私有云安全挑战与实践

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对于企业来说，从现有的IT管理体系过渡到私有云平台，大致经历了以下几个过程：数据大集中、业务系统整合、IT资源的虚拟化、管公司的公共关系理平台的云化、应用和服务的集成提供。私有云为企业各个业务部门提供统一服务，不仅仅包括计算资源、存储资源、网络资源，还应该包括安全资源，如身份认证、病毒查杀、入侵检测、行为审计等，只分配了计算资源与存储资源的系统，对用户来讲，无异于“裸奔”。在企业私有云环境里，不同业务系统的安全需求差异很大，那么在一个“云”内，为不同业务系统提供不同的安全策略，安全策略如何部署?部署在哪里?差异化的需求如何满足?

和的定义一样，关于也没有统一的定义，但对于企业私有云来说，云安全就是确保用户在稳定和安全合规的情况下在云计算中心上运行应用，并保证存储于云中的数据的完整性和机密性。以下从三个方面谈一下私有云的安全挑战和具体实践。

一、云环境中对虚拟云桌面的管理

首先从每个员工使用的桌面终端来说。随着虚拟化技术的发展，在企业里虚拟云桌面终端也迅速部署应用起来，虚拟化桌面终端安全问题也逐渐凸显。虚拟化云桌面终端安全所面临的主要问题可划分为两大类，一类是传统的终端安全问题的延续;另一类是在虚拟化环境下所面临的新问题。虚拟化环境下所面临的新问题主要包括虚拟化环境所面临的安全威胁、无边界访问带来的安全威胁、虚拟机防护间隙带来的威胁和安全防护引发的资源争用等多项安全问题。

云桌面通过虚拟化技术来实现了桌面的统一、资源的共享，让员工通过瘦客户端来实现任何时间、任何地点访问跨平台的桌面系统，能够解决传统桌面管理模式的弊端，而且通过统一规划所有云桌面用户的IP地址,在防火墙和交换机上设置策略、建立访问控制列表，限制该网段互联网访问权限，也可以方便实现云桌面用户与互联网的隔离。

云桌面使用方便也易于实现统一管理，然而在资源高度聚合、数据远程化、弹性大规模的云桌面应用模式下，安全问题仍然不可避免。

从虚拟云桌面的整体系统角度来看，客户端、传输网络、服务器端、存储端等各个方面，都会产生安全风险。忽略任何一个细节都会导致整个系统的信息漏洞。

客户端：在虚拟云桌面的应用环境中，只要有访问权限，任何智能终端都可以访问云端的桌面环境，如果使用单纯的用户名密码作为身份认证，那么其泄露就意味着对方可以在任何位置访问你的桌面系统，并获取相关数据。传统的桌面可以采用物理隔离的方式，其他人无法进安全控制区域窃取资料;而在虚拟桌面环境下，这种安全保障就不复存在了。这就要求有更加严格的终端身份认证机制。目前比较好的方案有Ukey准入认证，利用Ukey认证作为云平台的安全接入认证不仅能够提高云平台的安全性，也能够使Ukey发挥最大效能，充分利用Ukey高可靠性的特点实现对云计算资源的保护，防止无授权用户的非法操作。相对于远程用户，则可以采用Ukey认证与 VPN 技术相结合，为远程用户提供一种安全通信服务。还有就是通过MAC地址对于允许访问云端的客户端进行一个范围限定也是不错的办法。虽然牺牲了一定灵活性，但这种方式可以大幅提升客户端的可控性。

(注：国内的USBKEY品牌型号繁多，企业在选择USBKEY时一般也没有太多的考虑，因此导致了多种型号及品牌的KEY共存的现象比较普遍。建议测试几种使用，另外还有无驱的Ukey, 会模拟成HID，有的不能自动映射，还需要手动连接)

服务器端：在虚拟桌面的整体方案架构中，后台服务器端架构通常会采用横向扩展的方式。这样一方面通过增强冗余提升了系统的高可用性;另一方面可以根据用户数量逐步增加计算能力。在大并发的使用环境下，系统前端会使用器，将用户的连接请求发送给当前仍有剩余计算能力的服务器处理。这种架构很容易遭到分布式拒绝攻击，因此需要在前端的负载均衡器上需要配置安全控制组件，或者在防火墙的后端设置安全网关进行身份鉴定授权。

存储端：采用虚拟桌面方案之后，所有的信息都会存储在后台的磁盘阵列中，为了满足文件系统的访问需要，一般会采用NAS架构的存储系统。这种方式的优势在于企业只需要考虑保护后端磁盘阵列的信息防泄漏，原本前端客户端可能引起的主动式的信息泄密几率大为减少。但是，如果系统管理员，或者是具有管理员权限的非法用户想要获取信息的话，这种集中式的信息存储方式还是存在隐患的。如果使用普通的文件系统机制，系统管理员作为超级用户具有打开所有用户目录，获取数据的权限。 一般可以采用专业的加密设备进行加密存储并且为了满足合规规范的要求，加密算法应当可以有前端用户指定。同时，在数据管理上需要考虑三权分立的措施，及需要系统管理员、数据外发审核员和数据所有人同时确认也能够允许信息的发送。这样可以实现主动防泄密。此外，还需要通过审计方式确保所有操作的可追溯性。

二、网络层如何进行动态安全防护

云计算的大规模运营给传统网络架构和应用部署带来挑战，不论是技术革新还是架构变化，都需要服务于云计算的核心要求，即动态、弹性、灵活，并实现网络部署的简捷化。具体来说传统网络面临的挑战主要4点。

1)服务器的利用率从20%提高到80%，服务器端口流量大幅提升，对数据中心网络承载性能提出巨大挑战，对网络可靠性要求也更高;

2)多种应用部署在同一台物理服务器上运行，使网络流量在同一台物理服务器上产生叠加，流量模型更加不可控

;3)服务器虚拟化技术的应用必然伴随着虚拟机的迁移，这种迁移需要一个高效的网络环境来保障;

4)虚拟机的部署和迁移， 使得安全策略的部署变得复杂和无助，需要一个动态的机制来对数据中心进行防护。

从两个方面来说下这个问题：

1、东西向安全：

在企业私有云环境下，融合了多业务和多租户资源池环境，业务之间和租户之间的安全隔离成为云平台建设必须要解决的问题。与传统的网络架构相比，私有云数据中心网络流量模型逐步由东西向流量取代南北向流量成为主要流量，多业务和多租户隔离一方面需要考虑隔离方案的可维护性，另一方面需要考虑网络能力的横向可扩展性。

目前大部分资源池的安全隔离仍采用物理防火墙作为东西向和南北向隔离方案，但物理防火墙在扁平化数据中心网络中存在结构性瓶颈，限制了网络的横向扩展能力。这里可以考虑采用分布式虚拟防火墙对业务和租户之间的横向流量进行隔离，南北向流量隔离利用NFV防火墙实现，通过SDN Controller向DFW(分布式虚拟防火墙)自动下发定制的策略，实现业务和租户之间安全隔离。分布式虚拟防火墙的性能是我们目前主要关注的问题，随着流量规模的增长，我们会根据情况考虑虚拟防火墙和物理防火墙相结合部署的架构。

2、南北向安全：

NFV(网络功能虚拟化)，通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。常用的NFV组件有vFW、vLB、vSwitch等，下面以vFW、vLB为例，对IT云平台NFV的部署运用进行简单介绍。

1)利用vFW(虚拟防火墙)实现南北向安全防护

南北向流量主要是客户端到服务器之间的业务流量，这类流量需要进出资源池，安全隔离的边界在资源池出口处，在此位置可以部署物理防火墙，也可以部署NFV防火墙集群，用于对整个资源池与外部网络的安全隔离。

2) 利用vLB(虚拟负载均衡)实现业务负载按需开通

通过部署虚拟负载均衡器，统一为多个租户提供负载均衡服务。虚拟负载均衡目前可支持各类TCP应用，如FTP、HTTP、HTTPS等，支持丰富的负载分发算法和会话保持方式。随着业务量的增长，还可以为每个业务或租户单独部署一套虚拟负载均衡设备，提高负载均衡的可管理能力和扩展能力。

三、 私有云安全规划–如何保证每层的安全

从不同角度能看到安全的不同层面。如果从私有云安全规划角度看，有四个层面需要注意：

• 边界防护：私有云安全防护的底线;
• 基础防护：与私有云建设过程中同步开展的阶段，云安全管理系统;
• 增强防护：随着云安全技术逐渐成熟，增强完善云安全服务，加密认证等;
• 云化防护：面向SaaS等更复杂的云计算模式，引入云安全访问代理等新技术，结合业务实现防护。

未来，边界防护上基于SDN技术构建“流网络层”，提升“东西向”的隔离颗粒度与强度，以及加强云内流量监控;基础防护上，构建云安全管理系统，各种安全加固技术在私有云底层平台的应用，特别是通过安全手段固化底层行为;增强防护则提供比如加密认证、安全扫描服务，定期对所有进行安全扫描，及时发现安全漏洞，还有防护DNS型的攻击，防攻击，自动化抵御SYNFLOOD、UDPFLOOD等常见攻击，有效保障用户业务的正常运作。云化防护则面向业务操作与业务数据的云安全代理机制等，引入云安全相关的新技术，结合业务实现防护。这些都将是重点考虑的方向和手段。

下面就存储的安全重点说一下。存储层面的安全主要有4点：

1、资源隔离和访问控制

在云环境下，应用不需要关心数据实际存储的位置，只需要将数据提交给虚拟卷或虚拟磁盘，由虚拟化管理软件将数据分配在不同的物理介质。这就可能导致不同保密要求的资源存在于同一个物理存储介质上，安全保密需求低的应用/主机有可能越权访问敏感资源或者高安全保密应用/主机的信息，为了避免这种情况的发生，虚拟化管理软件应采用多种访问控制管理手段对存储资源进行隔离和访问控制，保证只有授权的主机/应用能访问授权的资源，未经授权的主机/对于危机公关的看法应用不能访问，甚至不能看到其他存储资源的存在。

2、数据加密保护

在各类安全技术中，加密技术是最常见也是最基础的安全防护手段，在云环境下，数据的加密保护仍然是数据保护的最后一道防线，对数据的加密存在于数据的传输过程中和存储过程中。

对数据传输过程中的加密保护能保护数据的完整性、机密性和可用性，防止数据被非法截获、篡改和丢失。针对不同虚拟化对象的特点，应采用不同的传输加密方式。如对IP SAN网络，可以采用IPSec Encryption(IPSec加密)或SSL加密功能防止数据被窃听，确保信息的保密性，采用IPSec摘要和防回复的功能防止信息被篡改，保证信息的完整性。

对数据存储的加密能实现数据的机密性，完整性和可用性，还能防止数据所在存储介质意外丢失或者不可控的情况下数据自身的安全。对数据存储的保护一般在主机端完成，通常由应用系统先对数据进行加密，然后再传输到存储网络中，由于不同应用采用加密算法的多样性导致加密强度的不一致，不利于数据存储安全的统一防护。为了解决这个问题，IEEE安全数据存储协会提出了P1619安全标准体系，这个体系制定了对存储介质上的数据进行加密的通用标准，采用这种标准格式可使得各厂家生产的存储设备具有很好的兼容性。

对数据进行存储保护的另一种思路是在存储设备之前串接一个硬件加密装置，对所有流入存储网络的数据进行加密后，将密文提交给存储设备;对所有流出存储设备的数据进行解密后将明文提交给服务器;这种加密方式与上面提到的采用P1619的的解决方案类似，但这里的加密是由外部加密装置完成，而不是集成在存储网络中。这种解决思路与上层应用和存储无关，但在数据量大的情况下，对硬件加密装置的加解密性能和处理能力要求比较高。

对数据加密保护的第三种解决办法是依靠存储设备自身的加密功能，如基于磁带机的数据加密技术，通过在磁带机上对数据进行加密，使数据得到保护;目前可信计算机组织(TCG，Trusted Computing Group)也已提出了针对硬盘的自加密标准，将加密单元放置在硬盘中，对数据进行保护。自加密硬盘提供用户认证密钥，由认证密钥保护加密密钥，通过加密密钥保护硬盘数据。认证密钥是用户访问硬盘的惟一凭证，只有通过认证后才能解锁硬盘并解密加密密钥，最终访问硬盘数据。

3、基于存储的分布式入侵检测系统

4、数据删除或销毁

数据的彻底删除也是必须考虑的问题。由于数据存放的物理位置是位于多个异构存储系统之上，对于应用而言，并不了解数据的具体存放位置，而普通的文件删除操作并不是真正删除文件，只是删掉了索引文件的入口。因此在应用存储虚拟化技术之后，应在虚拟化管理软件将安全保密需求相同的文件在物理存储上分配在同一块或多块磁盘上，在删除文件时，为了彻底清除这些磁盘上的敏感信息，将该磁盘或多块磁盘的文件所有位同时进行物理写覆盖。对于安全保密需求高的场合，还应采用消磁的方式来进行更进一步地销毁。

结语：

云计算作为一种新的模式给企业信息化发展带来了巨大的变革，是IT 行业的一个发展趋势，但是安全问题仍然是阻碍企业全面部署应用云平台的最大障碍。如何有效控制访问权限和整体安全管理机制，如何对数据进一步划分等级，实时安全操作和监控，如何更有效地管控外部攻击威胁带来的风险，都需要深入开展研究，才能更有效地提高云计算平台的安全，为云计算在企业中的广泛应用提供更安全的保障。

（作者：孙杰）