云計(jì)算的安全風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策研究

引言

云計(jì)算是一種嶄新的服務(wù)模式。其實(shí)質(zhì)是在分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、并行計(jì)算等模式發(fā)展的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)的一種新型的計(jì)算模型，是一種新型的共享基礎(chǔ)框架的方法。它面對(duì)的是超大規(guī)模的分布式環(huán)境，核心是提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù),主要是解決近十年來互聯(lián)網(wǎng)急速發(fā)展所出現(xiàn)的存儲(chǔ)困難、計(jì)算機(jī)資源大量消耗、工廠產(chǎn)業(yè)人員和硬件成本不斷提高、數(shù)據(jù)中心空間日益匱乏等問題。

由于云計(jì)算系統(tǒng)規(guī)模巨大，承載了諸多用戶隱私數(shù)據(jù),以及前所未有的開放性和復(fù)雜性，其安全性面臨比傳統(tǒng)信息系統(tǒng)更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，原始的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與服務(wù)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能解決上述種種問題，而急需新的解決方案。

1云計(jì)算概述

云計(jì)算是一個(gè)虛擬化的計(jì)算機(jī)資源池，借用了量子物理中的“電子云”(ElectronCloud)思想，強(qiáng)調(diào)說明計(jì)算的彌漫性、無所不在的分布性和社會(huì)特性?！霸啤笔侵赣?jì)算機(jī)群，每一群包括了幾十萬臺(tái)、甚至上百萬臺(tái)計(jì)算機(jī)，是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用服務(wù)的中心，用來完成存儲(chǔ)和計(jì)算工作。云計(jì)算(CloudComputing)是分布式處理(DistributedComputing)、并行處理(ParallelComputing)和網(wǎng)格計(jì)算(GridComputing)的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。

云計(jì)算可以劃分為3個(gè)層次:IaaS(Infrastructure as a Service)、PaaS(Platform as a Service)、SaaS(Software as a Service)。其中，IaaS是基礎(chǔ)設(shè)施層,通過網(wǎng)格計(jì)算、集群和虛擬化等技術(shù)實(shí)現(xiàn);PaaS是作為一種服務(wù)提供給用戶可以訪問的完整或部分應(yīng)用程序的開發(fā)平臺(tái)；SaaS是軟件作為一種服務(wù)來提供完整可直接使用的應(yīng)用程序,在平臺(tái)層以SOA方法為主,使用不用的體系應(yīng)用構(gòu)架,具體是用不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn),表示在軟件應(yīng)用層使用SaaS模式。圖1所示是云計(jì)算技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。

2云計(jì)算的安全與對(duì)策

云計(jì)算在具有巨大商機(jī)的同時(shí)，也存在者潛在的巨大安全風(fēng)險(xiǎn)，如數(shù)據(jù)丟失和泄露、隔離失敗、管理界面損害、數(shù)據(jù)刪除不徹底、內(nèi)部威脅、賬戶服務(wù)或通信的劫持、不安全的應(yīng)用程序接口、服務(wù)的惡意使用等眾多運(yùn)營(yíng)和使用風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)保密性、完整性和可用性遭到嚴(yán)重破壞。最重要的是這些風(fēng)險(xiǎn)可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)信息失控的嚴(yán)重后果，因而可能直接危及國(guó)家安全。圍繞云安全問題，可以采取如下應(yīng)對(duì)措施來予以防范。

圖1 云計(jì)算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

2.1用戶認(rèn)證與授權(quán)

云計(jì)算的動(dòng)態(tài)性使得用戶的數(shù)據(jù)和服務(wù)分布越來越零碎,同時(shí)也增長(zhǎng)了訪問控制的需要。部署在云上的數(shù)據(jù)和服務(wù)，可能超出了用戶主機(jī)/域的授權(quán)與訪問控制體系的控制范圍，從而無法對(duì)其提供保護(hù)。為了防止云計(jì)算平臺(tái)供應(yīng)商“偷窺”客戶的數(shù)據(jù)和程序，云中的數(shù)據(jù)訪問需要采用分權(quán)分級(jí)管理等方式。

可以對(duì)服務(wù)提供商和企業(yè)提供不同的權(quán)限,以對(duì)數(shù)據(jù)的安全提供保證。企業(yè)應(yīng)該擁有完全的控制權(quán)限,并對(duì)服務(wù)提供商限制權(quán)限，同時(shí)要限制對(duì)云中應(yīng)用的可見性，即無法判斷一個(gè)具體用戶的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在哪個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上。

2.2數(shù)據(jù)加密

在云計(jì)算環(huán)境中，數(shù)據(jù)的隔離機(jī)制可以防止其他用戶對(duì)數(shù)據(jù)的訪問，但還要防止在服務(wù)提供者內(nèi)部的數(shù)據(jù)泄露。在云計(jì)算中，數(shù)據(jù)加密的具體應(yīng)用形式為：數(shù)據(jù)在用戶端使用用戶密鑰進(jìn)行加密，然后上傳至云計(jì)算環(huán)境中，之后在使用時(shí)再實(shí)時(shí)解密，避免將數(shù)據(jù)解密后存放在物理介質(zhì)上。

數(shù)據(jù)加密可通過對(duì)稱加密、公鑰加密等成熟的技術(shù)手段，使數(shù)據(jù)在用戶側(cè)加密后再上傳至云計(jì)算環(huán)境中，使用時(shí)再實(shí)時(shí)解密，從而避免將解密后的數(shù)據(jù)存放在任何物理介質(zhì)上。在云中常與數(shù)據(jù)加密配合使用的還有數(shù)據(jù)切分，即將經(jīng)過加密后的數(shù)據(jù)先在客戶端打散，然后分散在幾個(gè)不同的云服務(wù)上，這樣，對(duì)于任何一個(gè)云服務(wù)商而言，都無法獲得完整的數(shù)據(jù)。比如Amazon的S3會(huì)在客戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候自動(dòng)生成一個(gè)MD5散列(hash),這樣就不需要使用外部工具為數(shù)據(jù)生成MD5校驗(yàn)了，從而有效地保證數(shù)據(jù)的完整性［2I?IBM的研究員CraigGentry設(shè)計(jì)了“理想格(ideallattice)”的數(shù)學(xué)對(duì)象,使人們可以充分地操作加密狀態(tài)的數(shù)據(jù),服務(wù)提供商也可以受用戶的委托來充分分析數(shù)據(jù)［4Io對(duì)于用戶PGP和TrueCrypt，都可以對(duì)文件離開你的控制范圍進(jìn)行加密處理,以保證數(shù)據(jù)的安全。用戶也可以根據(jù)不同的情況,動(dòng)態(tài)地選擇加密方式來滿足不同的加密需要。

2.3數(shù)據(jù)隔離機(jī)制

通過私密性和完整性保護(hù)可以防御來自外部的攻擊，保護(hù)外部存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)不被竊取，程序不被非法篡改。如果攻擊程序和受害程序運(yùn)行在同一平臺(tái)上，且共用同一個(gè)密碼加密程序，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)摘要，則無法區(qū)分訪問來自進(jìn)程內(nèi)還是其他進(jìn)程。顯然，僅僅能夠防御來自平臺(tái)之外的攻擊還不足以作為安全的終端被廣泛使用。

事實(shí)上，通過三個(gè)層次可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程隔離。在外部存儲(chǔ)器中，對(duì)于不同的進(jìn)程，采用不同的密鑰加密數(shù)據(jù)，來產(chǎn)生加密摘要。當(dāng)進(jìn)程訪問屬于其他進(jìn)程的數(shù)據(jù)時(shí)，由于密碼不同，一方面，通過解密只能拿到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，從而保護(hù)了數(shù)據(jù)的私密性；另一方面，不能通過完整性驗(yàn)證，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)制止非法訪問。對(duì)于緩存和寄存器中的數(shù)據(jù)，通過添加進(jìn)程標(biāo)號(hào),可以防止進(jìn)程之間數(shù)據(jù)的非法訪問。最后，也可以增加軟件可配置的硬件，并允許軟件對(duì)密鑰、保護(hù)模式進(jìn)行配置。

2.4數(shù)據(jù)在云存儲(chǔ)中的完整性

數(shù)據(jù)完整性就是云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)保持不變，不會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生損壞。對(duì)存儲(chǔ)在云中的數(shù)據(jù)，可采用傳統(tǒng)的快照、備份和容災(zāi)等保護(hù)手段來確保數(shù)據(jù)的安全。數(shù)據(jù)備份可通過存儲(chǔ)自身的備份功能或現(xiàn)有的企業(yè)級(jí)備份軟件來實(shí)現(xiàn),可按照用戶設(shè)定的備份策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)在線或離線備份及恢復(fù)。多點(diǎn)備份，雙機(jī)熱備，一臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)，另外一臺(tái)服務(wù)器在短時(shí)間內(nèi)可以啟動(dòng)并拉起相關(guān)應(yīng)用進(jìn)程，這樣就不會(huì)影響用戶的服務(wù)。

2.5虛擬化安全

虛擬技術(shù)的使用改變了云的安全環(huán)境，雖然使用虛擬機(jī)導(dǎo)致的安全問題并不是不可解決的，但需要應(yīng)用與物理主機(jī)不同的安全工具和方法，而且保護(hù)機(jī)制要復(fù)雜得多。虛擬機(jī)引入的主要安全威脅包括接入和管理主機(jī)的密鑰被盜、攻擊未打補(bǔ)丁、在脆弱的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)端口偵聽、劫持未采取合適安全措施的賬戶等。

解決這類問題可選擇具有TPM(可信計(jì)算平臺(tái))安全模塊的虛擬服務(wù)器。安裝時(shí)為每臺(tái)虛擬服務(wù)器分配一個(gè)獨(dú)立的硬盤分區(qū)，以便進(jìn)行邏輯隔離。每臺(tái)虛擬服務(wù)器應(yīng)通過VLAN和不同IP網(wǎng)段的方式進(jìn)行邏輯隔離，對(duì)需要通信的虛擬服務(wù)器間可通過VPN進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，以進(jìn)行有計(jì)劃的備份,包括完整、增量或差量備份方式。

2.6加強(qiáng)laaS層和PaaS層的安全解決方案研究

SSL是大多數(shù)云安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，但這也可能成為一個(gè)主要的病毒傳播媒介，需要進(jìn)行更多的監(jiān)控。laaS云提供商應(yīng)該保證其物理架構(gòu)的安全性。一般來說，只有授權(quán)的員工才可以訪問運(yùn)營(yíng)企業(yè)的硬件設(shè)備；做好電源冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、防火防盜和安全警報(bào)等工作叫l(wèi)aaS提供商應(yīng)該對(duì)客戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行安全檢查，避免一些風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，如執(zhí)行病毒程序等。SaaS提供商應(yīng)最大限度地確保提供給客戶的應(yīng)用程序和相關(guān)組件的安全，客戶通常只需負(fù)責(zé)操作層的安全功能，包括用戶的訪問管理、身份驗(yàn)證等。

2.7法律法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)

云計(jì)算的應(yīng)用地域性弱、信息流動(dòng)性大，信息服務(wù)或用戶數(shù)據(jù)可能分布在不同地區(qū)甚至國(guó)家，在政府信息安全監(jiān)管等方面可能存在法律差異與糾紛；同時(shí)由于虛擬化等技術(shù)引起的用戶間的物理界限模糊而可能導(dǎo)致的司法取證問題也不容忽視。

因此，要針對(duì)云計(jì)算技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)模式盡快制定相應(yīng)的法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范。如出臺(tái)數(shù)據(jù)保護(hù)法，建立云計(jì)算平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)制度與應(yīng)急處置預(yù)案，明確云計(jì)算服務(wù)提供商信息安全管理責(zé)任，規(guī)范跨境云計(jì)算經(jīng)營(yíng)模式，制定用戶使用日志留存規(guī)范等。

3結(jié)語

云計(jì)算是繼大型計(jì)算機(jī)到客戶端-服務(wù)器的大轉(zhuǎn)變之后的又一種巨變?cè)?，云安全是為了發(fā)展云計(jì)算而采取的必要手段,同時(shí)，由于安全性和隱私性受到質(zhì)疑，云安全也成了制約云計(jì)算發(fā)展的重要因素。云服務(wù)提供商只有在云服務(wù)架構(gòu)和技術(shù)上不斷完善，降低云計(jì)算系統(tǒng)的安全威脅,提高服務(wù)的連續(xù)性,云計(jì)算模式才會(huì)真正地發(fā)揮其本身的價(jià)值。

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