●馬曉亭,陳 臣
(蘭州商學院a.信息工程學院;b.網(wǎng)絡中心,蘭州 730020)
云存儲技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)圖書館數(shù)字化建設和服務模式帶來深刻的變革?;谠拼鎯Γ–loud Storage)技術(shù)的云圖書館是云計算技術(shù)在圖書館建設中的具體應用,是結(jié)合集群應用技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)、分布式文件系統(tǒng)、虛擬計算與存儲自動化技術(shù),將分布在世界不同區(qū)域網(wǎng)絡中的大量計算、存儲設備,通過應用軟件對計算與存儲能力負載均衡協(xié)同工作,共同對圖書館數(shù)字用戶提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的云系統(tǒng)。云圖書館可以根據(jù)自身建設與用戶服務需求,對計算與存儲資源按需分配,進行虛擬化的存儲和數(shù)據(jù)管理。
云圖書館在日常建設、維護與服務中,因其分布式與虛擬化存儲、計算特點,除受到傳統(tǒng)數(shù)字圖書館安全威脅外,還面臨云計算環(huán)境下身份認證和訪問控制、數(shù)據(jù)云存儲和傳輸?shù)谋C苄詥栴}、云用戶數(shù)據(jù)隔離的問題。此外,云服務提供商與云應用開發(fā)商可能遵循不同的云標準與安全準則,會導致云圖書館應用安全漏洞,對云圖書館網(wǎng)絡與信息系統(tǒng)安全產(chǎn)生威脅。只有加強云存儲系統(tǒng)安全技術(shù)分析與設計,針對云存儲安全威脅采用有效的技術(shù)與管理手段,才能確保云圖書館數(shù)據(jù)存儲的安全、高效。
云圖書館和傳統(tǒng)的數(shù)字圖書館相比,在數(shù)據(jù)存儲上具有經(jīng)濟、高效、移動和分布式存儲計算特點。同時,云這種新的計算與存儲模式,對云數(shù)據(jù)的保密性、完整性、可用性、有效性產(chǎn)生了新的安全威脅。云用戶核心數(shù)據(jù)在存儲和傳輸時可能被竊取和篡改,合法云用戶在需要云端數(shù)據(jù)服務時可能無法準確獲取、存儲數(shù)據(jù)。云圖書館云端數(shù)據(jù)存儲的安全威脅主要來自以下幾個方面:
在云數(shù)字圖書館建設中,除了自建私有云外,為給全世界范圍用戶提供更高效、便捷的云服務,云圖書館往往會租賃位于世界不同地域云服務提供商的云空間,將云圖書館數(shù)據(jù)分布存儲于不同的云設施上。因此,和其它用戶共享云服務提供商的存儲設備和云空間,成為云圖書館數(shù)據(jù)存儲的必然模式。
不同云服務提供商應對云安全威脅的能力不同,不但要面對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡與系統(tǒng)安全威脅,還要面對云存儲環(huán)境下特有的密鑰破解、分布式拒絕服務攻擊(DDoS),托管惡意數(shù)據(jù)、云空間其它租戶跨越虛擬隔離空間非法訪問等威脅。云圖書館通過應用程序編程接口(API)執(zhí)行管理、業(yè)務流程控制、配置和監(jiān)控,來實現(xiàn)云圖書館用戶身份認證、訪問控制、數(shù)據(jù)加密、監(jiān)控和云數(shù)據(jù)遠程遷移。云服務提供商接口和基礎(chǔ)API內(nèi)置的安全性,決定了云圖書館在數(shù)據(jù)傳輸、存儲、管理行為的安全水平。此外,云服務提供商工作人員可能通過獲得超級權(quán)限非法訪問云圖書館核心數(shù)據(jù),影響云圖書館的安全性。[1]
云圖書館在建設、維護、運營過程中,有海量的資料數(shù)據(jù)與管理信息遠程傳輸?shù)皆拼鎯臻g,其中部分信息是云圖書館安全運營、客戶資料、財務信息與關(guān)鍵業(yè)務流程等核心數(shù)據(jù),關(guān)系到云圖書館的正常運營與客戶隱私。在云圖書館對租賃的云空間遠程更新、維護時,數(shù)據(jù)面臨著以下安全威脅:一是云圖書館業(yè)務數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)遠程傳輸過程中沒有加密或者加密易破解,黑客在傳輸過程中截獲并還原。二是云存儲中服務是可伸縮的,對外部用戶來說是不透明的。因此,云存儲中無法清晰地定義安全邊界及需要安全保護的設施,為具體保護措施的實施增加了一定難度。由于沒有采取恰當?shù)脑瓶臻g用戶隔離策略,導致用戶非法訪問與信息竊取。三是數(shù)據(jù)存儲于云空間時,如何加強圖書館云資源的權(quán)限認證體系,確保合法用戶按權(quán)限隨時安全、可靠訪問數(shù)據(jù)。四是云服務器可能遭受來自互聯(lián)網(wǎng)中的惡意攻擊,造成服務中斷、數(shù)據(jù)破壞、信息被竊取和篡改。[2]
云圖書館云存儲區(qū)域機制安全主要有平臺安全機制、管控安全機制和應用安全機制3個方面。平臺安全機制是保護整個云存儲平臺系統(tǒng)自身的安全問題,其中核心技術(shù)是密碼技術(shù)和平臺加固技術(shù)。如果密碼技術(shù)體系薄弱,則無法保證所有程序和應用系統(tǒng)的完整性,無法提供基于PKI(公鑰基礎(chǔ)設施)的用戶身份鑒別以及存儲節(jié)點的透明加密。如果加固技術(shù)保障范圍和程度有限,則無法保障服務器、主機的安全性,無法確保操作系統(tǒng)內(nèi)核、存儲節(jié)點、虛擬主機及云空間隔離的數(shù)據(jù)免遭病毒、木馬攻擊。云存儲管控安全機制負責對云節(jié)點服務器密鑰的統(tǒng)一管理、密鑰生命周期的可控性、云數(shù)據(jù)接口、云客戶端密鑰的自主性管理。云存儲應用安全機制主要負責存儲加密、備份加密、交換加密、身份認證與訪問控制、接口安全及云端數(shù)據(jù)庫安全。因此,黑客往往通過查找云系統(tǒng)漏洞攻擊存儲區(qū)域防范安全體系,通過獲得超級權(quán)限控制整個云圖書館系統(tǒng)。
云圖書館對存儲于云服務提供商設備內(nèi)的數(shù)據(jù)進行管理時,為確保遠程存儲于租賃云空間數(shù)據(jù)的安全性,會借助具有技術(shù)實力與信譽的第三方認證機構(gòu)進行審計和認證。如果審計和認證范圍不廣泛或可靠性較低,則不能確保云計算服務商為眾多云用戶提供云服務的同時,保證云數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)存儲安全。審計和認證過程可以對云計算服務提供商的可持續(xù)發(fā)展性進行評價,使云數(shù)字圖書館對云服務提供商的技術(shù)實力與業(yè)務交付能力潛在風險進行評估。此外,云圖書館數(shù)字用戶身份認證的快速、有效性決定了云服務的安全與效率。確保圖書館云用戶在業(yè)務層與基礎(chǔ)架構(gòu)層的身份認證方式相同,實現(xiàn)單點登陸;確保云用戶在運營層和虛擬層登陸身份一致,使用戶對云圖書館數(shù)據(jù)訪問控制的身份具有應用一致性;確保對用戶身份認證的同時,加強對核心數(shù)據(jù)訪問的設備層身份認證,不斷提高云圖書館核心數(shù)據(jù)訪問的安全性,對云圖書館數(shù)據(jù)存儲安全具有重要意義。[3]
虛擬化存儲是云圖書館區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)字圖書館的一項核心存儲技術(shù),對云存儲安全提出了新要求。在云圖書館虛擬化平臺上,如何保證不同用戶虛擬存儲平臺之間的安全,如何保證虛擬平臺之間切換、傳輸、同步的安全成為一個新的重點安全問題。因此,云服務提供商如何合理有效構(gòu)建虛擬HIPS(主機入侵防御系統(tǒng))、虛擬防火墻,如何設計符合云服務商業(yè)務特點的云存儲架構(gòu),直接關(guān)系到云圖書館的數(shù)據(jù)存儲安全。
按照云存儲的功能結(jié)構(gòu)與云存儲安全的平衡風險與投入原則,結(jié)合云安全技術(shù)與云圖書館云存儲結(jié)構(gòu)特點,設計了云存儲安全的分層模型,使云存儲從結(jié)構(gòu)、功能、安全性能上能更加清晰、可分析。
云圖書館云存儲安全分層模型依據(jù)模塊結(jié)構(gòu)與功能,分為設備層、虛擬層、運營層和業(yè)務層。第一層為設備層,主要由提供存儲、網(wǎng)絡安全、計算的基本設備及相關(guān)硬件、基礎(chǔ)軟件組成,為云存儲系統(tǒng)提供設備加密、傳輸加密、病毒查殺、防火墻、入侵檢測、系統(tǒng)加固、設備加鎖等安全技術(shù)。提供了基于設備和網(wǎng)絡的安全服務,保護云圖書館基礎(chǔ)設施與服務免遭惡意攻擊和破壞。第二層為虛擬層,主要實現(xiàn)設備的虛擬化,為云運營層服務提供支撐,確保用戶身份認證、虛擬化應用安全及日志審計。第三層為運營層,通過對虛擬層作用實現(xiàn)對虛擬設備的管理和業(yè)務虛擬部署,實現(xiàn)云用戶及訪問的可控性。并根據(jù)需要進行計費、日志審計等工作,提供了基于運營管理平臺的安全服務能力,為云業(yè)務層提供支持。第四層為業(yè)務層,在運營層基礎(chǔ)上,提供各種云存儲、云計算等云服務。同時負責云圖書館數(shù)據(jù)庫加密、文件加密授權(quán)、病毒查殺、用戶身份認證、訪問控制及日志審計,提供了基于應用的安全服務。
云圖書館云存儲安全分層模型中,病毒查殺、防火墻、入侵檢測、IPS、系統(tǒng)加固、設備加鎖等基礎(chǔ)安全防護服務是數(shù)字圖書館云存儲的數(shù)據(jù)安全基礎(chǔ),身份認證、訪問控制及各種加密技術(shù)是云服務及數(shù)據(jù)安全的核心機制,而日志審計、冗余備份、應急服務等機制則為確保數(shù)據(jù)可用性、不可抵賴性提供了安全保護能力。[4]
傳統(tǒng)數(shù)字圖書館在系統(tǒng)建設模式和服務方式上與云圖書館有較大差異。傳統(tǒng)數(shù)字圖書館安全技術(shù)遵循ISO七層協(xié)議(物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層)來劃分。
ISO七層協(xié)議描述了開放系統(tǒng)互聯(lián)的安全體系結(jié)構(gòu),提出設計安全的信息系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)。其中主要包含五個方面的安全服務:分別是身份鑒別、訪問控制、數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)完整性和防抵賴。相對于這五個方面的安全服務,提出了相應的8種安全機制和3種安全管理方式。8種安全機制分別為加密、數(shù)字簽名、訪問控制、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)交換、業(yè)務流填充、路由控制、公證。3種安全管理方式分別為對系統(tǒng)安全、安全服務和安全機制的管理。[5]
3.3.1 圖書館用戶訪問數(shù)據(jù)流量和方式不同
傳統(tǒng)數(shù)字圖書館基礎(chǔ)設施建設相對簡單,服務對象單一,承載的業(yè)務僅為數(shù)字圖書館數(shù)字用戶相關(guān)服務。因此,傳統(tǒng)數(shù)字圖書館業(yè)務流量模型相對簡單、穩(wěn)定,系統(tǒng)維護及安全策略規(guī)律性強,可針對實際業(yè)務與安全威脅制定相應的防范措施。而云圖書館基礎(chǔ)設施多為租賃一個或者多個云服務商空間,同一云空間為多用戶共同服務。多用戶、多服務模式由統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)的網(wǎng)絡進行承載,云系統(tǒng)維護復雜且標準不統(tǒng)一,無法依據(jù)用戶及服務模式特征分而治之。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量海量且無規(guī)律,云存儲空間由多用戶共享,安全風險問題較突出。[6]
3.3.2 云圖書館和傳統(tǒng)圖書館計算、存儲安全模式不同
虛擬化計算與虛擬化存儲是云圖書館和傳統(tǒng)數(shù)字圖書館在計算與存儲模式上的區(qū)別。云圖書館計算、存儲資源按需分配,不同用戶數(shù)據(jù)之間的安全隔離成為云圖書館虛擬存儲安全基本要求。虛擬化計算與虛擬化存儲在提高云圖書館計算與存儲效率時,如何實現(xiàn)云安全即服務(SaaS)在基于存儲資源和計算資源高度整合條件下的虛擬化交付,如何確保安全設備適應云計算中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡架構(gòu)和應用服務的虛擬化要求,實現(xiàn)云圖書館基礎(chǔ)架構(gòu)和云安全環(huán)境的統(tǒng)一虛擬交付,是云數(shù)字圖書館和傳統(tǒng)數(shù)字圖書館在計算、存儲安全模式上的區(qū)別。
3.3.3 云圖書館和傳統(tǒng)數(shù)字圖書館網(wǎng)絡與系統(tǒng)安全邊界不同
與傳統(tǒng)數(shù)字圖書館相比,基于云計算的數(shù)字圖書館存儲和計算資源高度整合,基礎(chǔ)網(wǎng)絡與系統(tǒng)架構(gòu)邊界具有高度不確定性。因此,無法準確描述確定的云圖書館網(wǎng)絡與安全設備的部署邊界,使云圖書館無法劃分與部署有效的安全邊界,無法依據(jù)所設定的安全邊界進行網(wǎng)絡與系統(tǒng)的安全隔離和訪問控制,并依據(jù)云圖書館網(wǎng)絡不同區(qū)域安全要求執(zhí)行不同級別的安全防護策略。[7]
3.3.4 云圖書館具備更準確、快捷的威脅檢測引擎
云圖書館和傳統(tǒng)數(shù)字圖書館相比,在計算資源和存儲資源上的共享特性,決定了云圖書館較傳統(tǒng)數(shù)字圖書館具備更準確、快捷的威脅檢測引擎。傳統(tǒng)的數(shù)字圖書館在網(wǎng)絡和系統(tǒng)安全構(gòu)建中,將數(shù)字圖書館網(wǎng)絡按安全要求不同劃分為不同等級的安全區(qū)域。針對來自網(wǎng)外和數(shù)字圖書館內(nèi)部用戶的安全威脅,以防火墻、網(wǎng)關(guān)的方式,將數(shù)字圖書館分為可信的內(nèi)部網(wǎng)絡和不可信的外部網(wǎng)絡,并制定相應的訪問策略進行風險控制。而客戶端防火墻和殺毒軟件僅保障了本端系統(tǒng)安全,所監(jiān)測的安全威脅信息不能在所有圖書館數(shù)字用戶間共享。而云圖書館在計算資源和存儲資源上的共享特性,確保單一客戶端可成為已知與未知威脅的傳感器,將本地檢測到的安全信息與不能識別的可疑數(shù)據(jù)送到云端,利用云端的超級計算能力進行未知威脅檢測,并傳輸?shù)狡渌朴脩魧崿F(xiàn)安全信息共享,從而實現(xiàn)云模式的安全檢測。
只有認真分析云圖書館面臨的安全威脅,從云存儲系統(tǒng)建設、云安全維護策略制定及安全防范、管理制度上入手,有針對性的采取有效安全措施,才能確保云圖書館云端數(shù)據(jù)存儲安全,更好地為用戶服務。
云圖書館存儲區(qū)域網(wǎng)絡建設中,要根據(jù)云圖書館服務內(nèi)容和用戶規(guī)模自建或者租用云存儲空間和網(wǎng)絡。云計算環(huán)境下,龐大的用戶數(shù)量及大量的突發(fā)業(yè)務,造成云圖書館租賃的云系統(tǒng)網(wǎng)絡、計算、存儲需求的不確定性,云圖書館無法控制云空間和網(wǎng)絡服務質(zhì)量。因此,在選擇云服務商時,要選擇安全設備具備對高密度10G、100G接口的處理能力,其安全設備可以依據(jù)云圖書館用戶規(guī)模和安全建設思路合理配置。此外,還要考慮到云圖書館服務的高速增長、可持續(xù)發(fā)展及不間斷服務特性。所提供的云設備必須具備雙機冗余備份、數(shù)據(jù)熱備份更新、CPU及電源風扇的冗余、鏈路捆綁聚合及硬件Bypass(旁路保護) 等特性,實現(xiàn)大流量匯聚情況下的基礎(chǔ)安全防護。[8]
云計算與云存儲能力共享是云圖書館的顯著特征。在云圖書館安全防護體系中,云端超強計算能力是云圖書館高效、準確、快速、安全檢測已知與未知威脅的保障。在云計算模式下,云圖書館用戶可利用云端強大的計算能力,對客戶端存在的基礎(chǔ)威脅進行檢測和防護,并利用病毒行為監(jiān)控技術(shù)防范未知威脅。客戶端可將本地不能識別的可疑流量及時送到云端檢測中心,利用云端計算能力快速分析安全威脅,并將獲取的威脅特征推送到全部客戶端和安全網(wǎng)關(guān),使云圖書館所有系統(tǒng)和客戶端都具備云安全監(jiān)測、防范的能力。
此外,對于云圖書館安全級別要求較高的核心業(yè)務,可建立專門的云安全中心,核心數(shù)據(jù)流都引入到集中的安全服務中心進行安全處理,然后再發(fā)送回客戶端。這種集中的安全服務中心,實現(xiàn)了用戶安全服務的單獨配置,不但保障了云圖書館核心業(yè)務安全,同時有效地節(jié)約了云圖書館安全建設經(jīng)費。[9]
虛擬化計算與存儲技術(shù)是云圖書館“按需購買服務”的關(guān)鍵技術(shù)。云圖書館根據(jù)建設和服務需要購買云服務,不但提高了云圖書館服務效率與水平,而且降低了建設與運營維護成本。云服務提供商對云空間個性化的存儲計算及應用資源合理分配時,雖然提高了運營效率并降低了建設成本,但云資源通過虛擬化技術(shù)的邏輯隔離,造成不同云服務租戶之間的數(shù)據(jù)安全威脅,使圖書館用戶在云網(wǎng)絡內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸、處理與存儲時,在物理上不能與其它用戶做到安全隔離。
云圖書館存儲應用中的存儲安全主要有認證服務、數(shù)據(jù)加密存儲、安全管理、安全日志和審計組成,通過對云圖書館用戶進行訪問控制服務實現(xiàn)用戶身份認證、授權(quán),防止非法訪問和越權(quán)訪問。云圖書館根據(jù)用戶級別賦予不同的權(quán)限,用戶只能依據(jù)權(quán)限對特定文件、數(shù)據(jù)進行訪問、下載、修改操作。而管理員只能對云圖書館進行用戶管理、數(shù)據(jù)備份、熱點對象遷移,而不能訪問云用戶加密了的私有數(shù)據(jù)和空間。因此,可采用去耦合技術(shù)將底層物理設備與上層操作系統(tǒng)、軟件分離,在降低能耗的同時提供存儲資源動態(tài)共享和靈活擴展的能力。
在云圖書館網(wǎng)絡基礎(chǔ)架構(gòu)中,采用支持虛擬化技術(shù)隔離的防火墻。根據(jù)用戶權(quán)限不同將用戶映射到不同的虛擬化用戶組中,每個虛擬化組采用獨立、統(tǒng)一的安全控制策略以及獨立的操作權(quán)限,對云圖書館分別進行管理、維護、瀏覽、下載等操作。云圖書館和其它云用戶共享同一云服務器時,要確保不同用戶運行的多個獨立的操作系統(tǒng)及應用軟件、存儲數(shù)據(jù)在邏輯上完全隔離,不能被其他虛擬化系統(tǒng)引擎所訪問,才能保證不降低云主機計算與存儲性能的情況下,每個云圖書館客戶虛擬機系統(tǒng)、虛擬化軟件、虛擬平臺之間通信的安全,保證多個虛擬平臺之間切換、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)同步的安全。
由于云圖書館網(wǎng)絡邊界和用戶存儲區(qū)域的不確定性,導致云圖書館數(shù)據(jù)在處理、存儲、傳輸過程中可能被竊取、修改、替換。加密存儲是保證云圖書館核心數(shù)據(jù)與用戶私有數(shù)據(jù)在共享云存儲平臺安全的核心技術(shù),是對云圖書館指定的目錄和文件進行加密后保存,實現(xiàn)敏感數(shù)據(jù)存儲和傳送過程中的機密性保護措施,確保數(shù)據(jù)被非法用戶截獲后也無法還原。
云圖書館是用戶與終端基于網(wǎng)絡平臺對云系統(tǒng)計算與存儲資源的共享。云存儲系統(tǒng)在保證敏感數(shù)據(jù)機密性的同時,必須在確保存儲系統(tǒng)高度安全及用戶信任的基礎(chǔ)上,提供相應的云用戶加密數(shù)據(jù)共享技術(shù)。在不降低云系統(tǒng)計算存儲性能及云網(wǎng)絡傳輸效率的前提下,采用網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)的加密存儲技術(shù),提供端到端加密存儲技術(shù)及密鑰長期存儲和共享機制,加強密鑰存儲的安全性、分發(fā)的高效性及加密策略的靈活性,確保云用戶數(shù)據(jù)的機密性和隱私性。此外,在云圖書館海量加密信息存儲中,加密檢索是確保云圖書館數(shù)字安全及用戶隱私保護的主要手段。
云安全存儲技術(shù)具有數(shù)據(jù)自動冗余存儲、整合異構(gòu)存儲平臺、云節(jié)點無單點故障提升業(yè)務連續(xù)性、密碼技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全性等特征。利用云安全存儲技術(shù)建設云圖書館,具有低成本、快速部署、管理簡便、可靠性高及數(shù)據(jù)災難備份等優(yōu)勢。因此,在云圖書館存儲區(qū)域建設中,要建設主云存儲數(shù)據(jù)中心和備份云存儲數(shù)據(jù)中心等至少兩個以上完全相同的跨地域云存儲數(shù)據(jù)中心,形成一個跨地域的統(tǒng)一安全存儲平臺。云圖書館主中心和備份存儲中心以負載均衡方式工作,并定期由主中心向備份中心和其它云存儲節(jié)點進行數(shù)據(jù)備份遷移。當主中心遭受攻擊或因不可抗拒因素停止工作時,由備份中心保障云圖書館數(shù)據(jù)安全及服務的不間斷性。
隨著云存儲技術(shù)在云圖書館建設與用戶服務應用中的不斷深入,云圖書館運營、維護與用戶服務中的安全性問題將更加突出。與傳統(tǒng)的數(shù)字圖書館相比,云圖書館提高數(shù)據(jù)存儲與讀取效率的同時,對數(shù)據(jù)存儲安全技術(shù)的依賴性不斷增強。只有在云圖書館存儲區(qū)域架構(gòu)設計階段認真分析云系統(tǒng)所面臨的威脅與安全要求,在系統(tǒng)運營中運用先進的云安全技術(shù),在制度上加強云圖書館運營安全管理,才能建設安全的云圖書館,為用戶提供安全、高效、經(jīng)濟、便捷的云服務。[10]
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