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题型分析：Security and Encryption

题型 1：对称加密与非对称加密（Symmetric vs Asymmetric Encryption）​

题目特征​

  • 比较两种加密方式
  • 完成表格
  • 解释密钥管理过程
标准解题方法
  1. Symmetric：同一把 key 加密和解密
  2. Asymmetric：公钥加密，私钥解密（或私钥签名，公钥验证）
  3. 比较维度：密钥数量、速度、安全性、密钥分发难度
  4. 对称加密速度快但密钥分发困难，非对称加密解决密钥分发但速度慢
评分标准（MS 模式）
  • M1：正确指出对称加密使用 shared key
  • A1：正确指出非对称加密使用 key pair
  • B1：比较速度或安全性

典型例题 1：9618/w22/qp/32 Q6(a)​

(a) Describe the difference between symmetric encryption and asymmetric encryption.

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  • M1：Symmetric encryption uses the same key for both encryption and decryption
  • A1：Asymmetric encryption uses a pair of keys: a public key and a private key
  • A1：In asymmetric encryption, the public key encrypts and the private key decrypts
  • B1：Symmetric encryption is faster / asymmetric encryption solves the key distribution problem

典型例题 2：9618/s23/qp/32 Q5(b)​

A website uses asymmetric encryption to securely receive data from customers. (b) Explain how asymmetric encryption ensures that only the website can read the data sent by a customer.

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  • M1：Customer encrypts data using the website's public key
  • A1：Only the website's private key can decrypt the data
  • B1：The private key is kept secret / known only to the website
  • B1：Even if the data is intercepted, without the private key it cannot be decrypted

题型 2：数字证书（Digital Certificates）​

题目特征​

  • 解释数字证书的获取方式
  • 描述证书内容
  • 说明证书验证流程
标准解题方法
  1. 证书由 CA (Certificate Authority) 签发
  2. 证书将公钥绑定到持有者身份
  3. 获取流程：生成 key pair → 提交 CSR → CA 验证 → 签发证书
  4. 证书内容：持有者信息、公钥、CA 信息、有效期、CA 数字签名
  5. 验证流程：浏览器用 CA 公钥验证 CA 签名，检查有效期，匹配域名
评分标准（MS 模式）
  • M1：CA (Certificate Authority) 的角色
  • A1：证书的内容
  • B1：验证证书有效性的方法

典型例题 1：9618/w22/qp/32 Q6(b)​

(b) A website uses a digital certificate to prove its identity. Describe how the website obtains a digital certificate.

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  • M1：网站生成 public key 和 private key
  • A1：网站将 public key 和身份信息发送给 CA (Certificate Authority)
  • B1：CA 验证网站的身份
  • B1：CA 签发 digital certificate，用 CA's private key 签名

典型例题 2：9618/s22/qp/32 Q7​

(a) State three items of information that are contained in a digital certificate. (b) Describe how a web browser uses a digital certificate to verify the identity of a website.

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(a) Items (any 3):

  • M1：持有者的公钥（public key of the certificate holder）
  • A1：持有者的身份信息（name / organisation of holder）
  • A1：CA 的名称和数字签名
  • B1：有效期（validity period / expiry date）
  • B1：证书序列号（serial number）

(b) Verification process:

  • M1：Browser checks the CA's digital signature using CA's public key
  • A1：Browser checks the certificate has not expired
  • A1：Browser confirms the certificate matches the website being visited

题型 3：数字签名（Digital Signatures）​

题目特征​

  • 解释数字签名如何验证发送者身份和消息完整性
  • 说明 non-repudiation 的实现
标准解题方法
  1. Sender：对 message 做 hash → 用 private key 加密 hash → digital signature
  2. Receiver：用 sender's public key 解密 signature 得到 digest1
  3. Receiver：对收到的 message 做同样的 hash 得到 digest2
  4. 比较 digest1 和 digest2：一致则 signature valid
评分标准（MS 模式）
  • M1：用发送者的私钥签名
  • A1：用发送者的公钥验证
  • B1：使用 hash / message digest
  • B2：提供 authentication, integrity, non-repudiation

典型例题 1：9618/w22/qp/33 Q6(c)​

A software company distributes updates with digital signatures. Explain how a digital signature is used to verify that an update has come from the company and has not been altered.

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  • M1：The company creates a hash (message digest) of the update file
  • A1：The hash is encrypted with the company's private key — this is the digital signature
  • B1：The user decrypts the signature using the company's public key to obtain the original hash
  • B1：The user hashes the downloaded update and compares it with the decrypted hash
  • B2：If they match — file is authentic (from the company) and has not been tampered with

典型例题 2：Non-repudiation​

(c) Explain how a digital signature provides non-repudiation.

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  • M1：Non-repudiation means the sender cannot deny having sent the message
  • A1：The digital signature is created using the sender's private key
  • B1：Only the sender has access to their private key
  • B1：If the signature is verified with the sender's public key, it proves the sender signed it

题型 4：SSL / TLS​

题目特征​

  • 解释 SSL/TLS 的目的
  • 描述握手过程
  • 说明如何建立安全连接
标准解题方法
  1. SSL/TLS 在传输层之上为应用层提供安全通信
  2. Handshake 过程：
    • Client Hello：发送支持的 cipher suites
    • Server Hello：选择 cipher suite，发送数字证书
    • Client：验证证书，生成 pre-master secret，用 server 公钥加密发送
    • Server：用私钥解密得到 pre-master secret，生成 session key
    • 双方：使用 session key 进行对称加密通信
  3. 混合使用 asymmetric（握手）和 symmetric（数据传输）
评分标准（MS 模式）
  • M1：SSL/TLS 目的 — 为网络通信提供加密
  • A1：Handshake 过程描述
  • B1：区分握手使用 asymmetric 和后续通信使用 symmetric

典型例题 1：9618/w21/qp/31 Q8​

(a) State the purpose of SSL/TLS. (b) Describe the SSL/TLS handshake process that establishes a secure connection between a browser and a web server.

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(a) Purpose:

  • M1：为网络通信提供加密（encryption）和身份验证（authentication）
  • A1：确保数据传输的保密性和完整性

(b) Handshake:

  • M1：Browser sends "Client Hello" with supported encryption algorithms
  • A1：Server responds with "Server Hello", chooses algorithm, sends digital certificate
  • A1：Browser verifies the certificate against a trusted CA
  • B1：Browser generates pre-master secret, encrypts with server's public key, sends to server
  • B1：Server decrypts with private key; both use pre-master secret to generate session key
  • B1：All subsequent data is encrypted using the symmetric session key

典型例题 2：SSL/TLS 安全性​

A student connects to an online banking website using HTTPS. Explain how SSL/TLS ensures that the data exchanged is secure.

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  • M1：SSL/TLS 使用 asymmetric encryption 在握手阶段安全交换 session key
  • A1：使用 symmetric encryption 加密后续的所有通信（更快）
  • A1：数字证书确保用户连接的是真正的银行服务器
  • B1：消息完整性通过 MAC (Message Authentication Code) 保证

题型 5：量子密码学（Quantum Cryptography）​

题目特征​

  • 描述量子密码学的优势
  • 列出局限性
  • 解释如何检测窃听
标准解题方法
  1. 利用量子力学原理（量子叠加、不确定性原理）
  2. QKD (Quantum Key Distribution)：使用光子传输密钥
  3. 任何窃听行为都会改变量子态，从而被检测到
  4. 优势：理论上绝对安全
  5. 局限性：距离限制、设备昂贵、技术不成熟
评分标准（MS 模式）
  • M1：解释量子密码学的基本原理
  • A1：列出优势（理论上安全、可检测窃听）
  • B1：列出局限性（当前限制）

典型例题 1：9618/s23/qp/31 Q9(b)​

(b) Describe one benefit and one drawback of using quantum cryptography compared to traditional encryption methods.

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Benefit:

  • M1：理论上绝对安全（theoretically unbreakable）
  • A1：任何窃听尝试都会改变量子态，可被检测到（eavesdropping is detectable）

Drawback:

  • B1：距离限制 — 量子信号在光纤中传输距离有限
  • B1：设备成本高 / 技术要求高
  • B1：技术尚不成熟，未广泛商用

典型例题 2：窃听检测​

(a) Explain how quantum cryptography can detect if a message has been intercepted during transmission.

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  • M1：量子密码学使用量子态（如光子偏振）传输密钥
  • A1：根据量子力学的不确定性原理，观测会改变量子态
  • A1：如果窃听者拦截并测量光子，量子态会改变
  • B1：接收方发现错误率异常升高，即可判断存在窃听
常见陷阱
  • 混淆公钥和私钥的用途（加密 vs 签名场景）
  • 数字签名流程中混淆加密解密的密钥方向
  • 认为 SSL/TLS 和数字证书是同一概念
  • 忽略对称加密的密钥分发问题
  • 混淆 hash 和 encryption 的区别
  • 错误认为量子密码学已广泛商用
  • 混淆 SSL/TLS 握手中 asymmetric 和 symmetric 加密的使用阶段
  • 认为非对称加密比对称加密更安全（实际各有适用场景）