基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估

黃海軍

（云南工商學(xué)院信息工程學(xué)院，云南昆明657100）

基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估

黃海軍

（云南工商學(xué)院信息工程學(xué)院，云南昆明657100）

網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估是利用網(wǎng)絡(luò)安全感知技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的安全性信息進(jìn)行多源異構(gòu)分析，以實(shí)現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行保駕護(hù)航。在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估方面，利用大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)挖掘的特點(diǎn)和云計(jì)算分布式、并行式計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，解決網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估能力弱的問題，具有一定的可行性。因此，本文對(duì)基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估進(jìn)行研究，通過對(duì)云計(jì)算的定義、特點(diǎn)、分類及云安全核心技術(shù)和云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，從不同層次的角度設(shè)計(jì)基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估模型，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全所涉及到的各個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估，以便于給出正確的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全問題解決辦法。

云計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)安全；評(píng)估模型；云安全

網(wǎng)絡(luò)安全一直以來(lái)都是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中最為關(guān)鍵的內(nèi)容之一，網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估是利用已知的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用安全信息內(nèi)容與信息處理技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性進(jìn)行評(píng)估。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估中，由于計(jì)算能力、評(píng)估方法、單點(diǎn)失效等評(píng)估條件的制約，使得網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估的準(zhǔn)確較低?；谠朴?jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估匯聚來(lái)自方方面不同結(jié)構(gòu)化或者半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化的處理和加工，建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估模型，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的可信性、安全性進(jìn)行評(píng)估，以解決網(wǎng)絡(luò)安全信息難以準(zhǔn)確生成問題。同時(shí)，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的評(píng)估結(jié)果可具有針對(duì)性的制定網(wǎng)絡(luò)安全問題解決辦法，為用戶完全使用網(wǎng)絡(luò)奠定良好基礎(chǔ)。

1　云計(jì)算概述

1.1云計(jì)算定義

云計(jì)算是對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行信息快速提取的計(jì)算方法。在人類生產(chǎn)和生活中，會(huì)產(chǎn)生大量的非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘有助于提高人們的決策力、洞察力、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等。對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘需要成千上百的電腦分配工作，由此需要構(gòu)建起龐大的數(shù)據(jù)分析及挖掘網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)被稱為云計(jì)算平臺(tái)。云計(jì)算平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器集群、資源池、客戶端關(guān)聯(lián)在一起，為用戶提供龐大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)支持。

1.2云計(jì)算特點(diǎn)

云計(jì)算是一種新型網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)模式，其相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)模式具有存儲(chǔ)能力大、服務(wù)多樣化、計(jì)算能力強(qiáng)、服務(wù)方式靈活、安全性高等特點(diǎn)。云計(jì)算是通過百萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器集群整合在一起而構(gòu)成的服務(wù)體系，其具備龐大的儲(chǔ)存能力；云平臺(tái)的資源池為用戶提供多樣化的服務(wù)，包括：基礎(chǔ)性的存儲(chǔ)、計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)等服務(wù)，開發(fā)性的平臺(tái)服務(wù)和應(yīng)用性的軟件服務(wù)。云計(jì)算采用分步計(jì)算的方法將資源池中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、歸類，再由各個(gè)集群服務(wù)器進(jìn)行批量處理，最后將結(jié)果反饋給用戶，這一過程可在數(shù)秒完成，體現(xiàn)出云計(jì)算強(qiáng)大計(jì)算能力。云計(jì)算可區(qū)分用戶類別，建立共有云服務(wù)和私有云服務(wù)。其中私有云服務(wù)可根據(jù)用戶需求制訂私密性選擇，云計(jì)算提供商通過其完善的安全防護(hù)體系對(duì)用戶隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

1.3云計(jì)算分類

云計(jì)算可以分為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）、軟件服務(wù)（SaaS）和平臺(tái)服務(wù)（PaaS）。

基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)是指構(gòu)建數(shù)據(jù)管理混合云，將信息分類儲(chǔ)存，針對(duì)保密等級(jí)設(shè)置不同級(jí)別訪問權(quán)限，公共類信息儲(chǔ)存在公有云上，供更多人免費(fèi)訪問；專屬信息和具有高附加值的特殊信息存放在私有云內(nèi)。此外，利用云上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)借助一定的數(shù)學(xué)方法測(cè)算出更有深度和價(jià)值的信息及服務(wù)，如行業(yè)報(bào)告、設(shè)計(jì)指標(biāo)、成本分析策劃等。

數(shù)據(jù)挖掘主要包含3個(gè)過程：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)挖掘、結(jié)果表達(dá)和解釋。不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù)信息的存儲(chǔ)規(guī)則、數(shù)據(jù)形式的差異較大，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)快速分析、挖掘，需要具備強(qiáng)大的計(jì)算能力?；谠朴?jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)為用戶提供了便捷的信息的檢索功能，借助分布式計(jì)算為云平臺(tái)帶來(lái)強(qiáng)大計(jì)算能力，可以在互聯(lián)網(wǎng)中快速抓取需要的信息，完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，使“大海撈針”成為可能。然后借助數(shù)理分析、神經(jīng)網(wǎng)路等挖掘算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確挖掘。緊接著將挖掘到的信息與同樣建立在云上的信息通過發(fā)布平臺(tái)銜接，實(shí)現(xiàn)信息的高效利用。

軟件服務(wù)是指軟件開發(fā)商可以將軟件程序發(fā)布在云平臺(tái)上，軟件的使用不需要打包購(gòu)買軟件，只需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求向軟件開發(fā)商租用軟件程序，根據(jù)時(shí)間和應(yīng)用模塊付費(fèi)。軟件的維護(hù)和升級(jí)由開發(fā)商在云平臺(tái)上統(tǒng)一完成，用戶省去硬件維護(hù)和軟件升級(jí)上花費(fèi)的時(shí)間和精力，不必因?yàn)閭€(gè)人電腦配置的落后而要忍受大型軟件在運(yùn)行過程中漫長(zhǎng)的等待時(shí)間。

平臺(tái)服務(wù)是指以云計(jì)算技術(shù)為支撐進(jìn)行資源合理、高效配置，為軟件開發(fā)商提供開放的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件和應(yīng)用程序的開發(fā)，并以SaaS的軟件形式交付給用戶使用，從開發(fā)到交付使用的整個(gè)流程節(jié)省時(shí)間、降低成本。

2　云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)

云計(jì)算采用數(shù)據(jù)集中管理，具有極高的開放性和復(fù)雜性，在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，其面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括身份認(rèn)證風(fēng)險(xiǎn)、網(wǎng)絡(luò)層風(fēng)險(xiǎn)、主機(jī)層風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)用程序風(fēng)險(xiǎn)。

2.1身份認(rèn)證風(fēng)險(xiǎn)

云計(jì)算服務(wù)采用多樣化接口設(shè)計(jì)，可滿足來(lái)自不同運(yùn)行環(huán)境的客戶端進(jìn)行云資源訪問，為此要保障用戶信息的安全性則需要對(duì)用戶身份進(jìn)行認(rèn)證。云計(jì)算服務(wù)用戶身份認(rèn)證方式主要包括依據(jù)用戶已知信息驗(yàn)證，如密碼驗(yàn)證；依據(jù)用戶已有信息驗(yàn)證，如指紋驗(yàn)證和依據(jù)用戶擁有東西驗(yàn)證，如USB KEY。就目前而言，云計(jì)算服務(wù)所提供的身份認(rèn)證系統(tǒng)由于用戶信息真實(shí)性、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)漏洞、認(rèn)證安全強(qiáng)度低等問題，云計(jì)算服務(wù)資源被竊取和篡改現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2.2網(wǎng)絡(luò)層風(fēng)險(xiǎn)

云計(jì)算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括傳輸數(shù)據(jù)的安全性與完整性、網(wǎng)絡(luò)資源的訪問與控制和云端資源的可用性。由于云計(jì)算的開放性，對(duì)于用戶上傳到云端的數(shù)據(jù)是否安全是否完整難以管控，并且目前云端仍存在算法漏洞、數(shù)據(jù)庫(kù)漏洞和系統(tǒng)安全漏洞等問題。云計(jì)算是通過多個(gè)云服務(wù)基點(diǎn)組合而成，要保證網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都安全非常困難，在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)安全問題是，排查問題原因也受到一定的制約。云端的資源非常龐大，很難保證每個(gè)資源的數(shù)據(jù)都有效。

2.3主機(jī)層風(fēng)險(xiǎn)

云計(jì)算通過大量的計(jì)算機(jī)主機(jī)并行處理數(shù)據(jù)，主機(jī)與主機(jī)之間具有緊密的聯(lián)系，因此，主機(jī)層的安全問題是每一臺(tái)獨(dú)立主機(jī)都需要面對(duì)的安全問題，如果一臺(tái)主機(jī)被病毒入侵，則在整個(gè)主機(jī)群中病毒就會(huì)快速傳播，最終導(dǎo)致整個(gè)云網(wǎng)絡(luò)主機(jī)癱瘓。

2.4應(yīng)用程序風(fēng)險(xiǎn)

云計(jì)算服務(wù)所提供的應(yīng)用程序通常都是通過瀏覽器進(jìn)行應(yīng)用，因此瀏覽器的安全性非常重要。就目前而言瀏覽器被劫持是一種非常常見的安全問題，客戶端用戶的瀏覽器很容易被不法分子用惡意程序篡改，誘導(dǎo)用戶點(diǎn)擊非法鏈接，由此給用戶的隱私和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

3　云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估概述

3.1云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估技術(shù)

云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估技術(shù)是由數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)等綜合而成的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估技術(shù)，該技術(shù)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)估，作出未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)［7］，為防范網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，確保網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備，作出正確的判斷和指導(dǎo)。

3.2云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估系統(tǒng)

云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估系統(tǒng)是由輸入信息模塊、評(píng)估模塊、知識(shí)庫(kù)模塊和結(jié)果展示模塊四部分組成。輸入信息模塊是將已知安全事件標(biāo)準(zhǔn)化處理生成事件數(shù)據(jù)錄入到知識(shí)庫(kù)中；評(píng)估模塊是對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)融合，通過計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)與安全態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，利用指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)作出評(píng)估結(jié)論；知識(shí)庫(kù)是網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估依據(jù)的集合庫(kù)，其主要包含訓(xùn)練集、案例庫(kù)和規(guī)則庫(kù)。訓(xùn)練集是網(wǎng)絡(luò)在各種運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，其可以挖掘網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)和各種態(tài)勢(shì)下的指標(biāo)關(guān)系，案例庫(kù)是通過已知網(wǎng)絡(luò)威脅異常指標(biāo)比對(duì)，分析其可能發(fā)生的某個(gè)或者某類安全問題，規(guī)則庫(kù)是用于數(shù)據(jù)挖掘中對(duì)安全關(guān)聯(lián)聚類標(biāo)準(zhǔn)的定義；結(jié)果展示模塊是以表格形式或者圖形形式將評(píng)估結(jié)果展示在客戶端，便于快速準(zhǔn)確的分析網(wǎng)絡(luò)安全隱患和網(wǎng)絡(luò)安全趨勢(shì)。

3.3云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估關(guān)聯(lián)度算法

云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估關(guān)聯(lián)度算法基于灰色系統(tǒng)理論，首先，設(shè)網(wǎng)絡(luò)行為特征量X0，由其獲取因素行為特征量Xi。X0在序列k上的觀察數(shù)據(jù)定義為x0（k），（k=1，2，...，n）則得出網(wǎng)絡(luò)特征行為序列x0（k）=（x0（1），x0（2），...，x0（n））。由此可演算出網(wǎng)絡(luò)因素行為序列xi（k）=（xi（1），xi（2），...，xi（n））。其中k可以為時(shí)間、指標(biāo)、對(duì)象等序號(hào)。由此可以得出，序列xi與x0在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)定義為：

4　基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估模型設(shè)計(jì)

根據(jù)云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)搭建基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估模型如圖1所示。

圖1　基于云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估模型

如圖1所示，利用云計(jì)算采集網(wǎng)絡(luò)中的安全審計(jì)數(shù)據(jù)、入侵檢測(cè)數(shù)據(jù)和各種安全日志［8］，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、提取有價(jià)值網(wǎng)絡(luò)安全信息，為網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估做準(zhǔn)備。在網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估時(shí)，采用關(guān)聯(lián)分析法對(duì)已知網(wǎng)絡(luò)攻擊類型進(jìn)行威脅值計(jì)算，并確定攻擊破壞程度。再通過層次化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全評(píng)估值，利用可視化模塊繪制網(wǎng)絡(luò)安全圖表，便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析。

4.1網(wǎng)絡(luò)安全要素提取

由于在云中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)非常龐大，所以需要對(duì)采集到的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除冗余、統(tǒng)一格式。在網(wǎng)絡(luò)安全信息要素提取中利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理［9］，處理方法是根據(jù)安全要素特征提取、根據(jù)安全要素語(yǔ)意理解提取和根據(jù)要素決策提取。

首先根據(jù)安全要素特征提取，對(duì)采集到的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)要素屬性相對(duì)集中的有用數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行捕獲；其次，計(jì)算采集到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，分析出網(wǎng)絡(luò)攻擊所歸屬的類型；第三，在確定攻擊類型后，對(duì)該類型的網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行危害度評(píng)估，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)威脅度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4.2關(guān)聯(lián)分析

關(guān)聯(lián)分析是利用灰色理論利用已知信息挖掘未知信息。灰色理論關(guān)聯(lián)原理是將所采集到的各個(gè)因素樣本數(shù)據(jù)按照因素關(guān)系（大小、次序、強(qiáng)弱等）用灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行表示，灰色關(guān)聯(lián)度越大則說(shuō)明因素間相似性越高。

在網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估要素提取模型中，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，記Di=（D1，D2，...，Dn），對(duì)其進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換得再對(duì)數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行提取，記DSi=（DS1，DS2，... DSm）。利用灰色關(guān)聯(lián)理論對(duì)DS中的每條數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成關(guān)聯(lián)度集合GS（y1，y2，...yn）。通過關(guān)聯(lián)度集合GS中的最大值識(shí)別攻擊類型并計(jì)算對(duì)應(yīng)的安全態(tài)勢(shì)值。安全態(tài)勢(shì)值計(jì)算FA（t）=1-max（y1（x，x1），y2（x，x2），...，yn（x，xm））。其中，F(xiàn)A（t）為在時(shí)間t內(nèi)網(wǎng)絡(luò)受到A的供給所造成的安全評(píng)估值，x為攻擊數(shù)據(jù)的特征序列。

4.3層次化分析

層次化分析是首先將云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)層次化分為攻擊層、關(guān)聯(lián)層、服務(wù)層、主機(jī)層和系統(tǒng)層。其次分別對(duì)服務(wù)層、主機(jī)層和系統(tǒng)層的網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估值進(jìn)行計(jì)算。服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估計(jì)算：

主機(jī)層網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估計(jì)算：

系統(tǒng)層網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估計(jì)算：

5　結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估利用云計(jì)算架構(gòu)下的安全要素提取模型，對(duì)已知網(wǎng)絡(luò)攻擊類型進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，并分層進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估值，利用所計(jì)算出的結(jié)果圖形化呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，由此可直觀的對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。通過本文的研究能夠初步的對(duì)云計(jì)算作業(yè)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行安全評(píng)估和預(yù)測(cè)分析，由此實(shí)時(shí)掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全狀況，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)安全威脅時(shí)能夠及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，防止危害進(jìn)一步擴(kuò)大。

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Network security evaluation based on cloud computing

HUANG Hai-jun
（Information Engineering College，Yunnan Technology And Business University，Kunming 657100，China）

The network security assessment is the use of the network security perception technology for the security of network data contains information of multi-source heterogeneous analysis，in order to realize the escort for the safe operation of the network.In big data and cloud computing application in the aspect of network security evaluation，the use of big data structured or semi-structured data mining and the characteristics of the advantages of cloud computing is a distributed and parallel computing，solve the problem of network security evaluation ability，has certain feasibility.Therefore，in this paper，the study of network security evaluation based on cloud computing，based on the definition，characteristics，classification of cloud computing and cloud security the core technology and cloud computing network security risk analysis，from the perspective of different levels of design model of network security evaluation based on cloud computing，for network security involves all aspects of the evaluation，in order to give the right cloud computing network security solution.

cloud computing；network security；evaluation model；cloud security

TP02

A

1674－6236（2016）12-0115-03

2015-07-11稿件編號(hào)：201507081

黃海軍（1977—），男，云南昆明人，講師。研究方向：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)信息安全，云計(jì)算，虛擬化方面。