云安全三大趋势：纵深防御、软件定义安全、设备虚拟化

摘要：传统IT架构发展到云架构的今天，传统信息安全的分散割据化、对应用的封闭化、硬件盒子化已不再适合新一代应用的需求。未来信息安全与应用的跨界融合是主流方向，而这种融合又催生了信息安全三个维度的发展方向。

本文从当今信息安全产业割据化、封闭化、硬件化的三个特点入手，结合典型云平台架构分析了信息安全和云平台之间日趋严重的鸿沟，并提出了对应的解决思路，即信息安全的三个发展趋势：信息安全自身发展的纵深防御（Defense in Depth）、由应用与信息安全二者融合驱动的软件定义信息安全（Software Defined Infomation Security）、由虚拟化技术和信息安全二者结合驱动的安全设备虚拟化（Security Device Virtualization），这三者结合后形成了一套更安全、敏捷、经济的云平台安全体系。

一、传统信息安全和云计算的兴起。

在传统的信息安全时代主要采用隔离作为安全的手段，具体分为物理隔离、内外网隔离、加密隔离，实践证明这种隔离手段针对传统IT架构能起到有效的防护。同时这种隔离为主的安全体系催生了一批以硬件销售为主的安全公司，例如各种FireWall（防火墙）、IDS/IPS （入侵检测系统/入侵防御系统）、WAF(Web应用防火墙)、UTM(统一威胁管理)、SSL网关、加密机等。在这种隔离思想下，并不需要应用提供商参与较多信息安全工作，在典型场景下是由总集成商负责应用和信息安全之间的集成，而这导致了长久以来信息安全和应用相对独立的发展，尤其在国内这两个领域的圈子交集并不大。结果，传统信息安全表现出分散割据化、对应用的封闭化、硬件盒子化的三个特征。

但随着云计算的兴起，这种隔离为主体思想的传统信息安全在新的IT架构中已经日益难以应对了。在NIST(美国国家标准技术研究所)的规范中云计算被分为三层，SaaS解决了应用软件的即买即开即用，IaaS解决了承载应用所需计算资源的动态变化，而PaaS解决应用在全生命周期变化所带来的问题。本文重点分析更为基础的IaaS和PaaS。

二、公有云场景下隔离原则失效，纵深防御是必然趋势。

公有云的典型场景是多租户共享，但和传统IT架构相比，原来的可信边界彻底被打破了，威胁可能直接来自于相邻租户。当然聪明的人们在小心翼翼的设计，防止虚机逃逸、防止租户间网络监听、防止每个单点功能上的漏洞，但是例外情况总是会有的。

在典型开源IaaS平台-OpenStack应用场景中，很多租户通过Hypervisor(虚拟机监视器)共享同一个物理操作系统的计算资源，在一张共享的二层网络上实现网络的区隔。以OpenStack的G版本为例，攻击者一旦通过某0day漏洞实现虚拟逃逸到宿主机（即OpenStack中的Nova节点），攻击者就可以读取这台宿主机上所有虚拟机的内存，从而可以控制这台宿主机上的所有虚拟机。同时更致命的是，整个OpenStack节点间通讯的API

默认都是可信的，因此可以从这台宿主机与集群消息队列交互，进而集群消息队列会被攻击者控制，最终一举端掉整个OpenStack集群。

接着说PaaS，主流PaaS普遍采用进程隔离的container技术(例如Linux内核中的lxc)，这种技术的安全成熟度还不如Hypervisor，攻击原理同上述OpenStack，这里暂不展开。从功能上，主流PaaS一般针对应用的源代码管理、持续集成、部署、运维做自动化处理，而从安全角度看这意味着可信边界的弱化，比如说一旦持续集成这个节点被攻击者控制，后续的部署、生产环境运维都会直接暴露给攻击者。因此，云的快速和自动化在这里是一把双刃剑，如果存在漏洞，危害的发生同样很快。

再说大数据，安全圈有种说法，“大数据时代最先受益的是骇客”。以前还要逐个攻破，现在数据集中了，直接可以一锅端了。集中化的大量数据，带着N个副本存储在不同的IDC，在大量的分布式节点上计算着，数据的所有者如何确保自己的数据是安全的？大数据加上公有云，如果缺乏有效的安全防护，将会成为骇客们的盛宴。

因此从信息安全自身发展来看，纵深防御(Defense in Depth，以下简称DiD)是经典信息安全防御体系在新IT架构变革下的必然发展趋势。原有的可信边界日益削弱、攻击平面也在增多，过去的单层防御(Single Layer Defense)已经难以维系，而纵深防御体系能大大增强信息安全的防护能力。纵深防御两个主要特性是【观点来自@phreaker】：

1. 多点联动防御。在过去的安全体系，每个安全节点各自为战，没有实质性的联动。而如果这些安全环节能协同作战、互补不足，则会带来更好的防御效果。例如FireWall、IDS/IPS、WAF、UTM、SIEM(安全信息和事件管理)等之间的有机联动，可以更加准确的锁定入侵者。

2. 入侵容忍技术（Intrusion Tolerance Technology）。以OpenStack为例，我们假设虚拟逃逸是存在的。因此我们的设计原则是：即使攻击者控制了某台Nova节点，我们会通过安全设计手段避免攻击者进一步攻击OpenStack消息队列，或攻击这台Nova的其他虚机。

现状信息安全产业，普遍是单层防御，而非纵深防御，其中一个原因由于安全厂商的分散割据化造成的，例如FireWall、IDS/IPS、WAF、UTM、SIEM、PKI(公钥基础设施)、SSL网关、代码审计、终端安全、加密机等不同厂商，同时这种安全厂商的分散割据化现状也会阻碍纵深防御的进一步发展。如何把分散割据的各安全厂商的能力有效整合形成联动，是需要我们深思的，也许接下来要探讨的软件定义信息安全会是一个手段。

三、安全设备的封闭化阻碍了安全发展，未来安全设备的开放化是趋势。

在过去的许多年，传统安全厂商呈现了封闭化特征。虽然设计了大量安全软件，例如FirwWall 中的规则实现、IDS中的业务逻辑，但这些软件并不是为用户设计的，而是被安全厂商写死

在安全硬件设备中、作为软硬件捆绑的一体化对外服务。这样导致了用户无法灵活的利用安全软件来结合自己的业务场景做深入结合，例如针对特定应用场景下的流量清洗。同时传统安全厂商的这种封闭性，也阻碍了各个安全设备之间联动整合，进而难以形成联动防御。

封闭化的安全设备，从某种意义上维护了传统安全厂商的利益，但是却损害了用户的利益。而从用户的角度来看，未来安全设备的开放化、可编程化很可能是个趋势，软件定义信息安全（Software Defined Infomation Security，以下简称SDIS）这个概念正是为用户的这种诉求而生。SDIS强调安全硬件设备的可编程化，这样使得用户可以灵活的把安全硬件设备和应用场景化、深入结合、联动防御。所谓Software Defined，不仅是应用软件与安全设备的API级互动，更重要的是各安全设备之间、或纵深防御大脑系统与安全设备之间的API 级联动，这样才能有效的构建纵深防御。从这一点上，也可以说SDIS为构建纵深防御体系提供了可能。而从应用软件威胁的角度看，新的攻击方式是更加高级、上层的方式。例如针对某电商网站高价值商品的恶意下单攻击，具体做法是网站一搞促销，攻击者就用注册好的账号抢光高价值商品、但却延迟支付，对付这种攻击方式的一种解决思路就是让应用软件的恶意下单检测模块与FireWall互动。

Software Defined的精髓在于打破了安全设备的生态封闭性，在尽量实现最小开放原则的同时，使得安全设备之间或安全设备与应用软件有效地互动以提升整体安全性，而非简单理解为增加了安全设备的风险敞口。事实上在传统安全设备的封闭生态下，如果违反了最小开放原则或存在其他缺陷，即使是一个不开放API的安全设备盒子也同样有可能存在漏洞。而SDIS恰恰是为了提升系统的整体安全性，而对个体安全设备做了必要的API开放。

SDIS不是一个具体的技术（相比较而言，SSL网关、WAF、加密机是具体的技术），SDIS 是一种应用信息安全的设计理念，是一种架构思想，这种思想可以落地为具体的架构设计。基于SDIS的设计理念，用户的意志最重要，传统安全设备厂商按照约定的SDIS规范（SDIS 规范由甲方联盟主导制定）提供细分领域的专业安全设备，同时市场上也会出现一些符合SDIS规范的白牌安全设备，用户通过API级的互动，深度整合这些安全设备形成一个有机的整体，提升了整体安全性。举个例子，实时采集环境中所有安全设备的日志，经过一个智能的大脑系统分析（例如Splunk），是可以得出更有意义的结论，进而反馈给相关的安全设备。对用户的另外一个好处是，如果SDIS驱使安全设备开放了标准接口，进而会培养一批市场上的垂直领域的专业安全服务商、或白牌安全设备厂商，那么传统安全设备厂家再也不能大包大揽了，用户从此不再被安全设备厂家绑架。

如果对比流行的网络技术-SDN(软件定义网络)，SDIS技术架构也许会有如下模块：SDIS 南向接口（安全设备与大脑系统的API）、信息安全大脑系统（类似SDN的Controller）、SDIS北向接口（用户与大脑系统的接口或界面）。再从软件定义信息安全SDIS的概念命名来看，软件二字既可以是应用软件，也可以是纵深防御的大脑系统。