虚拟机的安全分析与管理

王佳

（山西金融职业学院，山西 太原 030008）

虚拟机的安全分析与管理

王佳

（山西金融职业学院，山西 太原 030008）

使用虚拟化技术，可以让多台虚拟机在一台实际的计算机系统上运行，近几年以来,虚拟化技术被很多的单位和企业开始采用。虚拟机的安全性越来越被人们所重视，虚拟机的安全威胁包括虚拟机之间的通信、宿主机与虚拟机之间的相互影响、虚拟机与虚拟机之间的相互影响、虚拟机的逃逸技术、拒绝服务等。论文通过硬件和软件方面的安全防范方法来加强虚拟机的安全。

虚拟机；安全；宿主机

一、虚拟机概述

虚拟机（Virtual Machine）指具有完整硬件系统功能，通过软件模拟，运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。通过虚拟机软件，我们可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，我们可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作。对于在虚拟机中运行的应用程序来说，它就是一台真正的计算机，而对于我们来说，它只是运行在你物理计算机上的一个应用程序。

二、虚拟机的安全威胁

（一）虚拟机之间的通信

虚拟机一般实现四个功能：多个组织共享一个物理机；在一台计算机上，有高保密要求和低保密要求的应用；合并一些服务到少数物理机上提供一个通用硬件平台；承载多个操作系统。前三种情况都有隔离的需要，第一种情况下，其他组织是无法访问它们的；第二和第三种情况下，这些虚拟机不应该被不相关的人访问，第四种情况，虚拟化的目标一般是为了实现系统之间的交互。相对于物理机，虚拟机的安全问题是比较独特的。例如，允许数据在虚拟机和主机之间传输的剪贴板技术，这个功能很容易被恶意程序利用，方便它们在系统之间传输。又如，某虚拟技术在操作系统内核中提供了虚拟层的按键和屏幕记录，甚至虚拟机内的加密连接可以被监控起来。如果虚拟机没有进行有效的隔离，它可以无障碍地进入宿主机，这在侧重运行的应用设计里比较常见，所以也存在较大的安全隐患，应该使用彼此一个适当的方法进行隔离。

（二）宿主机与虚拟机之间的相互影响

宿主机对于虚拟机来说，是一个控制者，宿主机负责对虚拟机的检测、改变、通信，对宿主机的安全要更严格管理。根据不同的虚拟机技术，宿主机可在这几个方面影响虚拟机：启动、停止、暂停、重启虚拟机；监控和配置虚拟机资源，包括CPU、内存、磁盘、虚拟机的网络；调整CPU数量、内存大小、磁盘数量、虚拟网络的接口数量；监控虚拟机内运行的应用程序；查看、复制、修改数据在虚拟机的磁盘存储。由于所有的网络数据都会通过宿主机发往虚拟机，那么宿主机就能够监控所有虚拟机的网络数据。

（三）虚拟机与虚拟机之间的相互影响

虚拟机技术的主要特点是隔离，如果我们从一台虚拟机去控制另一台虚拟机，安全漏洞就会出现。CPU技术可以通过强制执行管理程序来保护内存，内存的管理程序应该是独立的，在正确的规则里，应该禁止从正在使用的内存看到另外一个虚拟机。也就是说，即使一台虚拟机上有内存没有被使用，另一台虚拟机也不能去使用这些闲置的内存。对于网络流量来说，每个虚拟机的连接都应该有专用的通道，虚拟机之间不能嗅探对方的数据包。但是，如果虚拟机平台使用了“虚拟hub”或者“虚拟交换”来连接所有虚拟机，那么虚拟机就可以进行嗅探，或者使用ARP中毒来重新定向数据包。

（四）虚拟机的逃逸技术

一个程序运行在虚拟机里，它应该无法影响其他虚拟机。但是，受技术的限制和虚拟化软件的一些bug，它们之间是相互影响的。虚拟机让我们能够分享主机的资源并提供隔离。在某些情况下，运行在虚拟机里的程序，会绕过底层，并利用宿主机，我们把这种技术叫做虚拟机逃逸技术，它会使整个安全模型完全崩溃。也就是说，如果在虚拟机上测试恶意软件、病毒，它们就会通过虚拟机进入系统。

（五）拒绝服务

虚拟机会强制占用一些虚拟机和宿主机共享的资源，从而使得其他虚拟机拒绝服务，因此我们需要限制虚拟机的可用资源。虚拟化技术可以把资源单独分配给一个虚拟机，通过正确的配置，可以防止虚拟机无节制地滥用资源，从而避免拒绝服务攻击。

三、硬件方面的安全防范

（一）硬件环境的问题

虚拟机运行时，要求在物理机上需要有足够的处理能力、内存、硬盘容量和带宽，因此需要一些额外的处理能力和内存。受资源的限制，有时候会分配超出处理能力的资源给虚拟机，比如有三个虚拟机，每个虚拟机申请峰值不超过500MHz的处理器时间，但是物理机实际上只是1GHz的CPU，由于它们满负载的时间不一致，因此可充分利用CPU资源。但这种方法也可能会导致拒绝服务，我们无法保证所有虚拟机不会在同一时间达到峰值，而且虚拟机资源共享机制比较简单，CPU、内存、磁盘、带宽都有可能出现资源不够用的问题。

（二）管理启动时的磁盘带宽

虚拟机在启动时会比较占用磁盘带宽，会同时加载一些库、守护进程及其他文件，即使有多个虚拟机，在正常运行期间，磁盘一般都能够提供足够的带宽。我们也可以用以下两种方法来解决：一是错开开机时间，首先启动最关键的虚拟机，另外一个虚拟机五分钟或者更长时间后再启动；二是给每个虚拟机一个专用物理磁盘。

（三）对虚拟机的访问加以限制

由于虚拟机很容易受到来自主机的攻击，所以要对主机的安全提供细致的安全措施很有必要，主机的所处的环境不同，形成的风险也不一样。

（1）考虑到主机的物理环境安全，对进入机房的身份卡验证，对进行机器加锁。

（2）设置在BIOS里只允许从主硬盘引导，禁止从其他设备引导，并且及时地对BIOS进行密码设置，防止被别人修改信息。

（3）对所有的外部接口进行控制。

（2）安装完系统后，及时地拆除光驱、软驱。

四、网络方面的安全防范

（一）给虚拟机层的端口加上防火墙

虚拟机除了可以使用主机上开放的端口，也会通过主机的IP开放一些端口，由于这些端口可以允许其他人通过远程连接到虚拟机层，配置或查看虚拟机、磁盘，也可能执行其他的任务。因此，我们需要一个宿主机的防火墙，对这些端口的访问加以严格的控制，只允许授权者对这些端口进行访问。

（二）加密通信技术的使用

尽可能地使用通信加密手段，用HTTPS、TLS、SSH，或者加密VPN来管理。除了加密机制以外，还应有身份鉴别和认证，以防止伪造源IP攻击、连接劫持、中间人攻击等。

（三）虚拟机的身份验证

虚拟机和宿主机一样也需要配置验证方式。比如密码的加密、登录次数的锁定或延时等。

五、服务和配置功能

（一）部分服务的功能可以禁用

在虚拟机中，有些功能的关闭不会影响到虚拟机运行，例如磁盘碎片整理、屏幕保护程序、病毒和恶意软件的扫描、文件完整性的检查、系统更新等。对于单一操作系统的虚拟机来说，这些不需要的服务在启用，它们占用了资源，可以关闭。

（二）加强文件共享的管理

在很多虚拟机软件的支持下，主机和虚拟机之间可以进行文件的共享，这样使用起来比较方便，也带来了安全方面的问题。由于可以实现共享，虚拟机就有机会对共享的文件进行操作。即使在没有共享目录的时候，激活的文件也可能到虚拟机的环境以外，因此，除了特别需要共享外，一般情况下把文件共享功能关闭。

（三）同步时间

在虚拟机中，它们的时间默认都是依赖于主机的时钟，而计算机的时间经常会不准确。因为时钟的不准确性，导致任务的滞后或提前的问题会发生。比如，我们规定周一到周二两天，其中的某些服务关闭，但是因为时间的不准确，可能会造成业务中断。由于时间的不确定性，我们无法从日志上得出事件的真实性。解决这个问题的办法是，在离网络比较近的地方配置同步时间服务器。

（四）把不经常使用的设备切断

由于虚拟技术允许虚拟机可以间接或直接地控制物理设备，比如光驱、软驱、打印机、USB接口等。在启动虚拟机的时候，会对这些硬件设备进行检测，在多个虚拟机同时启动的时候，第一个启动的虚拟机优先使用这些设备，而其他虚拟机的检测会被锁定，这会造成不必要的启动延迟。另外，如果在驱动器里有恶意代码，虚拟机可能会自动装入并执行，类似于自动运行的功能。建议只在需要的时候才允许连接所有可控制的物理设备。

［1］管建超.基于VM ware的虚拟机安全设计与实现［J］.电力信息化,2010,（6）.

［2］程川.一种基于Xen的信任虚拟机安全访问设计与实现［J］.计算机与数字工程,2010,（3）.

［3］蒋万春,汤立,陈震.虚拟化安全问题探析［J］.信息网络安全,2010,（8）.

［4］黄良良,韩军,汪伦伟.基于Xen硬件虚拟机的安全通信机制研究［J］.计算机安全,2010,（3）.

TN

A

1673-0046（2011）11-0179-02