云计算安全解决方案白皮书
Jack zhai
二、云的安全是阻碍云计算普及的最大障碍
A：云计算让传统信息安全防御体系面临尴尬
信息安全是保障信息系统业务安全的，采用云计算技术后，并非只是增加了一个虚拟化管理软件的安全风险那么简单，最重要的是，它让多年来信息安全保障基本思路---边界安全防御思路面临尴尬。
1、什么是边界安全防御思路
多年来信息安全防御是基于边界安全思路进行设计的，这源自于美国人的IATF(信息保障技术框架)，很早以前就提出了网络安全的保障思路。把网络按功能分为不同的安全域，域内安全需求相似，我们在安全域边界上部署安全措施。典型的“3+1”划分方式：计算域(服务器与存储)、核心互联网(网络核心)、接入域(用户接入网络的汇聚)、基础设施域(网管与安管的基础设施)。
安全域防御思路是将用户与服务器资源隔离开来，也把入侵者与保护对象隔离开来，在其访问的必经路径上，建立多道防御措施，延长入侵者到达目标的时间，同时为监控措施赢得发现并部署应急处理的时间。之所以成为“边界安全思路”，是因为这种设计思路往往先划出边界，理清出入口，在“关口”上部署安全策略。
边界安全源于保护领土的传统安全做法，拉开我们与敌人的空间距离，这样敌人在进攻时就会暴露在中间区域内，我们好有充足时间做出反应，组织强有力的阻击行动。多重防护、也是延长敌人攻击到我核心地域的时间。很显然，这种方法是对付正面的、公开的敌人，面对已经在自己领域内部的敌人(内鬼或者间谍)，边界措施就不适用了，因此，需要建立监控体系，以及对内部人员的信任管理系统，内部区域是我们可控的，保障的思路是提高犯罪门槛，以及秋后算总账。
什么是网络边界？对于某个单位的局域网来说，就是互联网出口的路由器；对某个业务系统来说就是服务器的网卡，就是连接交换机的那根网线。这里是外部入侵者的必经之路，安全防护的最佳位置。
2、“花瓶”模型
安全措施有很多，该如何选择呢？是越多越好，越贵越好吗？显然不是！
安全部署是一个整体规划、系统化的设计过程，建立纵深的、立体的防御体系，需要多方面的安全措施相互配合，没有任何一种安全措施可以包打天下的。
安全保障的目的是减少安全事件的发生，或者是减少安全事件发生时带来的损失。因此，处理安全事件就安全保障措施落地的基本流程。从对一个安全事件的处理过程中，可以看出安全措施的配合机理。
安全事件发生前：在所有的边界出口上，部署安全访问策略，提高访问门槛，建立安全防护基线；
安全事件发生中：利用强大的安全检测技术，分析网络里的各种异常，监控设备、进程的运行动态，发现入侵行为，立即报警，启动应急处理流程，尽量把安全事件限制在局部区域，把安全损失降低到最小；
安全事件发生后：利用用户信用与审计体系，收集犯罪者的证据，挖出内鬼，秋后算账，震慑处于犯罪边缘的人；
日常运维管理：提高自身安全素质，减少安全漏洞。通过安全管理平台管理安全策略，监控安全态势。
“花瓶”模型把安全措施分为边界防御、动态监控、信任体系三条措施基线，以及一个公共安全管理的支撑平台。模型具体描述了各种措施部署的位置，以及各种措施之间相互支撑、相互协作的关系。边界防御可以把一般水平的入侵者挡在“墙”外，对于高水平的入侵者，我不能不让你进来，但可以通过动态监控措施看见你的一举一动，发现异常，或者有安全隐患，立即报警或直接制止。目前流行的应对APT攻击---“沙箱”技术，就是属于监控体系中通过释放行为，判断是否为恶意代码的监控类措施。边界防御与动态监控可以应对外部入侵者；针对“内鬼”，就需要监控体系与信用体系了。发现越权访问，以及滥用权限等不合违规行为，立即制止并进行制裁。
3、虚拟化网络的边界在哪里成了难解的问题
网络就是要连通，连通才是数据共享、实时互通的基础。但共享就意味着不安全，知道得人越多，泄露的可能性就越大。所以，我们建立网络的同时，也建立了层层“关卡”，允许授权的人访问，限制外来人的访问权限，既享受互联带来的便利，又限制敏感数据的知悉范围。
云计算服务模式的来临，对原来“诸侯割据”的网络带来极大的冲击：
数据大集中：虚拟化的前提是整合信息系统，提高IT基础设施的利用率。不仅是数据集中，服务器也集中；集中后，各个信息系统之间的隔离就难了，数据集中，也让数据的价值更加凸显，被入侵者关注的可能性大大增加；
数据共享：其实无论是否采用云服务模式，信息系统之间的数据共享都是必然的趋势，网络的目标就是让“数据”动态起来，让实时数据的价值进一步体现，让隐藏在数据背后的关联与规律进一步为决策者所用。继云服务之后，大数据分析应用迅速风靡各个行业，不能不说是云服务模式推动了数据共享与业务互联。无论是服务总线的互联，还是数据交换平台的互联，信息系统之间的关系都更加密切，数据流的访问逻辑都更加复杂，访问控制策略也越来越复杂。
在服务器端，数据与服务的集中融合，模糊了业务系统与物理网络的对应的关系，不仅让信息系统之间的边界模糊了，而且由于虚拟机的动态迁移，我们能确定的就只是服务器的URL地址(通过DNS翻译成云门户上的业务服务IP地址，再映射到VM在虚拟化池中的内部IP地址)。在用户端，BYOD技术的推广，随时随地网络的接入，用户的IP地址是变化的，没有变的只有用户的访问账户。在TCP/IP统治的网络世界了，IP可以变化，就意味着用户的访问路径是不确定的，找不到必经的“关口”，安全防护的边界该在哪里？
边界模糊了，边界部署安全策略的方式就不那么好使了。
当然虚拟化技术让信息安全面临的尴尬还远不止这些：
传统的安全威胁依然存在：
病毒、蠕虫依然流行，DDOS同样在威胁“门户的路”，CC攻击同样可以让业务服务器宕机；操作系统与数据库的漏洞同样可被利用；应用层的漏洞攻击同样随处可见；物理安全因为数据中心大集中后增大了威胁的可能；
虚拟化管理平台也是OS，是系统软件，只是因为关注少而报出漏洞少。VM安全吗？若是入侵者获得了虚拟化管理平台的权限，每个VM不是都面临入侵的威胁吗？
内部人员的有意与无意违规，第三方运维中别有用心人员的蓄意破坏，被人收买员工的非法访问…这样管理漏洞同样严峻；
信息系统之间的隔离是新问题：VM可以动态迁移，基于网络层的物理隔离设备无法部署在虚拟化的网络里；针对每个VM的安全策略，是否可以跟随VM一起迁移，不能出现“安全天窗”，是安全保障设计者最关心的问题；
VM的安全：服务器变成了VM，VM在虚拟化管理平台看来就是一个文件，一个可以被复制、拷贝、读取、修改的文件，目前使用一种对虚拟终端VM休眠时病毒查杀的技术，就已经展示了直接修改VM文件的技术应用，若入侵者这样操作业务VM，恐怕就没有敏感数据可言了吧；
VM之间的攻击：从网络外部直接入侵重要业务系统，要通过层层网络安全措施的过滤与监控，困难是显而易见的。先入侵不重要的业务服务器(一般安全防护也相对较弱)，再作为“肉鸡”横向入侵重要的业务系统，是入侵者常用的手段。有了虚拟化技术，不仅VM之间的隔离难以部署网络层安全措施，而且这种横向入侵的流量又可能是完全不进入物理交换机的“东西”向流量，因此，VM之间的安全状态往往成为云服务建设者最大的“心病”；
B、业界目前提供云计算安全解决方案的分析
云计算是用户需要的，选择虚拟化技术是必然的，用户需求就是技术发展的动力，让用户的业务在云中“裸奔”显然是不可取的。随着云计算服务的成熟，其安全解决方案也推出了很多，但由于传统的安全边界防护思路难以奏效，这些方案在效果上都有些捉襟见肘。
1、VMWare的安全虚拟机流量清洗方案
WMWare目前是虚拟化管理平台软件最大的厂家，率先推出其安全保障方案。其思路是：在每个物理服务器内开启一个安全VM，安装安全软件，如病毒查杀。由于VM下层的Hypervisor是自己的代码，他们提供了一个API接口，通过Hypervisor控制，让进入VM的数据流先进入安全VM，安全清洗后，再流到目标VM中。实际上就是在VM的下层Hypervisor层上做每个VM的访问控制。
安全VM中不仅可以安装杀病毒软件，还可以安装入侵检测、防火墙等软件，形成一个超能力的安全处理机。其前提是有VMWare提供底层的流量引导与控制，否则安全处理机就只能“旁观”了。
这个方案设计思路很不错，Symantec、Checkpoint、McAfee、Trendmicro都在此方案上做了非常好的集成，尤其是查杀病毒方面实现的很理想。
但这个方案有一个致命的缺陷： VMWare公司的API接口是授权使用的，目前国内的安全厂商没有一家获得，要选择此方案，安全虚拟机中只能安装国外安全公司的产品，这很难符合国内等保、分保的要求。另外，这个方案在杀病毒方面应用安全案例很多，但在其他安全措施集成上，案例相对较少。
这个方案给了我们两点非常好的启示：一是安全虚拟机，可以随时“生成”安全设备，多少、种类都不受限制；二是通过引导业务流可以让“旁路”的安全措施发生效力。
2、安全虚拟机方案是否可以扩展？
如果可以让各种安全设备都变成软件，运行在VM里，就可以部署到业务VM的旁边，通过虚拟交换机上流量引导就可以实现对业务VM的安全控制。这个方案是否可以进一步扩展呢？有两个问题是难以回避的。
资源挤占：一般一个业务系统往往不止需要一种安全措施，如一个网站需要WAF过滤，还需要IDS检测，这样就需要在网站VM旁边开启两个安全虚拟机。这种安全处理所需要的资源是很大的，vIDS与vWAF加起来占用的服务器资源，或许比业务VM需要的资源还要多。物理服务器的资源是有限的，安全与业务争资源，是管理者不愿意看到的。如果网站业务流量增大，业务VM与安全VM可能就无法在一个物理服务器内了，所谓“旁边”就近处理，也无法兑现了；
VM迁移：VM迁移是虚拟化最有特色的功能了，这种迁移往往是系统自动的，当VM迁移时，安全虚拟机是否跟随迁移？若要实现一起迁移，则涉及多个VM是否可以同时迁移(同源同目的)，新的物理服务器是否可以容纳它们？迁移过程中底层的流引导是否能保持同步？业务不中断，安全措施监控是否也能不间断？若不做到一起迁移，VM迁移后，原来的安全虚拟机继续处理流量，则需要流量跨物理交换机两次，这显然不可取；若在新位置重建安全虚拟机，安全虚拟机建立与开启需要时间，就必然会形成安全监控的“天窗”。
很显然，安全虚拟机方案很具诱惑，但不适合业务同时选用多种安全措施(VMWare方案中只是杀病毒一枝独秀也可能有这方面的原因吧)。要让安全虚拟机方案全面落地，除了底层的流量引导技术拓展之外，还要解决VM迁移同步，这一巨大的难题。
3、未来采用SDN流引导得到大家的共识
安全虚拟机方案是基于底层业务流引导思路的，除了VMWare提供的引导，采用业界“新宠”SDN也是一个选择。很多网络安全厂商采用SDN把业务流量引导到自己的安全设备中处理。SDN技术可以跨平台地实现在VMWare、KVM、XEN等上。
SDN协议是一种通信协议，它将传统的交换机分为两层，底层转发层(交换硬件)和转发策略层(控制器)，非常适合流量重新路由定义。
该方案需要交换机支持SDN协议，目前SDN交换机还处于产品初步上市阶段，承担数据中心核心位置还有待产品成熟，同时，采用SDN交换机只能硬件升级，软件升级无法实现。这对现有网络改造需要时间过渡。
4、安全大一体机方案
对于虚拟化的云内处理有技术难度，很多厂家就抛开虚拟化平台，在云的门户上设立边界的安全策略，这就是安全大一体机方案。
这个方案分为两派厂家：
网络安全厂商：做一个大安全一体机，把各种安全措施都可以放进去，有FW，有IDS，有审计，放在云的门户上，对所有经过的信息流配置安全访问控制策略；
网络交换厂家：把安全措施直接放进核心交换机，这里本就是流量的汇聚地。插上FW的处理板，插上IDS的处理板，就可以对IP包做访问控制了。
大一体机方案，显然是传统安全模式的延伸，只在云的边上，不到云的内部去。这个方案的最大问题是，要求设备处理能力极强，因为门户的流量最大，随着云计算业务的扩展，这种压力会指数级增加；
另外，这个方案对云内部的东西流量根本看不见，更谈不上安全策略了。实际上是默认了放弃云内部安全的处理。
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