云計算系統的安全防護技術體系

隨著云計算應用越來越廣泛，政務、通信、金融、電子商務等越來越多的領域開始使用云計算，云計算服務正穩步成為IT基礎服務和信息技術關鍵基礎設施。云計算從2008年至今，經歷了技術儲備期、服務發展期，基于其獨特的優勢，例如減少開銷和能耗、提高業務的靈活性、按需服務、提升業務系統可用性和高可擴展性等，可為用戶提供更加便捷且成本低廉的服務，云計算服務正向模式成熟期邁進，期望實現方便、快捷、按需獲取服務的遠景目標。

然而，在云計算發展過程中安全可信問題成為阻礙其發展的首要因素。尤其云計算服務具有按需自助服務、資源池化、泛在接入、快速彈性伸縮、服務可計算等五大特征，并且具有公有云、社區云、混合云和私有云等四種部署模式，IaaS、PaaS和SaaS三種主流的服務模式，云計算服務提供者和云服務客戶兩大責任主體，因此，如何確定安全責任，如何定級、如何監管、如何進行安全防護技術體系設計都具有前所未有的難度。
 

 

此次修訂對云計算平臺、系統的擴展設計要求進行了規范，針對不同安全等級的云計算平臺或采用云計算技術的信息系統明確安全設計目標、確定安全設計策略，并提出包括第一級至第四級云計算平臺系統安全保護環境的安全計算環境、安全區域邊界、安全通信網絡和安全管理中心等方面的設計技術要求。適用于指導網絡安全等級保護云計算平臺系統安全技術方案設計和實施，也可以作為網絡安全職能部門對云計算平臺系統進行監督、檢查和指導的依據。

云計算確定定級對象

1、云計算功能框架

云計算功能架構分為五個邏輯層，資源層、云服務層、云訪問層、云用戶層和云管理層。

云用戶層:云用戶指訪問云計算平臺的各類用戶，包括云服務提供者和云服務使用者。用戶層主要是指云服務與租戶或云用戶的交互界面，例如云服務使用者對云資源的管理、對云服務的監控，云服務使用者向云服務提供者追加或減少云資源的訂購等。

云訪問層:訪問層主要面向云服務提供者、云服務使用者提供訪問和管理，包括網絡通信訪問、面向云服務提供者和使用者的服務訪問以及面向最終用戶的應用訪問等，各層之間的粗實線表示訪問的接口。基于訪問層，云服務使用者可以實現對云服務的自動或手動訪問。訪問層訪問云服務的方式是多樣的，可以基于瀏覽器的方式，也可以基于遠程通信的方式(例如WebService)。實現安全控制是訪問層的重要功能，主要包括授權、訪問特定服務的請求安全加固和完整性校驗、通信協議管控等。

云服務層:云服務層主要是面向用戶提供虛擬機等基礎服務、平臺服務和應用服務，也可以分為網絡服務、彈性計算服務、云存儲服務以及面向用戶的應用服務，主要的服務包括但不局限于負載均衡、虛擬主機、對象存儲服務、分布式數據庫與大數據計算服務等。

資源層:資源層包括云資源層和硬件設施層。云資源層包括網絡資源、計算資源和存儲資源等的資源池，并實現資源管理、任務調度和服務管理等方面功能。硬件設施層主要包括計算存儲設備、網絡設備和安全設備等硬件設備及硬件設備的運行環境等。

云管理層(跨層功能):云管理層主要是跨層訪問功能的集合，包括對云服務的業務管理、云平臺及云服務的運維運營管理、以及對云平臺系統和服務的安全管理。業務管理主要包括產品目錄、賬戶管理、計費等;運維管理主要包括服務策略管理、服務水平協議等;安全管理主要包括認證管理、授權管理、審計管理等。

2、定級對象確定及管理職責劃分

云計算保護環境是云服務商的云計算平臺，及云服務客戶在云計算平臺之上部署的軟件及相關組件的集合。其中，云計算平臺的等級保護定級和按照等級的保護工作由云服務商負責，對于大型云計算平臺可以將云計算基礎設施平臺及輔助支撐系統劃分為不同的等級對象，各自獨立定級。如果云服務客戶在云計算平臺上部署的軟件及相關組件可以構成等級保護定級對象，則一般稱為云服務客戶信息系統，針對其的具體定級和按等級開展的保護工作由云服務客戶負責。
 

 

云服務商的云計算平臺可以承載多個不同等級的云服務客戶信息系統，云計算平臺的安全保護等級應不低于其承載云服務客戶信息系統的最高安全保護等級。對于提供公共服務的云計算平臺安全保護等級應不低于第二級。

定級的重點在于定級對象管理職責的劃分，根據不同云服務模式職責劃分邊界有所不同，具體如下:

1. 對于IaaS基礎設施服務模式，云服務商的職責范圍包括虛擬機監視器和硬件，云租戶的職責范圍包括操作系統、數據庫、中間件、應用;

2. 對于PaaS平臺即服務模式，云服務商的職責范圍包括虛擬機監視器、硬件，操作系統、數據庫、中間件，云租戶的職責范圍主要為應用;

3. 對于SaaS軟件即服務模式，云服務商的職責范圍包括虛擬機監視器、硬件，操作系統、數據庫、中間件、應用。云租戶的職責范圍主要有用戶訪問和用戶賬號安全。

根據數據安全管理職責不變的原則，業務數據永遠由云租戶負責，但是對于數據的傳輸、存儲等完整性和保密性措施是否能夠實現則取決于云計算平臺提供的安全功能或服務。

3、確定安全保護對象

相對傳統信息系統，云計算平臺或系統的安全保護對象所有增加。

云計算安全防護體系框架建立

云安全防護技術體系是云計算平臺或系統安全建設的重要指導和依據，我們將等級保護思想融入到云安全防護體系的構建，清晰描述了云安全防護體系建立的原則及方法，提出了基于等級保護的云安全防護技術體系框架。

云安全防護技術體系的設計方法

首先，明確保護對象;

其次，采用蛛網圖法分析保護對象所面臨的安全威脅及自身所存在的安全漏洞;

最后，結合威脅分析和系統的脆弱性提出安全防護措施。

利用蛛網圖法提出了針對保護對象的安全威脅、脆弱性及安全保護措施分析方法:

1. 威脅及漏洞分析:可針對云計算信息系統的保護對象從威脅場景、威脅來源和威脅對象三個方面來分析云計算信息系統所面臨的安全威脅、自身的弱點以及潛在影響和發生的可能性等因素，進而分析并確定具體的安全防護需求。利用此分析方法，識別出近百種安全威脅場景，包括虛擬機逃逸、虛擬機間相關攻擊、惡意虛擬機進行網絡攻擊、API持續攻擊等。并且根據不同等級信息系統應該實現的安全防護能力，明確不同等級云計算系統應對抗的安全威脅[2]。

2. 確定保護對象，詳見第二章第三節。

3. 防護措施:對于云計算安全防護措施的選定，可采用德爾菲法來進行，廣泛邀請云計算安全領域“政、產、學、研”的專家參與，充分利用專家的經驗和學識，確保建立的安全防護措施能夠對抗相應等級云計算系統面臨的安全威脅。

2云安全防護技術體系框架

基于上述方法明確云計算安全保護措施是單點的、離散的，無法體現出云計算平臺或云計算信息系統整體防護、縱深防護的思想，更重要的是針對云計算服務的兩大責任主體的責任邊界需要明確，只有根據職責明確一個組織建設云計算平臺或云計算信息系統的目標、對象、范圍，才能更好的進行安全設計、規劃和建設實施。云計算安全防護技術體系框架設計方法:

根據云計算安全防護體系框架設計方法，我們需要以云計算平臺或云計算信息系統的界定及特征為基礎，充分考慮云計算的功能框架和服務模式;云計算功能框架包括用戶層、訪問層、資源層、服務層和管理層(跨層功能)，服務模式主要包括IaaS 、 PaaS 和SaaS，不同服務模式云服務商或云計算服務提供者與云租戶或云計算服務使用者的責任邊界不同;

云計算安全防護技術體系框架:

用戶通過安全的通信網絡以網絡直接訪問、API接口訪問和Web服務訪問等方式安全地訪問云服務商提供的安全計算環境，其中用戶終端自身的安全保障不在本部分范疇內。

安全計算環境包括資源層安全和服務層安全。

其中，資源層分為物理資源和虛擬資源，需要明確物理資源安全設計技術要求和虛擬資源安全設計要求，其中物理與環境安全不在本部分范疇內。

服務層是對云服務商所提供服務的實現，包含實現服務所需的軟件組件，根據服務模式不同，云服務商和云服務客戶承擔的安全責任不同。

服務層安全設計需要明確云服務商控制的資源范圍內的安全設計技術要求，并且云服務商可以通過提供安全接口和安全服務為云服務客戶提供安全技術和安全防護能力。

云計算環境的系統管理、安全管理和安全審計由安全管理中心統一管控。結合本框架對不同等級的云計算環境進行安全技術設計，同時通過服務層安全支持對不同等級云服務客戶端(業務系統)的安全設計。

分等級安全設計實現
 

 

修訂中的云計算要求的級差與原標準保持一致。但是考慮到公共云平臺會部署多個租戶、多個業務系統，一旦云計算平臺發生安全事件，影響范圍較大。因此，公共云的云計算平臺安全保護等級最低應該為二級。

結合云計算安全防護技術體系框架，針對不同等級云計算平臺或云計算信息系統的明確具體的安全設計目標、策略和技術要求，具體如下:

第1步:基于上述分析和云等保系列標準的強度要求，確定各等級云計算平臺安全設計的設計目標、設計策略;

第2步:從安全計算環境、安全區域邊界、安全通信網絡和安全管理中心等維度明確安全技術要求，明確具體安全機制;

第3步:結合云計算功能框架各個層次以及具體保護對象，針對各個功能層次及保護對象的安全技術機制實現的要求。

云計算的總體框架:

在安全計算環境方面，主要增加了虛擬化安全、接口安全、鏡像和快照安全等云計算安全相關的控制點，同時也將身份鑒別、訪問控制等安全控制措施與云計算不同層次對象安全特性相結合提出相應的安全措施，上圖給出了針對第三級接口安全、鏡像和快照安全的具體設計要求。

區域邊界設計除了互聯網邊界、第三方邊界、不同物理區域的邊界安全防護外，增加了虛擬網絡區域邊界、虛擬機與宿主機之間的區域邊界等防護安全要求。安全通信網絡在物理通信網絡基礎上增加了虛擬網絡通信的安全保護要求，安全管理中心高等級增加了對云計算安全態勢的預測、預判能力要求以及運維地域的限定要求。

隨著云計算技術的應用和推廣，政務、金融、通信、公共服務等越來越多的行業和領域開始進行云計算平臺建設，云計算安全與云計算平臺系統建設同步規劃、同步設計是迫切需要解決的問題，亟需相關的標準出臺給予指導。

本文提出云計算安全防護體系設計的方法論:

首先，研究云計算平臺或采用云計算技術的信息系統的界定及突出特征，確定定級對象及安全保護對象;

其次，分析云計算平臺或云計算系統面臨的安全威脅;

第三，按照“一個中心，三重防護”的縱深防御思想進行云計算平臺安全防護體系設計;

第四，給出安全體系結構實現的技術方法，即安全設計要求指標體系;

最后，結合等級保護不同等級的級差特點，明確不同等級的技術要求，并給出結合云計算功能框架、保護對象的安全保護機制實現技術要求。

修訂工作分別針對公共云、行業云和某單位政務云安全建設開展了試點驗證，在安全解決方案設計和安全建設過程中具有重要的指導作用，大大提升了試點平臺系統的安全防護能力。目前，云計算建設、應用越來越廣泛，大型云計算平臺已經成為國家關鍵基礎設施，保障云計算的安全成為關注焦點，標準的頒布實施將成為指導云計算安全、穩定和健康發展的基石。