伍 榮,劉曉毅,王 進(jìn),崔 陽,溫尚國,郝子龍
(中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所,四川 成都 610041)
云計(jì)算平臺廣泛應(yīng)用于金融、交通、醫(yī)療、電力、教育等行業(yè),尤其在新冠肺炎疫情影響下,用“云”量呈幾何級數(shù)增長,應(yīng)用場景廣泛、部署模式多樣化。而資源相對集中、接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式不一致、接口版本迭代快、安全防護(hù)要素多等特點(diǎn),使其成為安全防護(hù)的薄弱區(qū)域,安全防護(hù)設(shè)備難以全面兼容,安全防護(hù)手段難以深入云內(nèi)部,難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、全要素安全防護(hù)。同時(shí),現(xiàn)有的云資源模型僅圍繞資源管理調(diào)度進(jìn)行設(shè)計(jì),無法滿足云安全防護(hù)的整體需求,亟需針對云平臺安全防護(hù)的特點(diǎn)和要素,建立統(tǒng)一的云安全資源模型。
當(dāng)前,云安全現(xiàn)狀包括云安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、云安全研究現(xiàn)狀、云安全產(chǎn)品現(xiàn)狀,通過對這3 個(gè)方面進(jìn)行分析和總結(jié),發(fā)現(xiàn)云安全防護(hù)的問題和不足。
2017 年7 月,云安全聯(lián)盟(Cloud Security Alliance,CSA)發(fā)布《云計(jì)算關(guān)鍵領(lǐng)域安全指南4.0》[1],該指南從治理和運(yùn)行兩個(gè)角度,描述云計(jì)算安全的關(guān)注領(lǐng)域,解決云計(jì)算環(huán)境中戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)安全的“痛點(diǎn)”,從而獲得可應(yīng)用于各種云服務(wù)和部署模式的組合。CSA 在云安全指南基礎(chǔ)上推出的“云安全控制矩陣”(Cloud Control Matrix,CCM),成為云計(jì)算信息安全行業(yè)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。CCM 提供了評估云提供商整體安全風(fēng)險(xiǎn)的基本安全準(zhǔn)則,通過對其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管要求的定制,CCM 在16 個(gè)安全域內(nèi)構(gòu)建統(tǒng)一的控制框架,通過減少云中的安全威脅和弱點(diǎn)來加強(qiáng)現(xiàn)有的信息安全控制環(huán)境,提供標(biāo)準(zhǔn)化的安全和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)管理,并尋求將安全期望、云分類和術(shù)語體系,以及云中實(shí)施的安全措施等標(biāo)準(zhǔn)化。
2013 年5 月,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)發(fā)布SP 500-299《NIST 云計(jì)算安全參考框架(NCC-SRA)》[2],提出了云計(jì)算安全參考架構(gòu),描述云中不同角色的安全分工,對聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)構(gòu)建安全的云環(huán)境提供指導(dǎo)。
2017 年12 月,我國發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35279—2017《信息安全技術(shù) 云計(jì)算安全參考架構(gòu)》[3],規(guī)范了各個(gè)角色的安全職責(zé)、安全功能組件及其關(guān)系,指導(dǎo)云計(jì)算系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃時(shí)對安全的考量和設(shè)計(jì)。2019 年5 月,我國發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22239—2019《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)基本要求》[4],根據(jù)不同安全等級,對云計(jì)算安全提出了對安全物理環(huán)境、安全通信網(wǎng)絡(luò)、安全區(qū)域邊界、安全計(jì)算環(huán)境、安全管理中心、安全建設(shè)管理、安全運(yùn)維管理等方面的要求。
目前,針對云安全的研究主要聚焦于云安全標(biāo)準(zhǔn)研究[5]、云安全風(fēng)險(xiǎn)研究[6-8]和云安全防護(hù)體系架構(gòu)研究[7-10],從標(biāo)準(zhǔn)要求、安全風(fēng)險(xiǎn)及其防護(hù)思路出發(fā),設(shè)計(jì)云安全防護(hù)系統(tǒng),但是欠缺對云安全手段夠不夠、云安全防護(hù)能力足不足的感知和評估。
當(dāng)前,業(yè)界的云安全產(chǎn)品眾多,名稱相差極大。從功能上劃分,主要包括云資產(chǎn)發(fā)現(xiàn)、云風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、云漏洞掃描、云合規(guī)基線、云安全防護(hù)、云風(fēng)險(xiǎn)評估、云安全管控等安全產(chǎn)品。各安全廠商根據(jù)企業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)和不同的用戶場景,基于上述產(chǎn)品功能推出了融合或超融合的云安全產(chǎn)品。
各類云安全產(chǎn)品受限于云平臺廠商類型、版本迭代等情況,因其適應(yīng)性各不相同,體系性也各有側(cè)重,致使云安全防護(hù)能力建設(shè)呈現(xiàn)局部化、片面化、形式化等問題,缺乏云安全能力體系化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)和評判。
多云安全監(jiān)管模型從云安全監(jiān)測、評估和管控角度,可劃分為云安全狀態(tài)監(jiān)測層、云安全融合評估層和云安全綜合管控層,如圖1 所示。
云安全狀態(tài)監(jiān)測層從云外部網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算節(jié)點(diǎn)、云平臺接口、云資源對象4 個(gè)維度,分別劃分為云接入安全監(jiān)測、云節(jié)點(diǎn)安全監(jiān)測、云接口安全監(jiān)測和云資源安全監(jiān)測,采集云外部安全數(shù)據(jù)、云節(jié)點(diǎn)安全數(shù)據(jù)、云安全管控?cái)?shù)據(jù)、云安全資產(chǎn)數(shù)據(jù)和云資源安全數(shù)據(jù)。
云安全融合評估層主要是基于多種云安全評估引擎,將采集到的安全數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代分析,形成云資產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)矩陣、云資產(chǎn)操作行為矩陣、云資產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)行為矩陣和云資產(chǎn)安全事件矩陣,進(jìn)而關(guān)聯(lián)分析,形成云安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣,快速定位存在安全問題的云資產(chǎn)。
云安全綜合管控層通過構(gòu)建云安全專家知識庫,并基于云安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣關(guān)聯(lián)分析,深度發(fā)現(xiàn)云內(nèi)安全問題,生成云安全防護(hù)策略并推送至第三方安全策略配置系統(tǒng),推薦云安全防護(hù)建議給云安全管理員,生成云安全防護(hù)預(yù)案推送至第三方云安全載荷投遞系統(tǒng)和第三方安全策略驗(yàn)證評估系統(tǒng)。
云資源安全監(jiān)測機(jī)制從云資源安全監(jiān)測、云接口安全監(jiān)測、云節(jié)點(diǎn)安全監(jiān)測和云接入安全監(jiān)測4 個(gè)維度,采集云安全狀態(tài)數(shù)據(jù)。
云資源安全監(jiān)測采用輕量化代理設(shè)計(jì),降低終端CPU、內(nèi)存、磁盤資源占用率。將輕量化代理放置于虛擬機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)部,通過容器Sidecar 機(jī)制,將容器輕量化代理放置于容器實(shí)例旁路,輕量化代理程序在用戶空間運(yùn)行,捕獲虛擬機(jī)、容器實(shí)例的狀態(tài)信息,包括系統(tǒng)資源狀態(tài)、進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信流量、網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)系等。通過資源使用狀態(tài)、資源占用情況、資源變化規(guī)律等分析監(jiān)測云資源的安全異常。
通過建立云安全資源模型,設(shè)計(jì)多層次的接口適配,第一層適配器對接華為云、阿里云、騰訊云、電科云、華三云等多種云平臺接口;第二層將不同云平臺的資產(chǎn)信息轉(zhuǎn)換為云安全資源模型中的不同要素;第三層將轉(zhuǎn)換后的云安全資源數(shù)據(jù)入庫。該模型將云內(nèi)資產(chǎn)分為實(shí)體資產(chǎn)(服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、云組件等)和虛擬資產(chǎn)(虛擬機(jī)、容器、云服務(wù)、云租戶、云存儲、云網(wǎng)絡(luò)等),將云內(nèi)資產(chǎn)與安全資源(安全域ID、身份ID、策略ID 等)建立映射關(guān)系,通過該模型對不同云平臺的資源信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)云資源信息的統(tǒng)一采集。該模型持續(xù)監(jiān)測非法資產(chǎn)、非授權(quán)訪問、資產(chǎn)異?;ピL等安全風(fēng)險(xiǎn)。
云節(jié)點(diǎn)安全監(jiān)測以輕代理的方式將監(jiān)測程序部署在云平臺宿主機(jī)操作系統(tǒng)中,用于采集云平臺核心組件、進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)、操作行為和網(wǎng)絡(luò)行為。
基于虛擬機(jī)內(nèi)省技術(shù),在虛擬機(jī)外部對虛擬機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,包括CPU 狀態(tài)、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)信息等。通過分析系統(tǒng)狀態(tài)(軟件狀態(tài)和硬件狀態(tài))來探測和檢查虛擬機(jī)的內(nèi)部狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)對象全面徹底的觀察和監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)虛擬機(jī)運(yùn)行異常、內(nèi)部資源使用異常、網(wǎng)絡(luò)流量異常等安全問題,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)內(nèi)部的透明性,降低終端CPU、內(nèi)存、磁盤資源占用率,從而提高自身的安全性和執(zhí)行效率。
通過在云節(jié)點(diǎn)外部網(wǎng)絡(luò)部署網(wǎng)絡(luò)探針的方式,采集外部終端與云平臺、虛擬機(jī)、容器的訪問請求、網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)流量信息。監(jiān)測各類網(wǎng)絡(luò)威脅和惡意代碼流量。
云安全評估機(jī)制通過構(gòu)建云安全評估框架,集成云安全策略效能評估、云安全合規(guī)檢測和云安全風(fēng)險(xiǎn)挖掘等多種云安全評估引擎。使用者可以按需組合不同云安全評估引擎,以流水線的方式串接不同云安全評估引擎,迭代分析云資產(chǎn)數(shù)據(jù)和云安全數(shù)據(jù),生成云安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣。
云安全策略效能包含策略合理性和策略有效性。策略合理性是指在云平臺不同安全防護(hù)點(diǎn),評估云安全防護(hù)策略是否重復(fù)配置、是否配置沖突等問題,比如在云防火墻和云平臺安全組配置的訪問控制策略沖突;策略有效性是指通過探測手段,判斷訪問控制策略是否生效,同時(shí)綜合在云平臺不同安全防護(hù)點(diǎn)配置的訪問控制策略,若允許訪問,設(shè)置為“通道”,若不允許訪問,則設(shè)置為“墻壁”,生成類似迷宮的模擬環(huán)境,再基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體,自動游走迷宮環(huán)境中各個(gè)點(diǎn)位,結(jié)合已配置的訪問控制策略和實(shí)際生效的訪問控制策略,發(fā)現(xiàn)大規(guī)模、復(fù)雜化、人為影響導(dǎo)致的策略配置問題,評估是否達(dá)到防止非法訪問的能力,產(chǎn)生云資產(chǎn)安全事件。
云安全合規(guī)檢測引擎基于等級保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束的安全合規(guī)要求,以及企業(yè)基于業(yè)務(wù)現(xiàn)狀構(gòu)建的安全基線,制定合規(guī)檢測項(xiàng),再根據(jù)檢測項(xiàng)生成檢測任務(wù)。由檢測任務(wù)從云外部安全數(shù)據(jù)、云節(jié)點(diǎn)安全數(shù)據(jù)、云安全管控?cái)?shù)據(jù)、云安全資產(chǎn)數(shù)據(jù)和云資源安全數(shù)據(jù)中,發(fā)現(xiàn)不合規(guī)問題,產(chǎn)生云資產(chǎn)安全事件。
云安全合規(guī)檢測引擎包含云硬盤加密合規(guī)檢測、鏡像運(yùn)行狀態(tài)合規(guī)檢測、安全組配置合規(guī)檢測、高危端口合規(guī)檢測、虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)間合規(guī)檢測、實(shí)例鏡像合規(guī)檢測、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)合規(guī)檢測、模板類型合規(guī)檢測等,并按需擴(kuò)展規(guī)則解析能力。
云安全風(fēng)險(xiǎn)挖掘引擎基于層次分析法與模糊綜合評價(jià)法,構(gòu)建云安全綜合評估模型。通過對云安全風(fēng)險(xiǎn)綜合分析,將云資產(chǎn)數(shù)據(jù)與云外部安全數(shù)據(jù)、云節(jié)點(diǎn)安全數(shù)據(jù)、云安全管控?cái)?shù)據(jù)、云安全資產(chǎn)數(shù)據(jù)和云資源安全數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),基于模型評估云安全功能完備程度和云安全要求符合程度,生成云安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣和評估報(bào)告,給出云安全風(fēng)險(xiǎn)評分和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分布,作為云安全能力評估的最終結(jié)果。云安全綜合評估模型如圖2 所示。
(1)建立云安全綜合評估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)模型。以云平臺的安全性為決策目標(biāo),將云安全評估指標(biāo)模型的指標(biāo)要素分解為目標(biāo)層、判斷層、指標(biāo)層和方案層,建立如圖3 的層次結(jié)構(gòu)模型。第一層要素為評估目標(biāo),對應(yīng)云平臺的安全性;第二層要素為評估判斷,對應(yīng)安全合規(guī)檢查中的測評類準(zhǔn)則;第三層要素為評估指標(biāo),對應(yīng)安全合規(guī)檢查中的測評子類指標(biāo);第四層要素為評估方案,對應(yīng)安全合規(guī)檢查中的安全控制點(diǎn),是決策目標(biāo)進(jìn)行安全評估的具體方案指標(biāo)。
用于風(fēng)險(xiǎn)要素權(quán)重評估的遞階層次結(jié)構(gòu)共分為3 層:第一層為目標(biāo)層R;第二層為判斷層 R (iR1~R6);第三層為指標(biāo)層 Rii(jR11~R13,R21~R27,R31~R36,R41~R42,R51~R54,R61~R65),Rij為Ri的第j 個(gè)元素。
(2)確定判斷層對目標(biāo)層的權(quán)重。根據(jù)層次模型中的關(guān)聯(lián)關(guān)系,依據(jù)Satty 提出的9 級標(biāo)度法,通過在各層元素中進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造出云安全綜合評估指標(biāo)判斷矩陣。云安全綜合評估指標(biāo)判斷矩陣表示本層次因素間針對上一層次因素的相對重要性比較。云安全綜合評估指標(biāo)判斷矩陣是層次分析法的基本信息,也是進(jìn)行相對重要性計(jì)算的依據(jù)。
以R1~R6為例,通過云安全專家進(jìn)行兩兩比較,評估判斷層各元素對于目標(biāo)層的重要性,基于三角模糊數(shù)方法構(gòu)造出判斷層對于目標(biāo)層的模糊判斷矩陣,如表1 所示。
表1 云安全綜合評估指標(biāo)判斷矩陣
對各模糊判斷矩陣,計(jì)算其第i 個(gè)元素Ri相較于其他各元素的重要性程度為:
式中:n 為元素總個(gè)數(shù);iS 、jS 為通過模糊矩陣得到Ri、Rj的綜合重要程度值;為Ri重要性大于Rj的可能性程度值。
(3)確定指標(biāo)層對于判斷層的權(quán)重。指標(biāo)層對于判斷層的模糊判斷矩陣的構(gòu)造原理與判斷層對目標(biāo)層的模糊判斷矩陣的構(gòu)造原理相同。由之前計(jì)算判斷層各元素對于目標(biāo)層排序權(quán)重分別為 Wi( i = 1,2, … , n),若判斷層第i 個(gè)元素Ri包含m 個(gè)指標(biāo)層因素,同樣的方式計(jì)算指標(biāo)層對于判斷層權(quán)重為 Wij(i =1,2,…, n )( j =1, 2,… ,m)。
(4)確定指標(biāo)層對于目標(biāo)層的權(quán)重。前文進(jìn)行的是層次單排序,為了得到最底層次所有元素與最高層間的相對重要性比較,還須在單排序的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素的總排序。此時(shí),指標(biāo)層對于目標(biāo)層的權(quán)重為:
式中:n 為判斷層元素個(gè)數(shù);m 為第i 個(gè)目標(biāo)層元素下的指標(biāo)層元素個(gè)數(shù)。
根據(jù)云安全綜合評估模型確定的評判矩陣計(jì)算出每個(gè)云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的評分權(quán)重A,采用計(jì)數(shù)減分方法進(jìn)行云安全風(fēng)險(xiǎn)評分,根據(jù)云安全綜合掃描結(jié)果判斷云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是否計(jì)分,對云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)對應(yīng)的掃描結(jié)果進(jìn)行“&&”操作,若云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)對應(yīng)的檢測規(guī)則全部通過,則判斷該風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)為安全;反之,則判斷為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)存在風(fēng)險(xiǎn)。具體判斷規(guī)則如圖4 所示。
對通過檢測的云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)分,單個(gè)云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)計(jì)分的基準(zhǔn)為5 分,結(jié)合上述模型計(jì)算的每個(gè)云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的評分權(quán)重A,得出單個(gè)云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)計(jì)分為5A。在不同的云平臺安全防護(hù)等級中,相同的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)造成的危害不盡相同,防護(hù)等級越高危害越大,因此,云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)計(jì)分增加防護(hù)等級調(diào)整因子I ,具體調(diào)整因子如表2 所示。
表2 云安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)計(jì)分調(diào)整因子
定義P 為云安全風(fēng)險(xiǎn)評估得分,n 為未通過安全風(fēng)險(xiǎn)評估的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)量。上文計(jì)算A 取值在0.011~0.057 之間,云安全風(fēng)險(xiǎn)評估的百分制計(jì)分規(guī)則為:
云安全風(fēng)險(xiǎn)評估得分P 采用百分制計(jì)分,計(jì)分結(jié)果表示云平臺安全程度,具體云平臺安全程度對應(yīng)關(guān)系如表3 所示。
表3 云平臺安全程度對應(yīng)關(guān)系
云安全管控機(jī)制通過搜集業(yè)界云安全產(chǎn)品和方案,形成云安全產(chǎn)品目錄和云安全專家知識圖譜,并從云安全風(fēng)險(xiǎn)出發(fā),基于智能算法決策和推薦云安全防護(hù)策略、云安全防護(hù)建議和云安全防護(hù)預(yù)案,對云安全運(yùn)營提供智能輔助。云安全綜合管控機(jī)制如圖5 所示。
云安全防護(hù)策略包括云防火墻、云網(wǎng)站應(yīng)用防火墻、云入侵檢測、云漏洞掃描、云主機(jī)綜合防護(hù)等云安全軟件的防護(hù)策略?;谠瀑Y產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)和云安全綜合評估,進(jìn)而關(guān)聯(lián)分析,生成應(yīng)對具體云安全風(fēng)險(xiǎn)的云安全防護(hù)策略。
云安全防護(hù)建議基于向量空間模型(Vector Space Model,VSM)、逆文檔頻率(Term Frequency-Inverse Document Frequency,TF-IDF)算法等,云 安全資源庫中的云安全產(chǎn)品和云安全知識圖譜的信息內(nèi)容特征化,基于云安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的關(guān)鍵信息,進(jìn)而關(guān)聯(lián)分析、推薦云安全產(chǎn)品、云安全建設(shè)方案和云安全防護(hù)規(guī)則。
云安全防護(hù)預(yù)案基于云安全風(fēng)險(xiǎn)、云安全產(chǎn)品目錄和云安全知識圖譜,生成云安全載荷投遞預(yù)案和云安全策略強(qiáng)化預(yù)案。云安全載荷投遞預(yù)案輸出云安全防護(hù)服務(wù)部署配置清單,由云安全管理員確認(rèn)后,投遞至安全服務(wù)平臺完成部署;云安全策略強(qiáng)化預(yù)案輸出云安全防護(hù)策略配置清單,由云安全管理員確認(rèn)后,提交至第三方安全策略驗(yàn)證評估系統(tǒng)完成防御效能驗(yàn)證。
基于多云風(fēng)險(xiǎn)評估的安全監(jiān)管模型,實(shí)現(xiàn)云資產(chǎn)數(shù)據(jù)和云安全數(shù)據(jù)采集和融合,通過層次化分析方法和模糊綜合評估法挖掘云平臺的安全風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而結(jié)合云安全專家知識庫,推薦適用的云安全防護(hù)策略、建議和方案,有效應(yīng)對當(dāng)前云平臺呈現(xiàn)的“黑盒”情況,輔助云安全管理員快速定位分析問題和獲取解決方案,提升云安全運(yùn)營過程中安全防護(hù)的效率和質(zhì)量。