伺服器。
2. AP 接收無線端的 802.11 frame。
3. AP 將資料轉換或封裝為適合有線網路傳輸的 Ethernet frame。
4. 資料經交換器送往伺服器。

回程資料則由 AP 轉送至正確的無線工作站。

（4）管理無線媒體存取

無線區域網路使用共享的無線媒體，AP 需配合 IEEE 802.11 的媒體存取控制機制，例如：

• CSMA/CA
• 碰撞避免
• ACK 確認機制
• 無線頻道與傳輸速率管理

AP 也可依設備能力與訊號狀況協助選擇適當的傳輸速率。

（5）支援漫遊與多 AP 網路

在較大範圍的 WLAN 中，通常會部署多個 AP。當使用者從一個 AP 的涵蓋範圍移動到另一個 AP 時，系統可透過重新關聯機制完成漫遊，使行動裝置持續使用網路服務。

若網路設計適當，多個 AP 可使用相同的 SSID，並配置不同頻道，以提供較大的無線涵蓋範圍。

（6）協助執行存取控制與安全政策

AP 可配合無線安全機制執行：

• SSID 廣播管理
• MAC 位址過濾
• 802.1X 認證
• WPA、WPA2 或 WPA3 安全設定
• 用戶端隔離
• 無線入侵偵測與防護

但須注意，MAC 位址過濾僅屬基本存取控制，不能取代強式認證與加密。

3. AP 與無線路由器的區別

AP 的核心工作是提供無線存取及橋接功能；無線路由器則通常整合多項功能，包括：

• AP
• 路由器
• NAT
• DHCP 伺服器
• 防火牆
• 交換器

因此，「AP」不等於「路由器」。家用無線分享器通常內建 AP，但專業網路環境也常使用獨立 AP，並由其他路由器與交換器負責三層路由及網路管理。

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（二）WPA2 是什麼？其功能為何？

1. WPA2 的定義

WPA2 是 Wi-Fi Protected Access II 的縮寫，中文通常稱為「Wi-Fi 保護存取第二版」。

WPA2 是用於無線區域網路的安全標準，主要依據 IEEE 802.11i 所定義的 Robust Security Network（RSN）架構，目的在於提供無線網路的：

• 身分認證
• 存取控制
• 資料機密性
• 資料完整性
• 金鑰建立與更新
• 重送攻擊防護

WPA2 的主要資料加密演算法為 AES-CCMP。相較於早期 WEP 使用的 RC4 及弱式金鑰管理，WPA2 提供較完整的安全設計。

2. WPA2 的主要運作模式

（1）WPA2-Personal

WPA2-Personal 又稱 WPA2-PSK，適用於家庭及小型辦公室網路。

使用者與 AP 預先設定共用密碼，該密碼稱為 Pre-Shared Key（PSK）。連線時，AP 與用戶端透過密碼衍生金鑰，並進行四向交握，以建立實際資料傳輸所需的工作階段金鑰。

WPA2-Personal 的優點是設定簡單；缺點是所有使用者通常共用同一組密碼，密碼洩漏後需要重新更換整個網路的密碼。

（2）WPA2-Enterprise

WPA2-Enterprise 適用於企業、學校及政府機關等大型網路。

此模式通常使用：

• IEEE 802.1X 存取控制
• EAP（Extensible Authentication Protocol）
• RADIUS 認證伺服器

使用者可使用個別帳號、密碼、憑證或其他認證方式登入，不必所有人共用同一組無線密碼。完成認證後，系統會為個別用戶端建立相應的金鑰。

3. WPA2 的主要功能

（1）提供身分認證

WPA2 可確認連線者是否具有使用無線網路的權限。

核心觀念

本題考查雲端運算中「虛擬機器（Virtual Machine, VM）」的基本概念、運作功能，以及雲端平台常見的網際安全攻擊。作答時應掌握三個層次：

1. VM 是以軟體模擬出的獨立電腦環境。
2. VM 透過 Hypervisor 使用實體主機資源，達到隔離、整合與彈性配置。
3. 雲端攻擊必須說明「攻擊對象、攻擊方式與主要特性」，不能只列出攻擊名稱。

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解題方法

第一小題採「定義 → 運作機制 → 功能 → 資安問題」的順序作答。

第二小題則從雲端架構的主要攻擊面切入，選擇三種代表性攻擊，分別涵蓋：

• 可用性攻擊：DDoS
• 虛擬化層攻擊：VM Escape
• 身分與管理介面攻擊：帳號劫持或不安全 API

如此可呈現對雲端安全的完整理解。

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（一）VM 的定義、功能及資訊安全問題（10 分）

1. VM 的定義

VM 是「虛擬機器」（Virtual Machine）的縮寫，指利用軟體在實體電腦上模擬出一台或多台邏輯上的電腦系統。

每一台 VM 通常具有：

• 虛擬 CPU
• 虛擬記憶體
• 虛擬硬碟
• 虛擬網路介面
• 作業系統
• 應用程式

VM 由一個稱為 Hypervisor 的虛擬機器監控程式負責管理。Hypervisor 位於實體硬體與 VM 之間，將實體主機的 CPU、記憶體、儲存設備及網路資源分配給各個 VM 使用。

常見架構如下：

$$\text{實體硬體} \rightarrow \text{Hypervisor} \rightarrow \text{多個 VM}$$

不同 VM 通常可執行不同作業系統，且彼此在邏輯上相互隔離。例如同一台實體主機可同時執行 Windows VM、Linux VM 及其他作業系統的 VM。

2. VM 的主要功能

（1）伺服器整合

一台實體伺服器可執行多台 VM，將原本分散於多台實體主機的服務集中至同一硬體平台，提升硬體使用率。

例如：

• 一台 VM 執行 Web Server
• 一台 VM 執行資料庫
• 一台 VM 執行測試環境

此方式可減少硬體設備、機房空間、電力及維護成本。

（2）資源隔離

Hypervisor 可將 CPU、記憶體、儲存空間與網路頻寬分配給不同 VM，使各 VM 具有獨立的執行環境。

在設計良好的情況下，一台 VM 的作業系統錯誤或應用程式故障，不會直接影響其他 VM。

（3）彈性配置與動態調整

雲端平台可依服務需求增加或減少 VM 的數量，亦可調整 VM 的虛擬 CPU、記憶體與儲存容量，以因應流量變化。

例如網站流量增加時，可快速啟動多台 VM 分擔工作負載；流量降低時，再停止多餘 VM，以節省資源。

（4）快速部署與複製

VM 可利用映像檔（Image）快速建立。管理者可將已安裝完成的作業系統與應用程式製成 VM Image，再複製至其他主機使用。

此功能可縮短：

• 系統建置時間
• 測試環境建立時間
• 災害復原時間

（5）快照、備份與復原

VM 可建立快照（Snapshot），保存特定時間點的系統狀態。系統發生錯誤、遭受惡意程式感染或更新失敗時，可依快照回復。

但快照本身也可能含有機密資料，因此必須受到存取控制及加密保護。

（6）支援高可用性與災害復原

VM 可在不同實體主機間遷移，當某一台實體主機故障時，雲端平台可將 VM 移至其他主機執行，以提高服務可用性。

3. VM 的資訊安全問題

（1）Hypervisor 遭入侵

Hypervisor 是所有 VM 的底層管理元件。若 Hypervisor 存在漏洞並遭攻擊者控制，攻擊者可能影響同一實體主機上的多台 VM，形成大範圍安全事件。

（2）VM Escape

VM Escape 是指攻擊者從受控制的 VM 突破虛擬化隔離，進一步存取 Hypervisor 或其他 VM。

此攻擊的嚴重性高於一般 VM 內部入侵，因為攻擊者可能取得同一實體主機上其他租戶的資料。

（3）VM 間的側通道攻擊

不同 VM 雖然邏輯隔離，但可能共享實體 CPU 快取、記憶體匯流排或其他硬體資源。攻擊者可藉由觀察執行時間、快取命中率或資源使用模式，推測其他 VM 的機密資訊，此類攻擊稱為側通道攻擊（Side-Channel Attack）。

（4）VM Image 或 Snapshot 洩漏

VM Image 與 Snapshot 可能包含：

• 帳號密碼
• 私密金鑰
• 應用程式設定
• 使用者資料
• 資料庫內容

若儲存區權限設定錯誤、未加密或遭未授權下載，將造成資料外洩。

（5）資源耗盡

某一台 VM 若大量消耗 CPU、記憶體、磁碟或網路資源，可能影響同一實體主機上的其他 VM，造成服務延遲或拒絕服務。

（6）虛擬網路設定錯誤

VM 的虛擬網路、Security Group、防火牆及存取控制若設定不當，可能使原本不應公開的管理介面、資料庫或儲存服務直接暴露於網際網路。

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（二）雲端運算平台常見的網際安全攻擊及其特性（15 分）

以下列舉三項具代表性的攻擊。

1. 分散式阻斷服務攻擊（DDoS）

定義與攻擊方式

DDoS（Distributed Denial-of-Service）是攻擊者控制大量被感染的電腦、伺服器或物聯網設備，組成殭屍網路，向雲端服務發送大量封包或連線請求。

核心觀念

一、SOC 的定義

SOC 是 Security Operations Center（安全營運中心） 的縮寫，指由人員、流程與技術組成，負責持續監控、偵測、分析、通報及處置資安事件的集中式組織或作業中心。

SOC 的主要工作包括：

1. 蒐集與集中分析防火牆、網路設備、伺服器、端點及應用程式的日誌。
2. 透過 SIEM、EDR、IDS/IPS 等工具進行事件關聯分析與異常偵測。
3. 進行威脅情資分析、弱點管理及事件分級。
4. 執行資安事件應變、鑑識、遏止、復原與事後改善。
5. 持續追蹤威脅趨勢及組織資產的風險變化。

SOC 風險管理的基本概念是先辨識資產、威脅與弱點，再評估風險。一般可用下式表示：

$$\text{Risk}=\text{Likelihood}\times\text{Impact}$$

其中：

• Threat（威脅）：可能對資產造成損害的行為、事件或來源，例如勒索軟體、釣魚攻擊、內部人員濫用權限。
• Vulnerability（弱點）：資產、系統或流程中可被威脅利用的缺陷，例如未修補漏洞、錯誤組態、權限控管不足。
• Likelihood（發生機率）：特定威脅利用特定弱點並造成事件的可能程度。
• Impact（衝擊程度）：事件發生後對機密性、完整性、可用性、業務營運及法令遵循所造成的損害。

必須注意，存在弱點不代表一定會被利用；威脅存在也不代表一定會攻擊。實際發生機率通常還受到資產暴露程度、攻擊者能力、攻擊動機、現有控制措施及弱點可利用性影響。

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解題方法

本題可採「定義 SOC → 說明風險評估 → 指出 Likelihood 評估的兩項問題 → 分別提出改善策略」的方式作答。

評估威脅與弱點的發生機率時，核心困難在於：

1. 客觀資料不足，導致機率估計具有高度不確定性。
2. 人員判斷具有主觀性，導致評估結果不一致或產生偏誤。

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第一項問題：客觀資料不足與機率不確定性

問題說明

許多資安事件屬於低頻率、高衝擊事件，組織未必擁有足夠的歷史資料來直接計算發生機率。例如：

• 新型態攻擊缺乏過去案例。
• 組織規模或系統架構改變，使過去資料不再適用。
• 有些事件已發生，但因未被偵測或未被通報而形成「黑數」。
• 日誌保存不完整，無法確認攻擊嘗試、弱點利用及事件成功率。
• 威脅情勢快速變化，攻擊工具、漏洞利用方式及攻擊者行為持續更新。

因此，SOC 人員常只能依賴有限的內部紀錄、外部威脅情資或專家判斷。若直接給出單一百分比，容易產生過度精確的假象。

此外，弱點掃描結果也不能直接等同於發生機率。弱點是否會造成實際事件，還要考量：

$$\text{Likelihood} =f(\text{威脅能力},\text{攻擊動機},\text{資產暴露},\text{弱點可利用性},\text{控制措施})$$

解決策略

1. 建立完整且可追溯的資料基礎

SOC 應整合下列資料：

• 資產清冊與資產重要性。
• 弱點掃描、滲透測試及修補紀錄。
• SIEM、EDR、網路設備及應用程式日誌。
• 過去資安事件、事件通報及應變紀錄。
• 威脅情資、漏洞利用情況及攻擊組織資訊。
• 控制措施的部署狀態與實際有效性。

資料必須具備時間、來源、事件類型及可信度等欄位，避免不同來源的資料無法比較。

2. 採用情境式風險評估

不要只問「這個漏洞的機率是多少」，而應建立完整情境：

哪一個威脅來源，透過哪一項弱點，針對哪一項資產，在什麼條件下，造成何種事件？

例如，將「外部攻擊者利用公開服務漏洞入侵網路伺服器」拆成威脅能力、服務暴露程度、漏洞利用成熟度、偵測能力及防護措施等因素，再綜合評估。

3. 使用區間與信賴程度

資料不足時，可採低、中、高等級或機率區間，不宜假裝具有精確數值。例如：

• 低：每年發生機率低於 $1\%$。
• 中：每年發生機率介於 $1\%$ 至 $10\%$。
• 高：每年發生機率高於 $10\%$。

同時記錄評估依據及信心程度，例如「高機率、低信心」，表示判斷偏高，但缺乏充分歷史資料。

4. 持續更新評估結果

風險評估不能一次完成。當出現重大漏洞、威脅情資更新、攻擊活動增加、控制措施變更或新系統上線時，應重新評估。

若組織具備足夠資料，可採用 Bayesian updating 或 Monte Carlo simulation，將新事件資料逐步納入模型，使先前估計隨證據更新。

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