107 地方特考三等 資訊處理 資通網路 考古題詳解

核心觀念

本題測驗密碼學（Cryptography）之核心基礎分類，包含兩大加解密機制之數學理論基礎、金鑰生命週期管理、效能特徵與安全目標（CIA 與不可否認性），以及典型代表演算法與系統體系之歸屬分類：

1. 對稱式加密（Symmetric Cryptography）：單一秘密金鑰（Secret Key）體系，加解密轉換具對稱可逆性。
2. 非對稱式加密（Asymmetric Cryptography / 公開金鑰密碼系統 Public Key Cryptosystem）：單向陷門函數（Trapdoor One-way Function）與非對稱金鑰對（Key Pair: Public/Private Key）體系。
3. 金鑰管理複雜度：$n$ 個使用者於對稱式中需 $\frac{n(n-1)}{2}$ 把金鑰（$O(n^2)$），非對稱式中僅需 $2n$ 把金鑰（$O(n)$）。
4. 安全服務功能：機密性（Confidentiality）、完整性（Integrity）、身分鑑別（Authentication）與不可否認性（Non-repudiation）。

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解題方法

本題為標準申論題型，作答切入點採「分項對比、架構完整、條理條列」方式進行：

1. 原理說明：分別定義數學轉換模型、金鑰角色與通訊流程（明文 $P$、密文 $C$、加密函數 $E$、解密函數 $D$）。
2. 優缺點剖析：從運算效率、金鑰分發難易度、擴充性（Scalability）與安全風險等維度進行系統化比較。
3. 功能差異歸納：聚焦於「大量資料保密」與「身分認證／數位簽章／金鑰交換」之分工定位，並說明實務上的混成加密（Hybrid Encryption）應用。
4. 機制歸屬判定：針對題目指定的 DES、RSA 與公開金鑰系統逐一明確判定其歸屬範疇。

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深入解析

一、對稱式與非對稱式加密機制之原理

1. 對稱式加密機制（Symmetric Encryption）

• 數學原理：加解密雙方使用「同一把秘密金鑰（Shared Secret Key, $K$）」，或使用兩把可輕易相互推導出的金鑰。
• 作業流程：
• 發送端加密：$C = E_K(P)$
• 接收端解密：$P = D_K(C) = D_K(E_K(P))$
• 核心前提：通訊前雙方必須先建立安全的秘密通訊管道以共享金鑰 $K$，且金鑰必須對第三方嚴格保密。

2. 非對稱式加密機制（Asymmetric Encryption）

• 數學原理：植基於數論上的「單向陷門函數」（計算上單向容易、反向極難，除非知曉特定陷門資訊）。金鑰成對產生，分為「公開金鑰（Public Key, $PK$）」與「私密金鑰（Private Key, $SK$）」，兩者具備數學關聯但無法在多項式時間內由 $PK$ 反推 $SK$。
• 作業流程：
• 機密性傳輸：發送端使用接收端的公開金鑰加密，即 $C = E_{PK_{\text{接收}}}(P)$；接收端使用自身的私密金鑰解密，即 $P = D_{SK_{\text{接收}}}(C)$。
• 數位簽章／鑑別：簽章者使用自身私密金鑰運算產生簽章，即 $S = \text{Sign}_{SK_{\text{發送}}}(P)$；任何人皆可利用發送端的公開金鑰進行驗證，即 $\text{Verify}_{PK_{\text{發送}}}(S, P)$。

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二、優缺點比較

機制	優點	缺點
對稱式加密	1. 運算速度快：演算法多為位元運算、替換（Substitution）與置換（Permutation），效率極高。<br>2. 硬體實作成本低：適合晶片硬體管線化加速。<br>3. 密文長度膨脹率低：適合巨量串流與區塊資料傳輸。	1. 金鑰分發困難：必須有安全先期通道才能共享金鑰。<br>2. 金鑰數量龐大：$n$ 個節點完全互通需 $\frac{n(n-1)}{2}$ 把金鑰，擴充性差。<br>3. 無法提供不可否認性：收發雙方均持有相同金鑰，任一方皆可偽造密文。
非對稱式加密	1. 金鑰管理便利：$n$ 個使用者僅需維護 $n$ 對金鑰（共 $2n$ 把），擴充性高。<br>2. 金鑰傳遞安全：公鑰可於非安全網路公開發布，無金鑰洩漏風險。<br>3. 支援數位簽章：私鑰由個人獨自持有，可達成不可否認性與身分驗證。

核心觀念

本題旨在測驗傳輸層（Transport Layer）TCP 協定的資料完整性檢驗機制，核心焦點為 「TCP 虛擬標頭（Pseudo Header）」 與 「網際網路檢驗和演算法（Internet Checksum Algorithm，RFC 793 / RFC 1071）」。

1. 跨層完整性保護（Cross-Layer Protection）： TCP 雖屬第四層傳輸層，但為防止 IP 封包在網路層被錯誤繞送（Misrouted）卻依然被上層誤收，故刻意在計算檢驗和時納入第三層（IPv4）的關鍵定址資訊。
2. 端對端原則（End-to-End Principle）： 中間路由器僅檢查並更新 IP 標頭檢驗和（IP Header Checksum），不負責驗證第四層承載之資料；TCP 虛擬標頭提供端對端的雙重確認機制。
3. 一的補數加法（1's Complement Sum）： 檢驗和計算基礎建立於 16 位元（16-bit）為單位的反碼加法，溢位進位需迴卷加回最低位元（End-Around Carry）。

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解題方法

本題為標準的公職資訊處理申論題，拆解為三個核心子題循序解答：

一、IPv4 虛擬標頭的作用

1. 避免封包誤送（Detecting Misrouted Packets）： 若中繼路由器損毀 IP 位址欄位但重新計算了正確的 IP 標頭檢驗和，該封包將被遞送至錯誤的主機。納入「目的 IP 位址」可確保接收端驗證此封包確實是發送給本機。
2. 避免協定錯配（Protocol Mismatch）： 納入「協定（Protocol）」欄位，確保該資料確實應由 TCP 模組處理，而非誤交由 UDP、ICMP 或其他傳輸層協定處理。
3. 驗證區段長度一致性（Payload Integrity）： 納入「TCP 長度」欄位，用以驗證傳輸過程中 TCP 標頭與承載資料有無發生截斷（Truncation）或長度不一致。
4. 不佔用實體傳輸頻寬： 虛擬標頭僅存於發送端與接收端的記憶體暫存運算中，不隨實體網路傳送，兼顧傳輸效能與安全性。

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二、虛擬標頭的欄位與長度（IPv4）

IPv4 環境下的 TCP 虛擬標頭總長度為 96 位元（Bits），即 12 位元組（Bytes），共包含 5 個欄位：

欄位名稱	長度（Bits / Bytes）	說明與數值
來源 IP 位址（Source IP Address）	32 bits / 4 bytes	寄件端的 IPv4 位址（取自 IP 標頭）
目的 IP 位址（Destination IP Address）	32 bits / 4 bytes	收件端的 IPv4 位址（取自 IP 標頭）
保留／全零（Reserved / Zeroes）	8 bits / 1 byte	固定填入全零（0x00）
協定（Protocol）	8 bits / 1 byte	傳輸層協定代碼，TCP 固定為 6（0x06）
TCP 長度（TCP Length）	16 bits / 2 bytes	包含「TCP 標頭長度」與「TCP 資料長度」的總和（Bytes）

總計長度：$32 + 32 + 8 + 8 + 16 = 96\text{ bits} = 12\text{ bytes}$。

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三、發送端與接收端之檢驗和計算過程

依據 RFC 793 定義，TCP 檢驗和的計算涵蓋三部分：虛擬標頭（12 Bytes）+ TCP 標頭（20～60 Bytes）+ TCP 應用層資料（0～n Bytes）。

+------------------------+------------------------+
| 虛擬標頭 | TCP 標頭 |
| (Pseudo Header, 12B) | (Header, 20-60B) |
+------------------------+------------------------+
| TCP 負載資料 (Data) |
+-------------------------------------------------+

1. 發送端（Sender）計算步驟

1. 欄位初始化： 將 TCP 標頭內的「Checksum」欄位（16 bits）先暫填為全零（0x0000）。
2. 建置虛擬標頭： 在發送端記憶體中組合出 12-byte 的虛擬標頭（填入來源 IP、目的 IP、全零、協定值 6、TCP 總長度）。
3. 奇偶長度對齊（Padding）： 檢查「TCP 標頭 + TCP 資料」的總長度。若長度為奇數位元組（Odd bytes），在資料最尾端暫時補上 1 個位元組的全零（0x00）進行對齊（此 Padding 位元組僅供計算檢驗和，不隨封包發送）。
4. 一的補數求和（1's Complement Addition）： 將「虛擬標頭 + TCP 標頭 + TCP 資料（含必要之補零）」視為一系列連續的 16 位元（2-byte）整數，將所有 16 位元數值進行「一的補數相加」：

• 每次加法產生高位進位（Carry bit）時，將進位加回最低有效位（End-Around Carry）。

5. 取一的補數（Inversion）： 將最終的 16 位元累加和進行反相（取一的補數，即邏輯 NOT 運算，0 變 1、1 變 0）。
6. 填入與發送： 將反相後的數值填入 TCP 標頭的 Checksum 欄位。隨後丟棄虛擬標頭與填充位元組，將純粹的 TCP 區段（TCP Header + TCP Data）封裝進 IP 封包傳送。

核心觀念

本題評量 IEEE 802.11 媒介存取控制層（MAC Layer）訊框結構的基礎理論與通訊協定細節，核心知識點涵蓋：

1. IEEE 802.11 MAC 訊框結構：訊框之三大核心單元（MAC Header、Frame Body、FCS）及其內部細部欄位配置。
2. 虛擬載波感測（Virtual Carrier Sensing）與省電機制：Duration/ID 欄位在不同訊框類型（Data/Control/Management Frame）中的多工定義，包含網路配置向量（NAV, Network Allocation Vector）之微秒設定、省電輪詢（PS-Poll）下的連線識別碼（AID, Association Identifier），以及免競爭期（CFP）之保留值。
3. 802.11 跨網跳躍之定址機制（Four-Address Mechanism）：透過訊框控制（Frame Control）欄位中的 To DS 與 From DS 旗標，決定四個位址欄位（Address 1 $\sim$ Address 4）分別對應傳送端（TA）、接收端（RA）、來源端（SA）、目的端（DA）與基本服務集識別碼（BSSID）的映射規則。

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解題方法

本題為標準的公職國家考試申論題，作答時宜切中要點、層次分明，採「由巨觀至微觀、由定義至情境」的脈絡展開：

1. 第一子問（訊框組成單元）：先列出巨觀的三大組成單元（標頭、主體、檢查碼），再條列 MAC 標頭內的關鍵欄位，展現對標準規格的熟稔度。
2. 第二子問（Duration/ID 欄位作用）：以 16-bit 欄位的高位元（MSB）與訊框類型（Type/Subtype）為切入點，分類討論三種典型作用：設定 NAV（虛擬載波感測）、傳遞 AID（PS-Poll 省電喚醒）、免競爭期固定值（PCF 保留）。
3. 第三子問（傳送端與接收端的區分與檢視）：

• 清楚定義「實體跳躍端（TA/RA，即直接傳送與直接接收的節點）」與「邏輯終端（SA/DA，即原始發送者與最終目的地）」。
• 點出檢視核心依據為 Frame Control 中的 To DS 與 From DS 位元。
• 製作完整四種狀態映射對照表，並點明「Address 1 恆為 RA，Address 2 恆為 TA」的關鍵通則。

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選項分析

本題為非選擇題（申論題），無選項可供分析。解題焦點在於按題目所提之三項子問題進行精確論述，各部分評分要點如下：

• 子題一：須明確指出 MAC Header、Frame Body、FCS 三大部分，且 MAC Header 須提及 Frame Control、Duration/ID、Address 欄位等。
• 子題二：須涵蓋大部分訊框下的「Duration（NAV 設定）」與 PS-Poll 訊框下的「AID（Association ID）」，若補充免競爭期（CFP）更佳。
• 子題三：須說明 To DS 與 From DS 對四組 Address 欄位的控制關係，並明確說明如何辨識 RA、TA、DA、SA。

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解題技巧

1. 位址判讀口訣「1 收 2 發」：在 802.11 規格中，不論 To DS / From DS 為何，Address 1 永遠代表立即接收此訊框的節點（RA, Receiver Address），Address 2 永遠代表直接發射此訊框的節點（TA, Transmitter Address）。
2. To DS / From DS 的邏輯對照法則：

• 0 0（未經 DS）：自備模式（Ad-hoc）或同 BSS 內直接通訊 $\rightarrow$ 無需第四位址，Addr3 為 BSSID。
• 1 0（進入 DS）：工作站（STA）送往 AP $\rightarrow$ 目的端（DA）在網路內部，故 Addr3 = DA。
• 0 1（走出 DS）：AP 送往工作站（STA） $\rightarrow$ 來源端（SA）來自網路內部，故 Addr3 = SA。
• 1 1（全在 DS）：無線分散系統（WDS / Mesh AP 橋接） $\rightarrow$ 需完整四個位址，Addr3 = DA，Addr4 = SA。

3. Duration/ID 的 MSB 判斷竅門：

• Bit 15 為 0 $\rightarrow$ 數值代表微秒時間，作用是 NAV。
• Bit 14 與 15 皆為 1 $\rightarrow$ 僅出現在 PS-Poll，數值代表 AID。

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【答案】

一、802.11 訊框（Frame）的組成單元

一個標準的 IEEE 802.11 MAC 訊框由以下三個主要單元構成：

1. MAC 標頭（MAC Header）：長度依訊框型態而異（通常為 30 至 36 位元組），包含以下欄位：

• 訊框控制（Frame Control，2 位元組）：標明通訊協定版本、訊框型態（Management/Control/Data）、子型態、To DS、From DS、省電管理、WEP 加密與重傳旗標等。
• 持續時間／識別碼（Duration/ID，2 位元組）：用於通道預約或工作站識別。
• 位址欄位（Address 1 $\sim$ 4，各 6 位元組）：依運作模式記錄來源、目的、發射端、接收端或 BSSID 的 MAC 位址。
• 順序控制（Sequence Control，2 位元組）：包含片段編號（Fragment Number）與訊框序號（Sequence Number），用於重組與過濾重複封包。

核心觀念

本題評量網路管理領域中最核心的應用層標準協定——簡易網路管理協定（Simple Network Management Protocol, SNMP）​之體系架構與運作原理。主要涵蓋三大核心觀念：

1. SNMP 網路管理架構組成元件：依據 RFC 1157 / RFC 3411 規範，完整的網路管理架構由網路管理站（NMS）、管理代理人（Agent）、被管設備（Managed Device）、管理資訊庫（MIB）及 SNMP 通訊協定所構成。
2. 管理者與被管元件之互動模式：以「管理者—代理人（Manager-Agent）」為主從運作模型，兼具主動發起的「輪詢模式（Polling / Request-Response / Pull）」與事件驅動的「陷阱通報模式（Trap / Push）」。
3. 被管物件（Managed Object）之定址與識別機制：依循管理資訊結構（Structure of Management Information, SMI）與抽象語法標記（Abstract Syntax Notation One, ASN.1）之規範，採用全域唯一的階層式樹狀「物件識別碼（Object Identifier, OID）」進行標示，並區分純量（Scalar）與表格（Tabular）物件之實例（Instance）定址規則。

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解題方法

本題為公職資訊處理類科之經典申論題型，答題切入點應分為三層次依序展開：

1. 第一子題（系統組成元件）：扣緊題意「除了被管設備（Managed Device）之外」，精確剖析網路管理系統所不可或缺的四大構件（NMS、Agent、MIB、SNMP 協定本身），並釐清軟硬體角色與資料結構。
2. 第二子題（互動運作模式）：從系統角色模型（Manager-Agent 架構）切入，再深入至動態傳輸機制的雙軌運作（主動 Polling 與被動 Trap/Inform），並明確標註其所依賴之傳輸層協定（UDP）與連接埠（Port 161、162），展現通訊細節的掌握度。
3. 第三子題（被管物件標示）：由概念至實例，說明 SMI/ASN.1 的命名空間規範、階層式樹狀架構（從 root 到節點路徑）、數值點分十進位法（Dotted-decimal notation），最後補強物件實例化（Instance Identification，即 .0 與表格索引之差別），達成最高完整度。

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選項分析

本題為申論試題，無選項設計。考生在答題時應避免僅列出專有名詞，每個子題皆須包含「定義說明」與「運作實例」：

• 子題一常見失分點：遺漏「SNMP 代理人（Agent）」或「MIB」。許多考生誤以為 Agent 屬於被管設備硬體本身，但事實上 Agent 是常駐於被管設備內部的一套管理軟體模組（軟體行程），屬於管理系統的一部分；此外，定義語意與資料規格的 MIB 亦屬管理系統之關鍵邏輯組成。
• 子題二常見失分點：僅籠統寫出「Client-Server 架構」，未點出 SNMP 獨特的雙向通訊模式（Manager 發起的 Polling 與 Agent 發起的 Trap），遺漏了非同步警報的核心機制。
• 子題三常見失分點：僅回答「使用 OID」，未說明 OID 背後的樹狀階層結構、SMI/ASN.1 定義標準，以及純量物件需加上後綴 .0 的實例標示語意。

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解題技巧

1. 元件聯想記憶法：將網路管理系統比喻為醫療診斷：

• NMS：如同「醫生」，負責彙整決策與下達診斷命令。
• Agent：如同被管設備上的「神經末梢／感測器」，負責現地量測與回報。
• MIB：如同「病歷表規格書」，規範被管資料的欄位型態與名稱。
• SNMP：如同「醫病通訊語言」，定義封包格式與訊息交換規則。

2. 通訊模式雙軌口訣：

• 平時（Pull 模式）：NMS 主動「定時輪詢（Polling）」，走 UDP Port 161，發出 Get/Set 請求。
• 戰時（Push 模式）：Agent 被動「異常通報（Trap）」，走 UDP Port 162，主動推送告警封包。

3. OID 經典範例必背：作答時隨手寫出標準 Internet 節點路徑： $\text{iso(1)} \rightarrow \text{org(3)} \rightarrow \text{dod(6)} \rightarrow \text{internet(1)} \rightarrow \text{mgmt(2)} \rightarrow \text{mib-2(1)}$ 即 1.3.6.1.2.1，並舉出如 sysUpTime 的純量實例 1.3.6.1.2.1.1.3.0，能立刻向閱卷委員展現專業實作經驗。

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【答案】

一、支援 SNMP 之網路管理系統組成部分（除被管設備外）

在一個支援 SNMP 的網路環境中，除實體被管設備（如路由器、交換器、伺服器）外，管理系統主要包含以下四個核心部分：

1. 網路管理站（Network Management Station, NMS / SNMP Manager）：

• 擔任集中管理控制中心，通常為執行網路管理軟體的主機或伺服器。

核心觀念

本題測驗網際網路協定（IP）之定址架構演進與主機定址機制，核心規範依據為 IETF RFC 791（IPv4）、RFC 4291 / RFC 8200（IPv6 定址架構）與 RFC 4862（IPv6 無狀態位址自動配置，SLAAC）：

1. 位址長度與空間：IPv4 為 32 位元（位址空間為 $2^{32} \approx 4.29 \times 10^9$ 個）；IPv6 擴展至 128 位元（位址空間為 $2^{128} \approx 3.4 \times 10^{38}$ 個）。
2. 位址結構與層級化劃分：IPv4 從早期分類定址（Classful: Class A/B/C/D/E）演進為無分類分域路由（CIDR，網路前綴＋主機 ID）；IPv6 徹底棄用類別，標準單播位址一律採固定階層化架構（通常為 64 位元網路前綴＋ 64 位元介面識別碼）。
3. 位址通訊型態：IPv4 包含單播（Unicast）、群播（Multicast）、廣播（Broadcast）；IPv6 取消了廣播，改以群播取代，並新增任播（Anycast）。
4. 介面位址組成機制：IPv6 主機介面位址由「網路前綴（Network Prefix）」與「介面識別碼（Interface Identifier, IID）」組合而成，其中 IID 可藉由 EUI-64 格式轉換、隨機生成（隱私擴充 RFC 4941）、DHCPv6 或手動靜態指定。

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解題方法

1. 子題 (一) 解題切入點：採「結構化比較表」搭配「關鍵要素條列」切入。從「位址長度與空間大小」、「文字表示法與精簡規則」、「階層結構劃分」、「位址傳輸類型」、「特殊位址對應」等向度作對比，層次分明。
2. 子題 (二) 解題切入點：採「先架構、後組成來源」兩階段剖析。

• 第一階段：定義標準單播位址的二元結構（64 位元前綴＋64 位元介面 ID），說明各自的功能與長度規範。
• 第二階段：深入探討關鍵的「介面識別碼（Interface ID）」生成方式，特別是國家考試必考的 Modified EUI-64 轉換演算法（48 位元 MAC 位址拆分、插入 0xFFFE、反轉 U/L 位元）以及現代隱私位址機制。

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選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。依公職考試閱卷標準，各評分項目之權重配置與答題要點拆解如下：

1. 第 (一) 子題（10 分）評分要點：

• 僅列出「長度 32 位元 vs 128 位元」僅能得 2～3 分。
• 必須完整列出表示法（點分十進位 vs 冒號十六進位）、劃分方式（CIDR Mask vs Prefix/IID 固定 64/64 劃分）、通訊型態（取消 Broadcast、新增 Anycast）及特殊位址結構，方能取得滿分 10 分。

2. 第 (二) 子題（10 分）評分要點：

• 僅說明「網路前綴＋主機編號」僅屬概念性陳述，得分不超過 4 分。
• 必須精確寫出標準單播位址各佔 64 位元的規範，並詳細寫出 Interface ID 的主要生成機制，特別是 Modified EUI-64 的轉換三步驟（插入 FFFE、第七位元反轉），此為得滿分 10 分之關鍵。

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解題技巧

1. 記住 IPv6 的「三不」與「三有」：

• 三不：不使用廣播（No Broadcast）、不使用子網路遮罩點分表示法（不用 Subnet Mask，一律採 Prefix Length，如 /64）、介面 ID 原則上不小於 64 位元。
• 三有：有單播（Unicast）、有群播（Multicast）、有任播（Anycast）。

2. EUI-64 轉換陷阱（極高頻考點）：

• MAC 位址（48 位元）轉換為 EUI-64（64 位元）時，中間插入的固定十六進位值為 FF-FE（位於第 3 與第 4 位元組之間）。
• 關鍵陷阱：第 1 個位元組的第 7 個 bit（Universal/Local bit，簡稱 U/L bit）必須「反轉（Invert）」。在 IEEE 802 標準中，$0$ 代表全域唯一（Universal），而在 IPv6 Modified EUI-64 中，反轉為 $1$ 代表全域唯一；反之若本地指派則為 $0$。

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【答案】

(一) IPv4 與 IPv6 位址結構之比較（10 分）

IPv4 與 IPv6 在位址結構上的主要差異如下表與說明：

比較項目	IPv4	IPv6
位址長度	32 位元（4 位元組）	128 位元（16 位元組）
位址空間	$2^{32} \approx 4.29 \times 10^9$ 個位址	$2^{128} \approx 3.4 \times 10^{38}$ 個位址