計(jì)算機(jī)安全弱點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)分析

楊鍵+韓冬

摘要：截止到當(dāng)前，計(jì)算機(jī)的功能日益完善，數(shù)據(jù)處理尤為簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平不斷提升，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)功能也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢(shì)，信息處理難度不斷增加。網(wǎng)絡(luò)的誕生，使得各種分散化數(shù)據(jù)信息集中到一起，組建形成大規(guī)模信息資源系統(tǒng)，促進(jìn)了信息處理，推動(dòng)了信息使用，加快了信息時(shí)代的前進(jìn)步伐。但數(shù)據(jù)安全問題也隨之相伴而生，為計(jì)算機(jī)埋下了一定的安全隱患。筆者將圍繞計(jì)算機(jī)，著重探討安全弱點(diǎn)以及關(guān)鍵技術(shù)等相關(guān)問題，希望可為計(jì)算機(jī)的發(fā)展與信息時(shí)代的前進(jìn)創(chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；安全弱點(diǎn)；評(píng)估檢測(cè)；關(guān)鍵技術(shù)；分析

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）08-0064-03

Abstract： Due to the increasingly perfect the function of the computer and data processing is particularly simple， network technology continues to improve. At the same time， computer function also showed the trend of diversification and information processing difficulty is increasing. The birth of the Internet， making all kinds of decentralized data and information together， formed the massive information resources system， facilitates the handling of information， promote the use of information， to accelerate the pace of the information age. But the data security issues also accompanied by health， for the computer to bury a certain security risks. The author will focus on computer， focusing on issues related to security vulnerabilities and key technologies， to create favorable conditions for the development of the computer and the progress of the times.

Key words： computer security vulnerability assessment； detection； key technology； analysis

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)安全事件日益增多，安全問題逐步嚴(yán)峻。大量理論探究與長(zhǎng)期實(shí)踐探索表明，黑客、病毒與惡意代碼等將會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，產(chǎn)生這一問題的根本原因是安全弱點(diǎn)，對(duì)于計(jì)算機(jī)與其軟件而言，在相關(guān)設(shè)計(jì)活動(dòng)、開發(fā)研究與日常維護(hù)中總會(huì)出現(xiàn)安全弱點(diǎn)。由此可知，全面剖析和探討安全弱點(diǎn)，這在提升網(wǎng)絡(luò)安全，維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中發(fā)揮著巨大價(jià)值。

1 計(jì)算機(jī)安全弱點(diǎn)概述

1.1 內(nèi)涵

計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)研究具有廣泛性和復(fù)雜性，主要涵蓋形式語(yǔ)言學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)等不同領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)一般指代在自身硬件、軟件系統(tǒng)或者策略層面存在缺陷，為攻擊者的惡意攻擊與非法訪問提供可能性。弱點(diǎn)包含廣泛的范圍，涉及計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)，例如，路由器以及防火墻等。以防出現(xiàn)稱呼混淆現(xiàn)象，筆者在本文中把安全漏洞、薄弱點(diǎn)、薄弱性以及安全弱點(diǎn)均看作弱點(diǎn)。探討計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)問題時(shí)一般需要解決下述四個(gè)問題，其一，何謂計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)；其二，如何清晰反映弱點(diǎn)的本質(zhì)特性；其三，如何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)歸屬脆弱范疇；其四，一旦出現(xiàn)計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)，將會(huì)引發(fā)各種資產(chǎn)損失。圍繞上述探討的四個(gè)問題，通常能夠把弱點(diǎn)研究簡(jiǎn)單地概括為以下三方面：描述、檢測(cè)以及評(píng)估技術(shù)，該三項(xiàng)技術(shù)緊密相連，相互影響，弱點(diǎn)描述技術(shù)占據(jù)著基礎(chǔ)性地位，弱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)扮演著評(píng)估工具，弱點(diǎn)評(píng)估技術(shù)面向用戶提供最終服務(wù)，彰顯弱點(diǎn)研究的初始目標(biāo)。

1.2 弱點(diǎn)描述技術(shù)

為全面解讀計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)，要求我們應(yīng)完整、清晰表述與計(jì)算機(jī)弱點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的本質(zhì)特性，在此種背景條件下，弱點(diǎn)描述技術(shù)隨之出現(xiàn)。弱點(diǎn)描述探討主要包含弱點(diǎn)分類方法與描述語(yǔ)言這兩點(diǎn)內(nèi)容，其中前者的探討主要解決何種屬性可清晰、全面標(biāo)注弱點(diǎn)這一問題，后者的探討則用來(lái)應(yīng)對(duì)借助何種手段讓人們明確與體會(huì)上述屬性，進(jìn)而正確認(rèn)識(shí)弱點(diǎn)這一問題。對(duì)于弱點(diǎn)描述技術(shù)，其應(yīng)用需要大多源自弱點(diǎn)信息公開、存儲(chǔ)與獲悉；檢測(cè)；研究和評(píng)判；軟件工程范疇。

1.3弱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)

弱點(diǎn)檢測(cè)指代弱點(diǎn)識(shí)別，它可促進(jìn)弱點(diǎn)評(píng)估工作的開展，為其提供合理的弱電信息，從常規(guī)意義上而言，主要用來(lái)探究弱點(diǎn)發(fā)現(xiàn)問題。因此，在實(shí)踐活動(dòng)中，弱點(diǎn)檢測(cè)情況關(guān)乎著弱點(diǎn)評(píng)估工作最終的成效，且為主要影響因素。近些年，研究人員圍繞弱電檢測(cè)技術(shù)開展了大量與系統(tǒng)的研究，并從不同角度出發(fā)給出相應(yīng)的分類結(jié)果，各個(gè)檢測(cè)方法密切聯(lián)系。從檢測(cè)目標(biāo)層面而言，可將弱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)劃分成已知與未知這兩項(xiàng)內(nèi)容，其中前者主要涉及部分自動(dòng)檢測(cè)方法，最為常見的是被動(dòng)監(jiān)聽方法，然而后者主要探究人工檢測(cè)方法。

1.4 弱點(diǎn)評(píng)估技術(shù)

弱點(diǎn)評(píng)估技術(shù)具體指代判斷計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)自身出現(xiàn)安全弱點(diǎn)后將產(chǎn)生的損失量。借助弱點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能夠明確信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的安全健康裝款，判斷安全有效性，以此來(lái)促進(jìn)安全防范，為其提供可靠的決策信息。

2 主機(jī)系統(tǒng)弱點(diǎn)評(píng)估

2.1 總體概述

近幾年，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，與此同時(shí)，惡意攻擊與非法訪問活動(dòng)也更加多樣與繁瑣，其中最為突出的網(wǎng)絡(luò)病毒，主要按照自動(dòng)化方式，經(jīng)由軟件安全弱點(diǎn)進(jìn)行傳播與蔓延，面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊。上述提及的安全隱患對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行與穩(wěn)步使用構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為增加系統(tǒng)安全，提升信息可靠度，系統(tǒng)管理人員以及開發(fā)人員正在努力探索自主、有效的防范技術(shù)，即弱點(diǎn)評(píng)估，并引發(fā)了人們的高度熱議。

弱點(diǎn)評(píng)估具體指代落實(shí)計(jì)算機(jī)、明確網(wǎng)絡(luò)在安全弱點(diǎn)的作用下產(chǎn)生的損失量，借助弱點(diǎn)評(píng)估，有效掌控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)際的安全風(fēng)險(xiǎn)走向，促進(jìn)安全防范，為其提供科學(xué)的決策信息，進(jìn)而防范危險(xiǎn)事件的出現(xiàn)。弱點(diǎn)評(píng)估技術(shù)較為主動(dòng)，且具有一定的預(yù)先性，優(yōu)越于入侵檢測(cè)技術(shù)。

參照評(píng)估對(duì)象，可將弱點(diǎn)評(píng)估劃分成主機(jī)系統(tǒng)評(píng)估、計(jì)算機(jī)防火墻評(píng)估以及網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)評(píng)估等多種類型，筆者將著重探討主機(jī)系統(tǒng)評(píng)估。主機(jī)系統(tǒng)通常包含多個(gè)軟件，且各軟件能夠看做系統(tǒng)組件，原有評(píng)估方法只是分析個(gè)別組件弱點(diǎn)，不考慮若在多個(gè)組件弱點(diǎn)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)所產(chǎn)生的不良威脅，同時(shí)，原有的評(píng)估方法僅借助弱點(diǎn)數(shù)量表達(dá)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，此種形式將會(huì)誘發(fā)弱點(diǎn)誤判現(xiàn)象。為彌補(bǔ)這一不足，筆者提出以弱點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖為基礎(chǔ)的評(píng)估方法。此種方法不僅應(yīng)用弱點(diǎn)關(guān)聯(lián)思想，而且應(yīng)用綜合分析方法，選取指數(shù)評(píng)估策略，以此來(lái)從組織設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與投入運(yùn)行中評(píng)估弱點(diǎn)誘發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并綜合比對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)與所有版本在任何層面的安全狀況。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

2.2.1 基于弱點(diǎn)進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

眾所周知，從主機(jī)系統(tǒng)的層面來(lái)說(shuō)，攻擊者在執(zhí)行多級(jí)攻擊環(huán)節(jié)時(shí)只能借助相同操作系統(tǒng)包含的安全弱點(diǎn)，因此，對(duì)于各操作系統(tǒng)版本均存在相應(yīng)、獨(dú)特的弱點(diǎn)關(guān)聯(lián)子圖。其中弱點(diǎn)關(guān)聯(lián)子圖包含獨(dú)立弱點(diǎn)以及關(guān)聯(lián)弱點(diǎn)鏈這兩部分，若想圍繞操作系統(tǒng)內(nèi)部的安全走向進(jìn)行量化評(píng)估，則應(yīng)提供與弱點(diǎn)與弱點(diǎn)鏈相對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算理論公式，參照公式進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

2.2.2 基于評(píng)估對(duì)象進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

在常規(guī)條件下，執(zhí)行評(píng)估活動(dòng)之前要求應(yīng)明確評(píng)估對(duì)象，對(duì)于本文所探究的主機(jī)弱點(diǎn)評(píng)估，其對(duì)應(yīng)的評(píng)估對(duì)象主要包含真實(shí)存在的操作系統(tǒng)、基本組件、各種軟件以及不同的數(shù)據(jù)庫(kù)等?；谠u(píng)估對(duì)象進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算一般依托弱點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算來(lái)開展，利用瓊斯指數(shù)，選擇風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的弱點(diǎn)序列充當(dāng)系統(tǒng)整體的評(píng)估依據(jù)，借助矩陣形式展現(xiàn)評(píng)估對(duì)象自身的風(fēng)險(xiǎn)值，主要應(yīng)用微觀與宏觀這兩種分析方法。

2.3 評(píng)估算法

參照軟件運(yùn)行狀態(tài)，可將弱點(diǎn)評(píng)估劃分成動(dòng)態(tài)評(píng)估以及靜態(tài)評(píng)估這兩種類型，其中前者還包含主機(jī)掃描與網(wǎng)絡(luò)掃描評(píng)估。由此可知，以弱點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖為基礎(chǔ)的主機(jī)系統(tǒng)弱點(diǎn)評(píng)估所采用的評(píng)估方法，一般應(yīng)涉及以主機(jī)掃描為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)評(píng)估、以網(wǎng)絡(luò)掃描為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)評(píng)估、以網(wǎng)絡(luò)掃描為基礎(chǔ)的靜態(tài)評(píng)估。正式執(zhí)行上述評(píng)估算法之前，要求達(dá)成下述兩項(xiàng)任務(wù)，其一，各已知弱點(diǎn)存在預(yù)先設(shè)計(jì)的量化特征；其二，可生成涵蓋各種已經(jīng)明確弱點(diǎn)的VGR。

3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)弱點(diǎn)評(píng)估

計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展為人們的日常工作與常規(guī)生活帶來(lái)了翻天覆地的變化，與此同時(shí)增加了惡意攻擊與非法訪問的可能性。生活實(shí)踐表明，多個(gè)獨(dú)立弱點(diǎn)雖然波及范圍較小，然而，若被黑客經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組織利用，那么將會(huì)為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全埋藏一定風(fēng)險(xiǎn)。從弱點(diǎn)評(píng)估范疇層面來(lái)說(shuō)，因計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，致使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)評(píng)估以及主機(jī)系統(tǒng)評(píng)估存在較大差異，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)而言，其安全風(fēng)險(xiǎn)分析以及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)程度呈現(xiàn)出正相關(guān)，隨著互聯(lián)程度的增加，分析難度系數(shù)將不斷提升。

參照描述方式，可將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估劃分成定性、定量以及混合式評(píng)估方法。通俗來(lái)說(shuō)，定性評(píng)估一般依據(jù)研究者自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)與經(jīng)驗(yàn)水平等來(lái)明確系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)狀況，此種評(píng)估方法具有全面、深入的優(yōu)點(diǎn)。定量評(píng)估是指借助數(shù)量指標(biāo)開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，此種方法的顯著優(yōu)點(diǎn)為直觀、簡(jiǎn)明、合理、嚴(yán)密。筆者將圍繞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具體的量化弱點(diǎn)評(píng)估進(jìn)行探討。本文依托網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系，組織設(shè)計(jì)，研制出風(fēng)險(xiǎn)傳播模型，以此來(lái)評(píng)判網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系

為明確網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各獨(dú)立弱點(diǎn)的實(shí)際聯(lián)系，以此來(lái)精準(zhǔn)評(píng)判安全風(fēng)險(xiǎn)，研究人員圍繞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的連通性進(jìn)行大量研究。分析相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)理解與全面探究網(wǎng)絡(luò)自身每一個(gè)節(jié)點(diǎn)主機(jī)自身的連通性關(guān)乎著網(wǎng)絡(luò)弱點(diǎn)評(píng)估效果。在工作實(shí)際與現(xiàn)實(shí)生活中，隨時(shí)隨地均會(huì)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，例如，通過網(wǎng)絡(luò)公開數(shù)據(jù)信息，借助網(wǎng)絡(luò)開展作業(yè)活動(dòng)。在上述實(shí)踐探索中不難發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)用戶內(nèi)部一直存在別樣的訪問關(guān)系，此種關(guān)系具有特殊性，除作用于專有控制權(quán)層面，還展現(xiàn)于關(guān)系特殊性中。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)傳播理論模型

首先，進(jìn)行模型定義，提出所有與之存在關(guān)聯(lián)的概念和定義；隨后，明確傳播算法。因NPR認(rèn)識(shí)存在不足之處，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)生活中很少能夠看到與求解該問題所用算法相關(guān)的文獻(xiàn)研究。截止到前，與該問題較為相似的問題主要包含DCMC與MRD問題，這兩種問題與NRP問題存在差異，后者求解重點(diǎn)是把各種風(fēng)險(xiǎn)順著各種有向路徑，完整傳播至各種可達(dá)節(jié)點(diǎn)。

3.3 近似傳播算法

結(jié)合實(shí)踐活動(dòng)，我們?cè)噲D探索一種近似算法，以此來(lái)在精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，顯著優(yōu)化算法性能?；谶@一需求，近似傳播算法正式問世，將其記做APMI算法。

分析RH算法可發(fā)現(xiàn)，每條有向路貫穿相同部件時(shí)均會(huì)落實(shí)一次操作，這一般會(huì)消耗較多的時(shí)間，擠占一定的空間，針對(duì)這一現(xiàn)象，歸納總結(jié)出近似傳播原則，其具體內(nèi)容如下：各部件傳播風(fēng)險(xiǎn)，使其轉(zhuǎn)移到鄰近部件，忽略繼續(xù)傳播問題，同時(shí)各部件只需要處理一次。在這一基礎(chǔ)條件下，涌現(xiàn)出了新的問題，主要是指部件處理順序?qū)?huì)制約準(zhǔn)確性，為規(guī)避這一誤差，引入最小度原則，以入度最小部件為對(duì)象實(shí)施鄰近傳播。APMI算法具體涉及初始化、準(zhǔn)確計(jì)算所有部件自身的初始概率，明確風(fēng)險(xiǎn)，形成風(fēng)險(xiǎn)源集合，科學(xué)計(jì)算初始入度，摒棄零入度對(duì)應(yīng)的非風(fēng)險(xiǎn)源部件內(nèi)部形成的入度或者間接形成的入度，實(shí)施鄰近傳播內(nèi)容。隨后從有回向路與無(wú)回向路著手探究算法的精準(zhǔn)性。在此基礎(chǔ)之上開展模擬實(shí)驗(yàn)，為探究網(wǎng)絡(luò)規(guī)模類型、網(wǎng)絡(luò)實(shí)際密度以及風(fēng)險(xiǎn)源密度等不同因素在算法性能中產(chǎn)生的影響，本文以中小規(guī)模類型的網(wǎng)絡(luò)開展模擬實(shí)驗(yàn)，合理布設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。面向各節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)主體，且各弱點(diǎn)以及有向便對(duì)應(yīng)的概率值與危害性指標(biāo)分別規(guī)定為0.5與1.0。另外，為降低實(shí)驗(yàn)誤差的大小，針對(duì)各組實(shí)驗(yàn)，依托一組參數(shù)借助平均分布隨機(jī)數(shù)制造RH與APMI，并選取對(duì)應(yīng)的平均值。分別從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模類型、網(wǎng)絡(luò)密度值以及風(fēng)險(xiǎn)源密度等進(jìn)行探討。

通過分析探究可知，若網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在差異，則網(wǎng)絡(luò)規(guī)模類型將會(huì)對(duì)算法產(chǎn)生不同的影響，形成這一結(jié)論的主要原因?yàn)椋喝艟W(wǎng)絡(luò)系數(shù)，則形成有向回路幾率降低，因此，APIM算法更加精準(zhǔn)；若網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)險(xiǎn)源較為稠密，則對(duì)應(yīng)的有向回路與風(fēng)險(xiǎn)源均較多，隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模類型的逐步擴(kuò)大，算法性能以及精準(zhǔn)性將不斷下降，滿足分析結(jié)果；APMI算法幾乎不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)密度值出現(xiàn)變化，這兩者之間并不密切，待網(wǎng)絡(luò)密度值發(fā)生改變時(shí)，算法精準(zhǔn)性僅僅受到很小的影響；網(wǎng)絡(luò)密度關(guān)乎著RH算法，且影響程度較大，相對(duì)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模類型以及風(fēng)險(xiǎn)源密度則會(huì)對(duì)RH算法產(chǎn)生較小的影響，但APMI算法卻在相同的高稠密條件下，呈現(xiàn)出線性指數(shù)關(guān)系，性能有所提升，其性能與RH算法相比存在一定的優(yōu)越性。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，社會(huì)各界在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展問題中已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，攜手努力，一起構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，首先應(yīng)提供穩(wěn)固、可靠的安全保障。不難發(fā)現(xiàn)，面向安全隱患提出可行對(duì)策至關(guān)重要，這需要引起全社會(huì)的高度關(guān)注。不管是從局域網(wǎng)的層面來(lái)說(shuō)，還是站在因特網(wǎng)的角度而言，均涉及信息保護(hù)問題。因此，我們應(yīng)結(jié)合各類安全隱患，提出有效的安全對(duì)策，綜合權(quán)衡各種威脅特點(diǎn)，切實(shí)保障網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)，不斷提升安全技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的可持續(xù)發(fā)展。

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