云计算作业报告-12.19

云安全报告

1.引言

云计算的目标是将各种共享的计算资源以服务的方式通过互联网交付给用户。云计算以其特有的优势逐步赢得了信息技术市场的认可，也在不知不觉中掀起一场IT 技术革命。云计算的显著优势包括：按需服务、高带宽网络接口、共享资源池、快速可伸缩性和服务可测量。

云计算通常涉及到动态可扩展性和虚拟化资源配置，同时还包括计算、软件、数据访问和存储服务等。在云计算这种服务模式下，终端用户甚至不知道为其提供服务的系统的物理地点或者系统的配置情况。云计算技术的复杂性以及与传统服务模式的巨大区别，导致安全问题成为云计算推广过程中受到关注的首要问题。

2.云安全概述

2.1云计算的演进

云计算是计算技术的逻辑演进。图2-1 展示了云计算和由互联网服务提供商（ISPs）延伸成云服务提供商（CSPs）的模型。

图2-1云计算的演进

在开始阶段（ISP1.0），ISPs 对个人和企业用户提供因特网的访问，这些早期的ISPs 仅仅对用户和小型商户提供因特网连接，且一般是通过电话拨号服务的方式。随着连接到因特网逐渐变为一种商品，ISPs 寻求着有其他附加价值的服务，比如对邮箱服务器的连接（ISP2.0）。随着支持这种服务方式的基础设施和基于其服务的增多，迅速导致了专业设施的出现，我们称这些设施为搭配设施（ISP3.0）。

这些设施是电信和其他网络提供商以最低的花费及复杂性进行连接的一类数据中心[8]。它定位于使用网络、服务器及储存设施的用户。随着搭配设施的增多并变为一种商品，应用服务商（ASPs）随之产生（ISP4.0）。ASPs 主要对企业提供具有高附加价值的应用服务，且其不仅仅局限于计算机设施。

2.2 云计算概念

2007年底，IBM公司在其云计算计划中最早提出了云计算定义：按用户的需求建立可动态的部署、配置、取消服务的云计算平台，平台中的服务是可伸缩的，其可以是具体的服务器机群，也可以是另外一个云计算平台，通常一个通用的云计算平台包含存储设备、网络设备、计算设备、安全设备等，云计算平台提供“云应用”，用户通过租借和购买等方式，借助Internet 网络使用这些应用。经过近几年的发展，人们普遍把云计算理解为是由分布式处理、并行处理和网格计算发展而来的一种动态的易于扩展的通过高速互联网把数据处理过程传送给虚拟的计算机集群的计算方式。云计算基本原理是通过网络将庞大的计算处理程序自动拆分成无数个较小的程序，再交给由多台服务器所组成的庞大系统，经搜寻、计算分析后，将处理结果回传给用户。云计算为我们提供了无限大的安全可靠的数据储存能力和强大的计算能力，可以轻松实现不同设备间的数据共享，同时它对用户终端设备的要求更低。云计算平台可以分为以下几种形式：软件即服务（SaaS –Software as a Service）：将软件作为一种服务，为用户提供完整、可直接使用的应用程序，Google的Google Docs就是SaaS的典型应用；数据即服务（DaaS–Data as a Service）：提供数据的存储和使用，典型的例子包括Amazon的S3 ；平台即服务（PaaS–Platform as a Service）：通常指提供云应用的软件开发平台服务，Face2 book的应用平台功能和Salesforce的https://www.360docs.net/doc/0811763255.html,平台就是这种云计算的典型例子；基础设施即服务（IaaS –Infrastructure as a Service）：提供云应用使用的计算资源、内存资源和数据存储资源等；通信即服务（CaaS–Commu-nication as a Service），提供云应用使用的的电信、VPN 服务等；硬件即服务（HaaS–Hardware as a Service），提供云应用使用的具体不同类型硬件或者是虚拟主机等，典型的例子包括Amazon的EC2。目前，常见的云计算描述框架可缩写为“SPI”，这种缩写代表了云计算所提供的三种主要服务：软件即服务（SaaS）；平台即服务（PaaS）；基础设施即服务（IaaS）。

2.3 云计算关键组件

云计算并不是一项单一的技术，而是很多既存技术的结合。虽然这些技术都处于各自不同的发展阶段，但他们作为一个整体为创造云计算系统而结合起来。处理器技术、虚拟技术、桌面储存及因特网宽带连接技术都推动了云计算的发展。1. 接入设备

云接入设备的范围在最近几年得到了很大程度的扩展，如今个人电脑、企业电脑、移动电话、定制手机设备、定制静态设备（比如冰箱）等都可以连接网络，这使得云接入的方式不断增加。

2. 浏览器和客户端

多设备用户现在可以在任何地方通过浏览器来使用信息。浏览器会变得越来越尖端，一些企业的应用软件比如SAP、Oracle，可以直接通过一个浏览器界面进行登录，这些界面应用程序简单、直观，大多数人对其非常熟悉且进行简单的引导就可以上手使用。

3. 高速的宽带连接

云计算设备的一个关键组件是宽带服务器，它是云计算连接组件的一种。宽带连接现如今应用十分广泛，尤其在全球化大都市中。无孔不入的无线连接（如无线，蓝牙，WIMAX）都可作为云计算的连接资源。

4. 数据中心和服务器组

基于云计算的服务需要数据中心和服务器具有强大的计算能力，而且这些数据中心和服务器要能够横跨多区域，并能通过互联网来进行分布计算及服务运输。如今很多企业都显示出了计算能力的灵活性和可扩展性。比如Google 连接了大量的便宜的服务器来进行强大的运算；亚马逊弹性云计算（EC2）通过为数据中心提供虚拟化来为所要求的服务提供虚拟应用；https://www.360docs.net/doc/0811763255.html, 将它的客户归为一个集群来为他们提供SaaS。

5. 储存设备

逐渐减少的费用和可灵活部署的特性改变了储存领域。混合-直接连接设备（DASA）已经被储存区域网络（SANs）代替，因为SANs 费用更低且允许更多的用户数量和更灵活的储存方式。

6. 虚拟化

虚拟化是云计算的基础技术平台，它改变了现代数据中心的外貌。这些虚拟化技术涉及到应用客体和终端用户的计算资源的抽象化（CPU，储存，网络，内存，应用程序组及数据库）。虚拟化技术提供一个可伸缩、共享的资源平台给用户们，使得多用户的商业云模式成为可能，更重要的是，他们为用户提供专供资源。站在企业的角度，虚拟化使数据中心的操作效率更高。如今，云企业在数据中心内以各种形式部署了虚拟化技术，包括OS（VMWare，Xen），储存虚拟平台（NAS，SAN），数据库虚拟平台，虚拟应用软件（Apache，tomcat，JBoss，Oracle App Sever，WebSphere）。从公共云的观点，虚拟化在虚拟服务的各层以共享资源出现（如OS，储存，数据库，应用程序）。Iaas 的提供者包括Amazon（EC2），ServePath （GoGrid），他们使得用户在公共云中运行各种操作系统的程序成为可能。Sun 公司为此雇佣了此类的虚拟厂家。

7. APIs

合适的应用程序接口（API）的发展是推动云计算服务的一个重要因素，API通过启用能够进行自我配置的云计算资源和服务来授权用户，一个API 可表现为多种形式，从简单的URL 操作到高级的类SOA 程序模式。API 的发展有助于开发云计算的潜力和隐藏扩展现存IT 管理程序和云服务方面的复杂操作，比如AmazonEC2，Sun cloud，GoGrid 这些IaaS 云服务提供商（CSPs）提供的APIs 允许用户创建和管理云资源，如图2-3，这些资源包括计算、储存及网络资源，这种情况下，API 通过HTTP 来使用，GET，POST，PUT，DELETE 等指令也被调用。所有SaaS 开发者都需要熟悉具体的APIs 来扩展和管理SaaS 平台的软件模块，SaaS 不能提供除使用HTTP 和Web URL 的浏览器、脚本的基础接口外的APIs。如今，云用户所面临的一个关键挑战是每一个服务商只能有唯一的API，因此，云中的任何程序都很难进行移植，并且这些程序很难进行互操作（包括私有云），由于云中API 的唯一性，设计人员、开发人员、数据库操作人员必须熟悉其所进行研发和操作的平台。虽然现在并没有云API 标准，然而云服务商和用户团体正在推动其标准化的进程，其中一个成果是通用云接口（UCI），它试图创建一个开放、标准的云接口体系来统一各式各样的云APIs。UCI 论坛宣称他们的目标是设计一套独特的接口系统，它包括整个基础设施层。

3. 云安全需求分析

3.1 云安全视角

云本身是一个复杂的系统，云计算中的安全需求散布在云计算的各个层次、各个环节。从单一的视角很难对云计算以及云计算中的安全问题有全面的认识。在调研国内外关于云计算的论述之后，我们认为，在分析评估一个云计算系统的安全需求和安全等级时，至少应当从以下几个维度的视角来进行考量，力求评价结果的全面客观。

角色划分

在一个典型的云计算安全模型中，至少具有以下三种必要角色：

1）云服务提供商：各种层次的云服务的提供者；

2）云用户：云服务的使用者，可以是个人或者机构，包括云中的开发者。

3）第三方审计者：可以对云计算中的云服务、信息系统的运维、云环境和运行安全等进行独立审计的实体。

在该种角色划分下，云计算中的涉及安全问题的事务依据其发生的位置归类如图3-1。

图3-1 云中角色与安全事务

3.2 系统架构

为了合理地组织、协调和管理云中的运算资源以向云用户提供良好的服务，云服务提供商必须维护相应的系统组件。从云服务提供商对云的运维的角度，其所维护的云端可划分为从底向上的三个层次：物理资源层、资源抽象和控制层以及服务层。

图3- 2 从上述三个层次出发，以云提供商系统运维的视角，对云计算的安全需求进行归纳。

图3-2 基于云计算架构的安全模型

3.3 服务层次

在SaaS 层，用户使用的服务主要是应用软件，这些应用软件通常以托管服务的形式发布，用户通过与云提供商之间的网络连接接入服务。典型的应用如谷歌文档（Google Docs）。在这一层次，用户面临的安全问题包括：登录安全、访问控制、数据与隐私保护等等。

在PaaS 层，用户使用云提供商提供的开发工具和运行资源，开发、测试、部署和管理应用软件，用户开发的应用软件运行在云中。典型的PaaS 平台如Salesforce 公司的https://www.360docs.net/doc/0811763255.html,平台。PaaS 的用户主要面临的安全问题包括：安全设计、安全编程、安全测试和安全发布。

用户在IaaS 层可以使用云提供商提供的各种基础计算资源，例如虚拟机、支持网络接口的存储器、网络架构等等。典型的IaaS 如Amazon 公司的S3 和EC2。IaaS 用户面临的主要安全问题包括：存储安全、数据完整性、冗余备份和审计计费安全等等。

4. 云安全具体策略

4.1基础设施安全

（1）基础设施安全：云计算中一些与基础设备相关的安全，包含由硬件设备实现的安全以及由相关的软件系统实现的安全。

（2）系统安全：主要包括系统用户身份管理，密钥管理。

（3）网络安全：网络是整个云计算体系的通信基础。采用入侵检测和DOS防御等技术保护网络安全。

4.2虚拟化安全

（1）虚拟防火墙：主要对应用系统间流量进行限制。

（2）虚拟机安全管理：对虚拟机本身安全进行管理。

（3）虚拟机隔离：防止虚拟机间的信息泄露，还包括内存，共享存储空间，共享数据间的隔离。

（4）虚拟机漏洞管理：对虚拟机中可能存在的漏洞有统一的管理措施。

4.3数据安全

数据安全主要为云计算中存储的数据提供安全保证，由于IaaS平台以基础设施的形式提供服务，主要由用户管理数据，涉及公共存储的数据较少，数据安全主要集中在PaaS平台和SaaS平台。

（1）加密解密：为用户提供数据的加解密服务，并在速度方面加以考虑。（2）密钥管理：随着加密解密而产生的密钥面临着管理和保密等问题。

（3）传输安全：可采用SSL等方式保证。

（4）访问控制：用户信息等数据的访问控制。

4.4服务安全

云计算以服务的方式向用户提供资源，服务安全成为最主要的安全问题，同数据安全一样，服务安全在PaaS平台和SaaS平台更为明显

（1）安全单点登录（SSO）：单点登录能有效解决不重新认证情况下访问多个服务的问题，但其安全也是服务安全所必需考虑的。

（2）数字签名：利用数字签名，特别是XML数字签名来保证服务消息的完整性。

（3）信任模型：根据云计算用户的操作历史，借鉴人类社会关系中的信任关系，建立服务能够安全地进行互操作的信任模型。

（4）身份认证：对云计算的用户采用静态密码、动态密码、证书等身份认证技术。

4.5其他安全

云计算应用与用户需求紧密结合，涉及到种类繁多，与应用相关的其他安全因应用不同而可能不同，但大体上包含以下几个方面：

（1）应用程序安全：部署在云计算中的各类提供服务的应用程序或系统可能存

在一定的安全隐患，此类安全问题在SaaS平台中可能广泛存在。

（2）安全API接口：包含API自身漏洞、超级API导致非法访问资源、以及警惕API上的第三方插件等。在PaaS和SaaS平台中都可能广泛存在此类安全隐患。（3）安全开发环境：在PaaS和SaaS平台，特别是PaaS平台，可能存在开发环境自身的安全漏洞，由开发环境暴露的虚拟机安全等导致。

5. 结语

随着网络的高速发展，网络数据流量的爆炸式上升，传统网络储存中心的成本直线上升，再加之对高速运算的需求，如今已经由以设备为主的时代过渡为以网络为主的时代，这给了以一系列相互关联且进行虚拟化的计算机组成云计算系统的产生和发展的必要条件。然而缺乏标准和技术不成熟给云计算发来了相当大的安全隐患，本文分别从从IaaS、SaaS和PaaS构架中讨论了云计算认证、数据、储存、应用、虚拟技术、访问、安全补丁和事后响应等方面的安全风险并提出了相应的解决方案，并分别从服务商和用户的角度对云框架安全责任进行了分析。具体工作如下：

1. 详细介绍了云计算的概念、发展和关键技术。

2. 从各个层次总结了云计算所面临的主流安全问题，并研究了相应的解决方案。

当前，信息安全技术已被美国等发达国家所垄断，全球真正有实力研发、提

供“云计算”，并对其制定安全策略的企业只有微软、IBM、亚马逊、雅虎、歌谷等少数IT巨头，我国在技术上缺乏主导权。为提升我国在此方面的影响力，本

文跟随导师课题，分别从IaaS、SaaS和PaaS三种模型和服务商、用户的角度，分析了云计算服务网络、数据和管理等方面的各种风险，并对传统的分布式计算和专门针对云威胁而产生的安全工具和策略做了总结，研发了一套动态加密认证系统，可有效的防治黑客窃取和破解用户证书信息。对于云专业研究者来说，本文对规划设计云应用系统的安全性和可靠性，保障云计算的可用性和稳定性，提高企业采用云计算框架时原有IT设施的利用率具有很大参考价值。

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