云计算安全风险与保护技术框架研究＊

陈雪

（广州工商学院，广东 广州 510850）

近年来中国经济增速放缓，产业格局迭代升级趋势愈发明朗，以网络科技、通信科技为依托的新兴产品、技术持续涌现，物联网、区块链等新名词不绝于耳，云计算作为其中典型代表，通用性、扩展性优势非常明显，解决了传统业务处理方式下，计算能力不足、扩建成本过高的困境，促进了数据的高速流通和交互。但该种趋势的发展也带来了一定困扰，开放环境下数据泄露、外部攻击风险明显提高，有必要对其安全防护技术框架进行完善和优化。

1 云计算安全风险探析

云计算是科技理念更新、迭代的产物，能够通过虚拟化技术，将计算任务分布到不同资源池之中，从而增大系统存储空间，获得计算能力上的跨越式提升，从技术架构上看，其大致可以分为3 个不同层级，其中，IaaS 层位于最底层，主要包含各类基础设施、设备，可以将其整合成虚拟资源池，方便用户数据存储以及程序代码运行；PssS 层则提供平台、环境，可以容纳多种程序接口，并为数据库、文件系统等的测试运行提供便利；SaaS 层处于架构顶端，可以在Web 浏览器的支撑下，向用户开放交互界面和软件[1]，满足多点访问需求。

近年来中国网络覆盖率持续上升，各企业、用户对云计算的需求量呈现出爆发式增长，云计算应用中潜在的风险因素也显著增多，大致可以归结为以下5点：①身份冒用风险。为确保安全，云计算虚拟平台通常采用账号密码形式认证用户身份，但部分攻击者通过不法渠道窃取该类信息，借助冒用身份进行消费、窃听，严重危害了用户安全。②共享环境风险。云计算之所以能够实现大规模的覆盖和计算，关键在于虚拟资源池的搭建，在该种平台组织策略下，传统的防护墙技术很难发挥效能，恶意代码一旦传播扩散，必将造成更大范围的危害。③数据泄露风险。在新常态背景下，数据作为隐形资产的价值被越来越多的人所认可，存储于云平台的数据一旦出现泄露、篡改、丢失等问题必然影响其固有价值。④DDoS 攻击风险。Web 环境是云计算技术的关键依托，部分不法分子利用该种特征，从多个节点同时实施攻击，占据系统大量资源，并损坏运行稳定性。⑤对内防范风险。云计算服务提供开放资源池，从合作形式看，更倾向于外包业务，租户企业的内部员工、运营商员工、管理者等均具备接入资源池的能力，这就给内部防范工作带来极大压力，控制协调不当很容易导致数据异常泄露等问题。

2 云计算安全保护技术框架搭建

2.1 设计思路

云安全框架搭建环节，需要对攻击特征、风险种类、防护需求等进行全方位分析，从既有案例来看，恶意入侵造成的波及范围是十分广泛的。从物理层视角上看，可能发生门禁破坏、设施破坏等问题；从网络层、主机层视角看，又可能发生非法访问、非法入侵等情况；针对应用层、数据层展开攻击时，还会发生数据丢失、应用宕机等情况。因此要采用针对性分析策略，分别引进联动预防、隔离预防、统一身份认证等技术，保障安全框架全面性和系统性。

2.2 网络安全层

2.2.1 数据中心划分与隔离

开放、共享是云计算平台最为显著的特征，其中牵涉、覆盖的数据节点数量多、结构复杂，一旦发生恶意攻击行为，将会在平台内部发生大范围扩散，因此引入网络隔离技术，对数据中心进行分隔保护。分隔依据主要为业务功能，同时兼顾网络安全风险，重点区域分述如下：①DMZ 区，该区域位于内外防火墙中间，可以起到缓冲、防护的作用，整体安全性能低于内网，面临的潜在风险也非常之多，主要负责部署前置部件，管理对象包含API 网关[2]等。设计环节增加入侵检测、拦截设备，与基础防火墙搭配，可以起到抵御风险、保护数据安全的作用。②公共服务区，在安全框架中扮演部署、统筹角色，可以对IaaS、PaaS等层级组件进行分配，设计环节隔离等级设置为半开放，可以受限向租户提供服务，且所有操作均要经过DMZ 区过滤。

2.2.2 业务平面划分与隔离

云计算平台涉及的业务种类非常多样，为避免业务繁杂性带来的不利影响，确保设备、资源始终处于安全防范范畴以内，还需要对相关业务项目进行划分隔离，分隔依据包含安全风险等级、业务权限等，划分后主要分为5 个部分，其中，租户数据平面是主要通信渠道，可以与下设的各类虚拟机建立联系，保障业务的正常供应；业务控制平面则提供接口服务，可以保障各类API 安全性能；平台运维板块则为运行、维护业务设计，可以面向网络设备、服务器等开展管理。此外还有BMC 管理平面、数据存储平面等，分别负责应急维护、安全存储，业务板块相互独立、各自为政，同时又协调配合、相得益彰，能够较好地防止业务数据泄露、混淆等问题。

2.3 主机安全层

2.3.1 CPU 隔离

主机板块是整个云计算平台的核心所在，本次设计中主要采用最小化裁切策略，对各主机设备进行分隔防护，并附带安全加固手段，谨防恶意攻击和入侵。在整个主机板块的安全层设计过程中，CPU 隔离占据关键位置，主要以虚拟机为中心，实现其与UⅤP（Unified Ⅴirtualization Platform，统一虚拟化平台）之间的隔离，同时相邻虚拟机节点之间，信息也应当是相互隔离独立的。框架搭建主要通过模式切换完成，Non-Root 模式下CPU 正常运转，可以支持基础的运算、交互需求，进入Root 模式后，UPⅤ对虚拟机的控制能力有所上升，可以灵活调整各类设备的访问权限，最终实现虚拟机资源隔离，确保虚拟机节点之间相互独立，无法获取到其他平台资源信息。

2.3.2 内存隔离及I/O 隔离

云计算平台综合处理能力强大，可以承担数据存储、交互等功能，由于虚拟平台开放性较为显著，因此海量存储数据如何隔离、独立就成为了重点，只有采取必要措施进行优化，使得各虚拟机能且只能访问对应内存，才能最大限度保证安全性。为实现该种设想，设计时引入了映射策略，在虚拟机、物理内存之间，搭建起单点映射关系，访问环节虚拟层率先运作，实现对IP 地址的转化，确保其只能访问对应内存。I/O设备同样是UⅤP隔离环节，重要的关注对象包含磁盘、网卡等重要装置，安全架构设计时采用逻辑卷策略，以虚拟磁盘设备为中心，对应关联镜像文件[3]，实现各对象之间的对应，确保I/O 路径相互隔离。

2.4 应用安全层

纵观已有的应用层安全事故，会发现其中大部分危害因素均来源于网络，有统计的数据中甚至可以达到70%，因此安全框架设计过程中，搭设了专用的WAF（Web Application Firewall，Web 应用防火墙）进行风险抵御，运行逻辑可见。该种防火墙的增设可以实现如下4 种功能：①Web 攻击过滤。可以识别几种常见的恶意攻击行为，比如SQL 注入、代码注入以及敏感文件获取等，主要通过参数、地址等关键信息的分析处理达成预期目标。②编码还原。内部装配了集成语义分析引擎，与原有的正则引擎搭配使用，可以实现高精度还原和识别，防止编码混合乱入。③恶意信誉库。这是一种基于已有经验设计的防范模块，通过云计算平台与全球情报库连接，收集了大量的恶意IP、恶意bot 等。④CC 攻击防护。该种攻击类型较为隐蔽，攻击者不直接执行DDoS 攻击，而是借助代理服务器实现伪装，一旦成功将会严重影响系统稳定性，因此安全层设计中，依托WAF 完善识别功能，可以对IP、cookie 文件开展标识处理，精准识别出超阈限访问节点，并阻断相关攻击行为。

2.5 数据安全层

2.5.1 访问隔离设计

近年来高新科技产业迅猛发展，数据、信息作为无形资产的地位得到加强稳固，云计算平台中，必须以机密性、完整性作为数据存储、交互衡量要点，以确保云安全体系切实有效。访问隔离设计是该体系的重要关卡，本系统中引入了IAM（Identity and Access Management，统一身份认证）技术进行优化，面向企业、个体租户提供服务，可以实现用户集中管理，安全凭证集中验证等功能，除用户账号注册外，还可以调整资源操作权限，从而降低系统防内压力，确保云计算平台安全性能。

2.5.2 传输通道设计

应用云计算平台开展业务处理工作时，经常会涉及到数据传输问题，为确保安全主要引入了ⅤPN 技术，可以以ⅤPC 为依托，与远端用户建立联系，与传统开放渠道相比，通信路径经过加密更加严谨安全，可以实现数据中心的无缝扩展。当系统中产生新的数据、信息，租户也可以借助该通道打包上传，启动额外服务器增强计算能力，降低泄露风险的同时保证使用性能。在通信协议上，使用了TLS（Transport Layer Security，传输层安全协议）技术与证书管理，一方面可以提供REST 网络，以RESTful 为依托，对目标API进行直接调用；另一方面开放Highway 通道，可以满足特殊场景下的使用需求，私密性、高效性更有保障。

2.5.3 存储安全设计

数据存储环节引进KMS（Key Management Service，密钥管理服务）技术，依托硬件安全模块进行密钥创建，避免出现密钥泄露等问题，密钥正式使用环节，所有操作均会被同步到日志板块，以便后期调取审计。对数据进行删改操作、销毁操作时，系统会事先处理前一阶段内存，通过写“零”操作防止有效信息泄露，对于已经废弃的数据，则开放安全删除功能，直接在磁盘中执行相关操作，消除数据恢复读取可能[4]。此外还搭配了自发加密功能，租户可以根据实际需求，对上云数据进行加密，若有丢弃需求直接销毁密钥即可，物理磁盘报废后，也会通过云平台消磁，并提醒租户折弯、破碎，以阻断所有可能的隐私泄露渠道。

2.6 运维安全层

2.6.1 安全日志设计

从云计算平台运行现状来看，会发现安全防护需求基本上是逐年增长的，各类攻击事件、泄露事件严重威胁着数据安全性，除了完善防护性能外，还应当做好日志记录，以防恶意篡改删除造成隐性数据资产损失。要结合需求划定云安全事件，包含系统入侵、基础设施受损、网络扫描窃听等，发现苗头后及时记录用户名、源头IP 地址、变更内容等，设置90 d 左右的开放查询事件，方便回溯和修补，日志内融入大数据技术，可以将异常状况生成可视化成果，辅助人工决策。

2.6.2 灾难恢复设计

云计算平台依托资源池完成业务计算和运行，节点宕机、损坏等均有可能影响架构运行质量，因此安全设计环节，还开辟了灾难恢复模块，异地数据中心之间相互联通，邻近节点互为灾备，当其中一点出现故障时，数据会自动拷贝、转移，所有传递操作依托高速光纤实现，以确保业务连续性。针对难以预见的自然灾害、重大灾难等，同样编制了系统的连续性计划，借助仿真平台模拟测试，将目标区域云平台转换为离线状态，模拟灾难并规定处理路线，测试过程、结果被系数记录下来，方便后续调取删改。

3 结论

综上所述，云计算技术具有覆盖范围广、计算能力强大等优势特征，应用于企业管理、信息传递时，可以显著减少硬件资源开销，保障资源池供应充足性，实践环节要正视其中存在的身份冒用、数据泄露、DDoS 攻击等风险，积极引入网络隔离技术，对数据中心、业务平面等关键区域进行分隔防护，同时关注主机层安全隐患，通过权限设置、映射关系搭建等确保CPU、I/O 设备的隔离，在应用层增加Web 攻击过滤、CC 防护攻击等功能，最大限度保障云计算平台应用安全性。