分布式入侵檢測系統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)

馮 安

【摘 要】首先提出了一個旨在提高分布式入侵檢測系統(tǒng)的擴(kuò)充性和適應(yīng)性的設(shè)計(jì)模型，然后分析本模型的特點(diǎn)，最后對模型的3個組成部分給出詳細(xì)的描述。

【關(guān)鍵詞】分布式入侵檢測系統(tǒng) 設(shè)計(jì)模型 擴(kuò)充性

一、分布式入侵檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

盡管一個大型分布式入侵檢測系統(tǒng)非常復(fù)雜，涉及各種算法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是如果仔細(xì)分析各種現(xiàn)存的入侵檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，可以抽象出下面一個簡單的基本模型。這個基本模型描述了入侵檢測系統(tǒng)的基本輪廓和功能。該模型基本結(jié)構(gòu)主要由3部分構(gòu)成：探測部分、分析部分和響應(yīng)部分。

探測部分相當(dāng)于一個傳感器，它的數(shù)據(jù)源是操作系統(tǒng)產(chǎn)生的審計(jì)文件或者是直接來自網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量。分析部分利用探測部分提供的信息，探測攻擊。探測攻擊時，使用的探測模型是異常探測和攻擊探測。響應(yīng)部分采取相應(yīng)的措施對攻擊源進(jìn)行處理，這里通常使用的技術(shù)是防火墻技術(shù)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

這個模型主要是入侵檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的具體化。主體框架仍然由3部分構(gòu)成：探測代理、系統(tǒng)控制決策中心、控制策略執(zhí)行代理。但是這3部分并不對應(yīng)于基本結(jié)構(gòu)中的3部分，因?yàn)檫@里探測代理和系統(tǒng)控制的分析功能。代理和系統(tǒng)控制決策中心采用標(biāo)準(zhǔn)的通信接口與系統(tǒng)控制決策中心通信，因此，它們的設(shè)計(jì)為系統(tǒng)的分布式部署和系統(tǒng)的擴(kuò)充性實(shí)現(xiàn)做了充分的考慮，同時使得各個代理的功能更加單一。功能的單一性帶來的好處是使得對某一種入侵行為的檢測趨于專業(yè)化。

三、模型的特點(diǎn)

1.分布性

從分布式入侵檢測系統(tǒng)的定義可知，只要系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)部分在系統(tǒng)的部署上是分布的，入侵檢測系統(tǒng)就可以認(rèn)為是分布式系統(tǒng)。本系統(tǒng)負(fù)責(zé)入侵行為檢測的代理是分布部署的，故整個系統(tǒng)具有分布性。

2.標(biāo)準(zhǔn)性

標(biāo)準(zhǔn)性從本系統(tǒng)的角度講，體現(xiàn)在2個部分上:代理的構(gòu)成和通信協(xié)議。每個代理都按照4個層次進(jìn)行設(shè)計(jì)。從上到下，分別是通信接口、報告產(chǎn)生器、分析模塊和采集模塊。通信協(xié)議采用一套嚴(yán)格定義的通信規(guī)則和數(shù)據(jù)格式，同時將系統(tǒng)所必需的通信行為進(jìn)行了規(guī)范的定義。

3.可擴(kuò)充性

本系統(tǒng)的各個部分采取標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，這樣系統(tǒng)各個部分的升級和新的代理部分的加入都變得相當(dāng)簡單。代理和系統(tǒng)控制決策中心有著標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)商協(xié)議，代理可以進(jìn)行動態(tài)注冊。

4.良好的系統(tǒng)降級性

當(dāng)系統(tǒng)某一個代理出現(xiàn)問題，不能完成自己的檢測任務(wù)時，網(wǎng)絡(luò)的檢測工作會受到有限的影響，但整個系統(tǒng)的檢測功能不會有明顯的下降。

5.載荷最小性

系統(tǒng)的每個組成部分功能都是單一的，而且相互之間相對獨(dú)立，部署的時候可以幾個部署到一臺主機(jī)上。代理和控制決策中心之間利用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通信，通信量較小;同時在傳遞數(shù)據(jù)時，代理只傳輸控制中心請求的數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)的傳輸量不大。

四、模型組成部分的功能描述

1.探測代理

探測代理主要的功能是從網(wǎng)絡(luò)捕獲原始數(shù)據(jù)，然后利用一定的探測模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將感興趣的數(shù)據(jù)按照一定的格式存入數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中。與系統(tǒng)控制中心通信協(xié)商，將系統(tǒng)控制決策中心請求的數(shù)據(jù)按照一定的傳輸格式傳送出去。

要完成上面的功能，探測代理需要4個層次的模塊共同協(xié)作才能完成。這4個模塊根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚍謩e為:采集模塊、分析模塊、報告產(chǎn)生器、通信接口。

采集模塊直接從網(wǎng)絡(luò)上捕獲原始數(shù)據(jù)。為了使得代理能夠?qū)Χ鄠€操作系統(tǒng)提供支持，這里的捕獲過程使用一個通用的數(shù)據(jù)包捕獲庫（libpcap庫），這個庫使用BSD的bpf思想。采集模塊向分析模塊提供格式化的數(shù)據(jù)包信息。

當(dāng)分析模塊收到格式化的數(shù)據(jù)包信息后，啟動相應(yīng)的入侵檢測模型過程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這里的入侵檢測模型有2種：一種是異常檢測模型，另一種是入侵檢測模型。

對于異常檢測模型，入侵檢測過程會根據(jù)代理功能的不同，進(jìn)行不同級別的檢查。我們的模型會進(jìn)行2個級別的檢查。一個是基于包頭的檢查，即對鏈路層包頭、IP層包頭、TCP層包頭進(jìn)行檢查分析，將異常存入數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。另外一個級別的檢查是基于報文內(nèi)容的檢查，入侵檢測過程將異常信息進(jìn)行記錄。這2個級別的探測分別被稱為系統(tǒng)級探測和應(yīng)用級探測。

對于入侵檢測模型，入侵檢測過程將格式化的信息與已知的攻擊模型的特征進(jìn)行比對。如果格式化信息與攻擊模式的特征完全一樣，則可以認(rèn)定是一種攻擊，將這種攻擊的信息一方面進(jìn)行存儲，一方面向系統(tǒng)控制決策中心進(jìn)行報告，請求控制決策中心對攻擊進(jìn)行處理。

報告產(chǎn)生器，是根據(jù)系統(tǒng)控制決策中心的請求，從數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中提取請求信息。這些信息構(gòu)成一張異?；蛘吖粢晥D，它是存儲信息的子集合。

2.系統(tǒng)控制決策中心

系統(tǒng)控制決策中心接收用戶請求，產(chǎn)生數(shù)據(jù)請求，然后將數(shù)據(jù)請求發(fā)送給特定的入侵檢測代理，等待接收響應(yīng)信息，最后將響應(yīng)信息加工成用戶視圖。如果用戶認(rèn)定某些行為屬于攻擊行為，就向探測策略執(zhí)行代理發(fā)出請求，阻止或者限制攻擊行為的進(jìn)一步發(fā)展。

用戶接口，給用戶提供操作界面。用戶通過這個界面完成系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)請求功能。用戶接口將用戶請求翻譯成系統(tǒng)請求，然后交給下層模塊進(jìn)行處理。

控制和管理，依據(jù)系統(tǒng)請求的類別，構(gòu)造協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸單元，然后遞交給下層協(xié)議通信接口，請求發(fā)送。

協(xié)議通信接口，識別代理發(fā)出的協(xié)議數(shù)據(jù)，對協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;同時將系統(tǒng)控制決策中心的用戶意圖發(fā)送給各個代理，完成管理和控制功能。

3.探測策略執(zhí)行代理

探測策略執(zhí)行代理的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)控制決策中心的要求對攻擊者的攻擊行為進(jìn)行控制，這里控制包括監(jiān)控、限制訪問權(quán)限、取消訪問權(quán)限等。探測策略執(zhí)行代理主要由2部分構(gòu)成:通信接口和控制執(zhí)行，但是還有一個小的配置模塊輔助它們完成各自的功能。

配置模塊幫助代理建立一個與控制系統(tǒng)無關(guān)的控制接口。因?yàn)槟壳白畛Ｓ玫木W(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是防火墻系統(tǒng)，大部分的防火墻系統(tǒng)都給出系統(tǒng)的命令接口?；谶@一點(diǎn)，我們在設(shè)計(jì)通用控制接口時，自己定義一組功能完備的控制功能集合，然后建立一種從代理系統(tǒng)功能集合向具體防火墻系統(tǒng)命令集合的映射。

探測策略執(zhí)行代理的通信接口，和前面幾個部分的通信模塊的功能是一樣的?？刂茍?zhí)行，是這種代理的核心部分。它根據(jù)通信接口送來的協(xié)議數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)控制和決策中心的意圖。然后根據(jù)代理配置時建立起來的控制系統(tǒng)映射關(guān)系，構(gòu)造與具體控制系統(tǒng)相關(guān)的控制規(guī)則。