“云”中的數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)

文/薛峰 張慶福 張劍

隨著云計算技術(shù)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)存儲在哪里？誰可以訪問？數(shù)據(jù)安全嗎？作者從云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心安全風(fēng)險分析著手，提出了四點(diǎn)安全建設(shè)思路，并根據(jù)云計算數(shù)據(jù)中心防護(hù)新需求，提出了一個可參考的安全防護(hù)部署基本模式。

伴隨云計算服務(wù)應(yīng)用的快速推廣，人們曾樂觀的認(rèn)為，今后計算機(jī)無須大容量硬盤。因?yàn)樗械膽?yīng)用和個人數(shù)據(jù)都將被存儲在遠(yuǎn)程服務(wù)器中，用戶只要很少的投入就可以得到按需分配的存儲資源。但是，隨著亞馬遜、Google和微軟等云計算服務(wù)安全事件的發(fā)生，加深了人們對云計算安全的擔(dān)憂。那么，構(gòu)筑以云計算技術(shù)為核心的新一代數(shù)據(jù)中心，在大量計算資源以動態(tài)、按需的服務(wù)方式供應(yīng)和部署的同時，如何進(jìn)行安全防護(hù)，使得存儲的海量數(shù)據(jù)和個人信息得以安全控制，是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者值得去思考和研究的。

風(fēng)險分析

從“云計算”的概念提出以來，關(guān)于其數(shù)據(jù)安全性的質(zhì)疑就一直不曾平息。這里的安全性主要包括兩個方面：一是用戶的信息不會被泄露，避免造成不必要的損失；二是在需要的時候能夠保證用戶準(zhǔn)確無誤地獲取這些信息?？偨Y(jié)起來，建立在云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心安全風(fēng)險存在于三個方面。

1. 數(shù)據(jù)傳輸安全風(fēng)險

通常，數(shù)據(jù)中心保存有大量的重要數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)往往是核心和私密的，如用戶、財務(wù)和關(guān)鍵業(yè)務(wù)等信息。在云計算環(huán)境下，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到云計算服務(wù)進(jìn)行處理時，面臨著幾個方面的問題：一是如何確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳遞過程中嚴(yán)格加密不被竊?。欢侨绾伪ＷC數(shù)據(jù)不被泄露出去；三是如何保證用戶經(jīng)過嚴(yán)格的權(quán)限認(rèn)證且合法訪問數(shù)據(jù)，并保證任何時候都能安全訪問自身數(shù)據(jù)。

2. 數(shù)據(jù)存儲安全風(fēng)險

數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲是非常重要的環(huán)節(jié)，包括數(shù)據(jù)的存儲位置、相互隔離和災(zāi)難恢復(fù)等。在云計算環(huán)境下，云計算服務(wù)提供者在高度整合的大容量存儲空間上，開辟出一部分存儲空間提供給用戶使用，但用戶并不清楚自己的數(shù)據(jù)被放置在哪臺服務(wù)器上，甚至根本不了解這臺服務(wù)器放置的位置，云計算服務(wù)提供者在存儲資源所在位置是否會存在信息安全等問題，能否確保用戶數(shù)據(jù)不被泄露。同時，在這種數(shù)據(jù)存儲資源共享的環(huán)境下，即使采用加密方式，云計算服務(wù)提供者是否能保證數(shù)據(jù)之間的有效隔離。另外，即使用戶了解數(shù)據(jù)存放服務(wù)器的準(zhǔn)確位置，也必須要求云計算服務(wù)提供者作出承諾，對所托管數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，以防止出現(xiàn)重大事故時數(shù)據(jù)無法得到恢復(fù)。

3. 數(shù)據(jù)審計安全風(fēng)險

用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)管理時，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，往往會引入第三方的認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行審計或認(rèn)證。但在云計算環(huán)境下，云計算提供者如何確保不給其用戶數(shù)據(jù)計算帶來風(fēng)險的同時，又能提供必要的信息支持，以便協(xié)助第三方機(jī)構(gòu)對數(shù)據(jù)的產(chǎn)生進(jìn)行安全性和準(zhǔn)確性審計，實(shí)現(xiàn)用戶的合規(guī)性要求。另外，用戶在對云計算服務(wù)提供者的可持續(xù)性發(fā)展進(jìn)行認(rèn)證的過程中，如何確保云計算服務(wù)提供者既能提供有效的數(shù)據(jù)，又不損害其他已有用戶的利益，使得本身能夠選擇一家可以長期存在的、有技術(shù)實(shí)力的云計算服務(wù)商進(jìn)行業(yè)務(wù)交付，也是安全方面的潛在風(fēng)險。

防護(hù)思路

現(xiàn)實(shí)中的云計算服務(wù)具有不同的安全風(fēng)險特征與安全控制職責(zé)和范圍。因此，需要從安全控制的角度建立云計算的參考模型，描述不同屬性組合的云服務(wù)架構(gòu),并實(shí)現(xiàn)云服務(wù)架構(gòu)到安全架構(gòu)之間的映射,為風(fēng)險識別、安全控制和決策提供依據(jù)。云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)必須針對不同的云安全模式，考慮具體解決方案，但應(yīng)該遵循以下四個方面的建設(shè)思路。

圖1 以虛擬化為基數(shù)支撐的安全防護(hù)體系

1. 應(yīng)該建設(shè)高性能，高可靠的網(wǎng)絡(luò)安全一體化防護(hù)體系

為應(yīng)對云計算環(huán)境下的流量模型變化，新一代數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)部署需要朝著高性能的方向調(diào)整。在云計算技術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，多條高速鏈路匯聚成的大流量已經(jīng)比較普遍，在這種情況下，安全設(shè)備必然要具備對高密度的10GE，甚至100GE接口的處理能力。無論是獨(dú)立的機(jī)架式安全設(shè)備，還是配合數(shù)據(jù)中心高端交換機(jī)的各種安全業(yè)務(wù)引擎，都可以根據(jù)用戶的云規(guī)模和建設(shè)思路進(jìn)行合理配置。同時，考慮到云計算環(huán)境的業(yè)務(wù)永續(xù)性，設(shè)備的部署必須考慮到高可靠的支持。如雙機(jī)熱備、配置同步、電源風(fēng)扇的冗余、鏈路捆綁聚合和硬件BYPASS等特性，真正實(shí)現(xiàn)大流量匯聚情況下的基礎(chǔ)安全防護(hù)。

2. 應(yīng)該建設(shè)以虛擬化為技術(shù)支撐的安全防護(hù)體系

目前，虛擬化已經(jīng)成為云計算服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)手段，包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、存儲資源、計算資源及應(yīng)用資源都已經(jīng)在支持虛擬化方面向前邁進(jìn)了一大步。只有基于這種虛擬化技術(shù)，才可能根據(jù)不同用戶的需求，提供個性化的存儲計算及應(yīng)用資源的合理分配，并利用虛擬化實(shí)例間的邏輯隔離，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的數(shù)據(jù)安全。安全無論是作為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，還是基于安全即服務(wù)的理念，都需要支持虛擬化，這樣才能實(shí)現(xiàn)端到端的虛擬化計算。典型的如圖1所示。

從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的角度（如狀態(tài)防火墻的安全隔離和訪問控制）看，需要考慮支持虛擬化的防火墻，不同用戶可以基于VLAN AN等映射到不同的虛擬化實(shí)例中，每個虛擬化實(shí)例具備獨(dú)立的安全控制策略及獨(dú)立的管理職能。從安全服務(wù)的角度，云計算服務(wù)提供者聯(lián)合內(nèi)容安全提供者，提供類似防病毒和反垃圾郵件等服務(wù)，同時也必須考慮配合VMware等中間件實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)層面的虛擬化實(shí)例。同一服務(wù)器運(yùn)行多個相互獨(dú)立的操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，每個用戶的保密數(shù)據(jù)在運(yùn)行防病毒和反垃圾郵件檢查的時候，數(shù)據(jù)不被其他虛擬化系統(tǒng)引擎所訪問，只有這樣才能保證用戶數(shù)據(jù)的安全。

3. 應(yīng)該以集中的安全服務(wù)中心應(yīng)對無邊界的安全防護(hù)

和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)建設(shè)強(qiáng)調(diào)邊界防護(hù)不同，存儲計算等資源的高度整合，使得不同的用戶在申請云計算服務(wù)時，只能實(shí)現(xiàn)基于邏輯的劃分隔離，不在物理上的安全邊界。在這種情況下，已經(jīng)不可能基于每個或每個類型用戶進(jìn)行流量的匯聚并部署獨(dú)立的安全系統(tǒng)。因此安全服務(wù)部署應(yīng)該從原來的基于各子系統(tǒng)的安全防護(hù)，轉(zhuǎn)移到基于整個云計算網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)，建設(shè)集中的安全服務(wù)中心，以適應(yīng)這種邏輯隔離的物理模型。如圖2集中云安全服務(wù)中心部署示意圖所示，云管理員可以將需要進(jìn)行安全服務(wù)的用戶流量，通過合理的技術(shù)手段引入安全服務(wù)中心，完成安全服務(wù)后再返回到原有的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。這種集中的安全服務(wù)中心，既可以實(shí)現(xiàn)用戶安全服務(wù)的單獨(dú)配置提供，又能有效地節(jié)約建設(shè)投資，考慮在一定收斂比的基礎(chǔ)上提供安全服務(wù)能力。

4. 應(yīng)該充分利用云安全模式加強(qiáng)云端和客戶端的關(guān)聯(lián)耦合

在安全建設(shè)中，充分利用云端的超強(qiáng)計算能力實(shí)現(xiàn)云模式的安全檢測和防護(hù)，是后續(xù)的一個重要方向。與傳統(tǒng)的安全防護(hù)模型相比，新的云安全模型除了要求掛在云端的海量本地用戶端具備基礎(chǔ)的威脅檢測和防護(hù)功能外，更強(qiáng)調(diào)其對未知安全威脅或可疑安全威脅的傳感檢測能力。任何一個用戶端對于本地不能識別的可疑流量都要第一時間送到后臺的云檢測中心。利用云端的檢測計算能力快速定位解析安全威脅，并將安全威脅的協(xié)議特征推送到全部用戶端或安全網(wǎng)關(guān)，從而使得整個云中的客戶端和安全網(wǎng)關(guān)都具備對這種未知威脅的檢測能力，用戶端和云端的耦合進(jìn)一步得到加強(qiáng)。基于該模式建立的安全防護(hù)體系將真正實(shí)現(xiàn)PDRP（防護(hù)Protection，檢測Dtection，響應(yīng)Reaction，還原Restore）的安全閉環(huán)，這也是云檢測模式的精髓所在。

防護(hù)部署基本模式

1. 防護(hù)需求

云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心，其最大需求是實(shí)現(xiàn)計算、存儲等IT資源靈活調(diào)度，讓資源得到最充分利用。而實(shí)現(xiàn)這一需求的基礎(chǔ)，是以數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)作為主要的計算資源為客戶提供服務(wù)。在這種模式下，數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)部署建設(shè)必須滿足三個防護(hù)新需求：

圖2 集中的云安全服務(wù)中心部署示意圖

圖3 云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)部署模型

第一是高性能的需求。較傳統(tǒng)方式而言，云計算環(huán)境下從外部到內(nèi)部的縱向流量加大，內(nèi)部虛擬機(jī)之間的橫向流量加大，整個云計算數(shù)據(jù)中心必須具有高的吞吐能力和處理能力，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制的各個節(jié)點(diǎn)上不能存在阻塞。同時具備突發(fā)流量的承受能力。因此，安全設(shè)備接入數(shù)據(jù)中心，必須以萬兆級接入、萬兆級性能處理為基礎(chǔ)，并且要具備根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活擴(kuò)展的能力。同時，考慮云計算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)流量無序突發(fā)沖擊性較大，安全設(shè)備必須具備突發(fā)流量時的處理能力。

第二是虛擬化要求。虛擬化是云計算數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重要趨勢，對應(yīng)的云計算數(shù)據(jù)中心的防火墻、負(fù)載均衡等安全控制設(shè)備也必須支持虛擬化能力，像計算和存儲、網(wǎng)絡(luò)一樣能按需提供服務(wù)。

第三是VM之間安全防護(hù)要求。虛擬機(jī)環(huán)境下，同臺物理服務(wù)器虛擬成多臺VM以后，VM之間的流量交換基于服務(wù)器內(nèi)部的虛擬交換，對于該部分流量既不可控也不可見。但實(shí)際上根據(jù)需要，可將不同的VM劃分到不同的安全域進(jìn)行隔離和訪問控制?？赏ㄟ^EVB協(xié)議(如VEPA協(xié)議)將虛擬機(jī)內(nèi)部不同VM之間的網(wǎng)絡(luò)流量全部交由與服務(wù)器相連的物理交換機(jī)進(jìn)行處理。

云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)部署，僅僅是云基礎(chǔ)架構(gòu)中基本的建設(shè)環(huán)節(jié)，要保證云計算中心的安全，還要考慮數(shù)據(jù)加密、備份，信息的認(rèn)證授權(quán)訪問，以及法律、法規(guī)合規(guī)性要求。只有全面地進(jìn)行規(guī)劃，才能建立全面、完善的云數(shù)據(jù)中心安全綜合防御體系。

2. 基本模式

傳統(tǒng)安全防護(hù)很重要的一個原則就是基于邊界的安全隔離和訪問控制，并且強(qiáng)調(diào)針對不同的安全區(qū)域設(shè)置有差異化的安全防護(hù)策略，這在很大程度上依賴各區(qū)域之間明顯清晰的區(qū)域邊界。較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心而言，云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)建設(shè)無明顯差別，同樣需要分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化部署。業(yè)務(wù)部署基本模式如圖3所示。

在這種模式下，云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心安防設(shè)備一般采用旁掛核心或者匯聚交換機(jī)的部署方式。通過虛擬化實(shí)現(xiàn)核心、匯聚、安防設(shè)備和業(yè)務(wù)云分區(qū)、分級防護(hù)，充分利用交換機(jī)和防火墻上的功能，通過虛擬防護(hù)墻、云計算數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器/虛擬機(jī)的網(wǎng)關(guān)等設(shè)置，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的管理權(quán)限，最終滿足業(yè)務(wù)分級防護(hù)和用戶訪問需求防護(hù)。同時，通過將安全服務(wù)引入集中云安全服務(wù)中心，進(jìn)而全方位避免數(shù)據(jù)中心傳輸、存儲和審計的安全風(fēng)險存在。

另外，從數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)安全和業(yè)務(wù)訪問應(yīng)用的角度分析，實(shí)際部署時可將業(yè)務(wù)分為高級別、中級別和低級別，然后將服務(wù)器的網(wǎng)關(guān)設(shè)在不同的設(shè)備上。從業(yè)務(wù)訪問的模式來看，可分為縱向訪問和橫向訪問，其中縱向訪問是指同一種應(yīng)用在不同區(qū)的訪問（如同一種低級別應(yīng)用的Web-AP-DB訪問），橫向訪問是指同一級別中不同應(yīng)用之間的訪問（如低級別1訪問低級別2）。一般，不同級別之間不允許訪問。具體做法如下：

低級別應(yīng)用服務(wù)器：網(wǎng)關(guān)設(shè)置在匯聚交換機(jī)上，縱向和橫向訪問通過交換機(jī)ACL來控制；

中級別應(yīng)用服務(wù)器：網(wǎng)關(guān)設(shè)置在匯聚交換機(jī)上，縱向訪問通過防火墻控制，橫向訪問通過交換機(jī)ACL控制；

高級別應(yīng)用服務(wù)器：網(wǎng)關(guān)設(shè)置在匯聚交換機(jī)上，縱向和橫向訪問均需要通過防火墻控制。

盡管基于云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心安全建設(shè)思路和模式還需要繼續(xù)實(shí)踐和探索，但是將安全內(nèi)嵌到云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心的虛擬基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，并通過安全服務(wù)的方式進(jìn)行交互，不僅可以增強(qiáng)云計算中心的安全防護(hù)能力和安全服務(wù)的可視化，還可以根據(jù)風(fēng)險預(yù)警進(jìn)行實(shí)時的策略控制，這將使得云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心的服務(wù)更加安全可靠。