淺析移動云計算領(lǐng)域的網(wǎng)絡安全策略研究_優(yōu)秀論文

1、 淺析移動云計算領(lǐng)域的網(wǎng)絡安全策略研究 1 云計算與移動云計算 1.1 云計算 云計算服務, 最初是由Amazon公司推出的, 其提供的Elastic Compute Cloud(EC2)服務, 意在將Amazon的閑置計算機資源通過按需租賃的方式, 提供給用戶。用戶方面, 通過云平臺則可以像使用電力、水力一般, 使用計算資源。 云計算是一種高度可擴展的計算方式, 通過這種方式, 可以把集中的網(wǎng)絡、存儲、硬件、應用及服務等計算資源, 按需提供給用戶。其模式主要包括：基礎(chǔ)設施即服務(IaaS), 提供服務器、存儲、網(wǎng)絡等IT基礎(chǔ)資源, 該層部署云平臺的硬件設施, 及其上的虛擬化應用平臺即服務(P

2、aaS), 提供了軟件的編程框架與環(huán)境, 負責開發(fā)工具、中間件、數(shù)據(jù)庫、調(diào)度與管理等任務;軟件即服務(SaaS), 提供在線應用程序服務, 包括行業(yè)、業(yè)務及工具等相關(guān)應用。在云計算模式下, 用戶無需在購買某種硬件、系統(tǒng)及軟件資源, 所有的IT資源均能從供應商那里按需購買。 1.2 移動云計算 緊隨移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及, 云計算最大的轉(zhuǎn)變將是云端從PC蔓延到掌上。這也意味著, 人們共享信息的方式越來越傾向于更小、更便捷的智能手機、PAD等移動設備。但也正由于小, 這些設備也存在著容量小、計算能力少、電池電力有限、與PC設備共享數(shù)據(jù)效果差等不足。于是, 人們試圖將云計算的優(yōu)點也賦予到移動設備上,

3、 移動云計算由此誕生。 移動云計算, 是指通過移動網(wǎng)絡以按需、可擴展的模式獲取所需的網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用和服務等IT資源, 提供到移動設備的一種交付模式, 是云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)相互融合的產(chǎn)物。是即云物聯(lián)、云存儲、云游戲后的又一云計算技術(shù)的重要分支。移動云計算的運用, 可以解決移動掌上設備能力不足的問題, 使其富便攜化的效果, 即把貧瘠的便攜設備能力變得富足。 移動云計算的生態(tài)架構(gòu)可以分為三層：云層、管道和終端, 即云-管-端, 其架構(gòu), 如圖1所示。云層, 是指提供基礎(chǔ)設施、平臺、應用等服務的一個云資源池, 也就是廣義上的云計算。管道, 是指實現(xiàn)終端和云層之間信息傳輸?shù)囊粭l通信管道。若是公

4、有云, 這條管道是指通信運營商所提供的通信網(wǎng)絡, 若是私有云, 則是指所屬機構(gòu)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡或虛擬專網(wǎng)。終端, 是指享有云服務的移動終端, 可包括手機、平板電腦、車載電腦和無線POS機等具備信息交互功能的移動設備。 2 移動云計算安全概述 2.1 移動互聯(lián)網(wǎng)安全問題 2015中國反病毒大會, 即第十四次全國計算機病毒和移動終端病毒疫情調(diào)查發(fā)布會上, 發(fā)布了國家計算機病毒應急處理中心最新完成的一份調(diào)查報告。調(diào)查結(jié)果顯示：移動終端的安全威脅和病毒感染率都呈現(xiàn)出了明顯地上升的趨勢：2014年, 88.7%的被訪者遭遇過網(wǎng)絡安全事件, 相比2013年增長了37.5%;移動終端的病毒感染比例占31.5%

5、, 與2013年相比增長了5.2%。此外, 據(jù)2015年上半年中國互聯(lián)網(wǎng)移動安全報告統(tǒng)計, 2015年上半年手機病毒出現(xiàn)爆發(fā)式增長, 病毒軟件新增數(shù)量達到127.31萬個, 環(huán)比增長240%;全國用戶累計感染量達到1.85億人次, 環(huán)比增長10%;Android安全形勢持續(xù)嚴峻, 新增Android病毒包數(shù)596.7萬, 同比增長1741%。 其中, 漏洞危害包括遠程控制、系統(tǒng)破壞、隱私泄露、數(shù)據(jù)破壞、財產(chǎn)損失、盜版橫行等多個方面?？梢? 移動云計算所面臨的安全形勢是非常嚴峻的。 2.2 移動云計算安全的概念 云計算技術(shù)是集分布式計算、網(wǎng)格計算、效用計算、虛擬化、負載均衡、多租戶等多種技術(shù)相集

6、合的產(chǎn)物。因此, 云計算所面臨的安全問題也更加嚴酷。云計算安全策略是集身份認證、訪問控制、加密技術(shù)、傳輸安全、安全日志與審計、事件日志與安全審計等整體安全策略, 及IaaS、PaaS、SaaS分層安全策略相結(jié)合的安全策略。 移動云計算, 是云計算的一個重要分支。因此, 移動云計算安全策略是一套安全防護技術(shù)的集合, 需要在繼承云計算安全防護技術(shù)的同時, 結(jié)合移動云中終端管道安全技術(shù), 并相互融合的一整套安全策略。 3 移動云計算安全策略 3.1 移動云計算云層安全 移動云計算架構(gòu)中的云層, 實際上就是指得廣義上的云計算。在這一層需要考慮的安全策略包括整體安全策略及IaaS、PaaS、SaaS各層

7、的安全策略。 3.1.1云層的整體安全策略 身份認證與訪問控制。身份認證是指在網(wǎng)絡中對用戶實體的身份進行確認, 最常見的一種方式就是通過使用賬號和密碼來登錄終端系統(tǒng)。訪問控制是在身份認證的基礎(chǔ)上, 按照授權(quán)來對用戶的訪問加以約束, 其主要是為了檢測與防止越權(quán)訪問, 并對資源予以保護。云計算模式下的身份認證、訪問控制是需要在傳統(tǒng)技術(shù)上加以增強的：首先, 采取自助、自管、自動化的方式對用戶生命周期進行管理;第二, 提供多用戶、多服務的集中式訪問控制, 保證一致的安全策略;第三, 使用多因素、密文口令等方式來驗證用戶身份;第四, 基于輕量目錄訪問協(xié)議進行統(tǒng)一身份認證, 且支持單點登錄。加密與密鑰管理

8、。加密技術(shù)主要是用來隱藏需要傳遞的數(shù)據(jù)信息的技術(shù), 是保證云計算中信息安全的基礎(chǔ)。經(jīng)典的密碼算法有兩種：第一種是對稱密鑰體制, 即加解密時采用相同密鑰。第二種是非對稱密碼體制, 即加解密時采用不同密鑰, 一般公鑰用于加密, 私鑰用于解密。此外, 還可通過私鑰加密、公鑰解密的方式實現(xiàn)數(shù)字簽名, 以驗證信源的真實性。密鑰管理的方法包括：密鑰生成、密鑰與身份的綁定、密鑰分發(fā)、密鑰維護和密鑰的存儲等。云計算環(huán)境中, 用戶應先對數(shù)據(jù)進行對稱加密后, 再傳送到云端。當云端接收數(shù)據(jù)后, 應使用增強的、組合的加密技術(shù)再對元數(shù)據(jù)進行加密, 以保護用戶信息。此外, 云端還必須提供一個統(tǒng)一、彈性的密鑰管理架構(gòu);并通

9、過隨機密鑰、內(nèi)存清洗、磁盤控制器密鑰加密、避免從網(wǎng)絡啟動密碼等措施, 來保障云端密鑰的有效管理。 傳輸安全。在云環(huán)境中, 邊界是無形的、動態(tài)的, 可以采用VPN(虛擬專用網(wǎng)絡)技術(shù)和安全套接層協(xié)議(SSL), 來保障云計算環(huán)境下的傳輸安全。VPN技術(shù)的過程為：先建立公網(wǎng)傳輸?shù)逆溄?接著, 將用戶數(shù)據(jù)封裝完畢;最后, 再通過隧道進行傳輸。隧道支持二層封裝協(xié)議(PPTP、L2F等), 和三層封裝協(xié)議(IPSec、GRE等)。其可以結(jié)合加解密認證、密鑰交換及訪問控制等技術(shù), 來確保數(shù)據(jù)傳輸安全性。SSL主要分為兩層, 第一層為SSL記錄協(xié)議, 提供數(shù)據(jù)加密、壓縮、封裝等功能, 第二層是SSL握手協(xié)議

10、, 實現(xiàn)身份認證、密文磋商、密鑰交換等行為。云環(huán)境中的傳輸接口可以采用SSL方式, 而數(shù)據(jù)通信安全可以通過VPN和SSL結(jié)合起來使用。 事件日志與安全審計。云計算的事件日志是主要用來記錄云基礎(chǔ)設施、平臺環(huán)境及應用程序的所發(fā)生重要事件, 事件日志可以分為三類：操作日志、云系統(tǒng)日志及安全日志, 操作日志用以記錄云系統(tǒng)中的用戶、管理員、運維員的操作行為, 云系統(tǒng)日志用以記錄三層云的運行情況, 安全日志則用以記錄陌生賬戶多次嘗試登錄、正常用戶的屢次異常行為等安全事件。安全審計則是通過對所關(guān)注的事件日志進行記錄、跟蹤及分析來實現(xiàn)的。在云計算多模式的情況下, 需要對安全事件進行整合管理, 以便及時地對安全

11、事件進行響應。 災難備份與恢復。云環(huán)境需確保在遭遇天災人禍時, 仍可以提供持續(xù)的服務, 數(shù)據(jù)信息也能被迅速的恢復過來。首先, 應實現(xiàn)服務的遷移, 即建立多個備用站點, 以便主節(jié)點發(fā)生故障時的切換。此外, 還應實現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移, 支持數(shù)據(jù)的多備份、異域備份和離線備份。 3.1.2 云層的分層安全策略 1) IaaS層安全 物理安全, 云環(huán)境中需要保障數(shù)據(jù)中心的機房環(huán)境、線路、電源等安全。主要可以采取安全體系、攝像監(jiān)控、定時巡邏、預警監(jiān)控、異常報警等措施。基礎(chǔ)設施安全, 云端的基礎(chǔ)設施主要是由服務器、存儲、網(wǎng)絡等硬件設備構(gòu)成, 是保障云計算模式整體安全的基石。對于服務器安全方面, 需要考慮設置主機防火

12、墻、訪問控制策略、基于主機的入侵檢測防御, 及異常行為監(jiān)控等措施。在網(wǎng)絡安全方面需要考慮設置網(wǎng)絡防火墻、安全審計、惡意代碼防范、基于網(wǎng)絡的入侵檢測防御等策略。對于存儲設備方面應考慮設置備份服務器等。 虛擬化安全, 該層是通過虛擬化技術(shù)將物理基礎(chǔ)設施映射為服務器虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化等虛擬資源。 (1) 服務器虛擬化。服務器虛擬化就是將物理主機虛擬成一臺或多臺的虛擬機, 實現(xiàn)硬件資源與虛擬資源的解耦, 及多臺虛擬機之間的隔離。在服務器虛擬化方面, VMM是一個核心部分, 必須制定其自身嚴格的安全機制, 需涉及的內(nèi)容包括：采取用戶認證制度, 使用高難度口令, 降低侵入威脅。采用最小化服務方

13、案, 嚴格控制各個虛擬機的接口, 關(guān)閉空閑的服務端口。啟動隨機內(nèi)存策略, 使虛擬化內(nèi)核、應用處于無法隨機調(diào)度的內(nèi)存地址中, 避免遭受惡意代碼攻擊導致內(nèi)存溢出。開啟內(nèi)核完整性檢驗, 使用數(shù)字簽名來確保數(shù)據(jù)來源的真實性, 以確保虛擬化加載模塊與應用的完整性。 (2) 網(wǎng)絡虛擬化。網(wǎng)絡虛擬化一方面是指通過傳統(tǒng)的VLAN或VPN等技術(shù), 來實現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)絡;另一方面是指對網(wǎng)卡、交換機、網(wǎng)絡接口等網(wǎng)絡設施進行的虛擬化, 使用這種方式, 就能夠使虛擬機中的虛擬網(wǎng)卡, 通過虛擬接口連接虛擬交換機上, 虛擬交換機又可以通過物理的網(wǎng)卡接入到物理交換機上。這樣一來, 虛擬交換機就可以在虛擬服務器與實際網(wǎng)絡之間形成

14、無縫鏈接。網(wǎng)絡虛擬層面的安全防護策略主要有：采用虛擬交換機, VLAN等虛擬架構(gòu)容器劃分邏輯分區(qū)、實行集中管理及邊界防護, 并設置防火墻策略。開啟虛擬交換機的虛擬端口流量限制功能, 并禁止虛擬機端口使用混雜模式。對虛擬網(wǎng)絡進行監(jiān)控、審計, 以便及時發(fā)現(xiàn)異常。 (3) 存儲虛擬化。存儲虛擬化是指在將磁盤、光盤、磁帶等不同存儲介質(zhì)資源進行整合, 打破多種不同存儲實體之間互不兼容的局限, 虛擬化為統(tǒng)一的邏輯存儲池。值得注意的是, 存儲虛擬化和虛擬存儲是兩個概念, 前者是指通過虛擬層, 對不同種類存儲資源的整合, 使其使用便捷、易于管理, 它并不能對存儲能力和容量進行擴展;而后者則是指借用磁盤資源對內(nèi)

15、存容量進行擴展的一種方法。存儲虛擬層需要采取的安全策略應涉及：采用磁盤鎖, 保障多個用戶同一時間訪問一個虛擬機。對數(shù)據(jù)存儲采取備份策略, 對用戶存儲在虛擬存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù), 使用多份備份, 且分別放置在不同的物理位置上。采取設備冗余策略, 當硬件設備發(fā)生故障時, 可以保障存儲虛擬容器使用其它設備進行掛接。需建立存儲虛擬系統(tǒng)的災備、容錯機制, 保障在發(fā)生誤操作、節(jié)點失效、天災等事件是的災難恢復。 2) PaaS層安全 分布式文件系統(tǒng)的安全。分布式文件系統(tǒng)是通過計算機網(wǎng)絡, 連接各個分散的存儲節(jié)點, 并實現(xiàn)不同節(jié)點數(shù)據(jù)信息和存儲空間的資源共享系統(tǒng)。分布式文件系統(tǒng)通常是由主節(jié)點、從節(jié)點組成的, 主節(jié)

16、點上存儲的是文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)。為確保數(shù)據(jù)的可用性, 這些節(jié)點數(shù)據(jù)的副本都會被保存在不同的機架服務器上。在分布式文件系統(tǒng)中應構(gòu)建的安全措施有：設置主備和輔備服務器對文件系統(tǒng)服務器進行備份, 以應對文件硬件的宕機與故障;采用備份存儲方式來確保數(shù)據(jù)可靠性, 備份數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中至少應有三份以上;應保證多用戶并訪問時, 文件系統(tǒng)的承受能力, 設置預警線, 保障硬件設施的動態(tài)擴展及頻繁增減;需要提供統(tǒng)一的、透明的界面供用戶時候, 還需要確保用戶數(shù)據(jù)的獨立性, 并保證數(shù)據(jù)沖突時的恢復機制。 3) SaaS層安全 多租戶安全。是一種實現(xiàn)多用戶共同使用軟件、系統(tǒng)的一種軟件架構(gòu)。在使用時, 應采取物理或虛擬方式來實

17、現(xiàn)隔離, 以確保多租戶的隱私安全。應用安全。要不間斷地維護用戶權(quán)限列表、訪問Session等訪問控制權(quán)限, 另外還應, 確保應用程序的服務器正常運行、訪問通暢和安全性。 3.1.3移動云計算管道安全 移動云環(huán)境中的管道, 是整個移動云計算架構(gòu)中的中間環(huán)節(jié)。第一, 移動終端設備各式各樣, 并存在多種的接入方式, 如Wi-Fi、WiMax、GPRS、3G、4G等, 因此, 在接入移動設備時, 應具備統(tǒng)一的應用服務接口。第二, 還需采用阻塞點安全策略, 在建立統(tǒng)一服務接口的同時, 要設置一個通信窄道, 如防火墻、安全網(wǎng)關(guān)等, 以迫使攻擊者使用這個窄道, 達到對其實施控制與監(jiān)視的目的。同時, 在窄道的

18、位置, 還可以部署數(shù)據(jù)內(nèi)容的過濾裝置, 對敏感信息進行發(fā)現(xiàn)及甄別, 還應實現(xiàn)對HTTP、FTP、SMTP、POP3和即時通訊等各類網(wǎng)絡協(xié)議內(nèi)容的過濾功能。此外, 在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中, 應確保通過管道的數(shù)據(jù)包都是經(jīng)過加密的, 同時當數(shù)據(jù)包通過管道時, 管道對各個用戶的數(shù)據(jù)包可進行一次封裝, 每個數(shù)據(jù)包產(chǎn)生一個隨機的密鑰, 而破解該密鑰的方法只有云服務商才知曉, 采用多重加密機制的組合, 以防止遭受截獲、中斷、篡改、偽造等主動和被動攻擊, 確保傳輸管道的安全和通暢。 3.1.4 移動云計算終端安全 在移動終端設備的安全方面, 首先, 其安全防護的重點是移動設備的控制權(quán)限與系統(tǒng)權(quán)限。終端在成功接入移動云環(huán)境之前, 必須采用身份強制識別, 身份合法準入, 非法阻止, 校驗口令也應采取隔時更新的安全策略, 這樣就可以有效防止賬號被盜后的越權(quán)行為。其次, 用戶也不應隨意安裝陌生的移動應用程序。同時, 移動云服務商還務必提供可靠的移動云安全應用軟件, 對用戶的某些不安全的操作進行限制, 實時地防范用戶自身未發(fā)覺的一些危險行為, 以及時監(jiān)