一種基于安全域的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)安全性評(píng)估方法

羅 俊

(衛(wèi)士通信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司,四川成都610041)

一種基于安全域的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)安全性評(píng)估方法

羅 俊

(衛(wèi)士通信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司,四川成都610041)

針對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全問題,提出了一種基于安全域的安全性評(píng)估方法。首先,基于安全域的劃分原則將網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)按照其所維護(hù)的數(shù)據(jù)類型和所承擔(dān)的業(yè)務(wù)功能類別劃分為六個(gè)安全域,并以電信運(yùn)營商MBOSS系統(tǒng)為例進(jìn)行了基于六大安全域的劃分。然后,介紹了層次分析法AHP的基本數(shù)學(xué)原理,建立了電信運(yùn)營商MBOSS系統(tǒng)的多級(jí)層次化結(jié)構(gòu)模型。最后,討論了基于該模型采用AHP方法對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行安全性評(píng)估的過程。

安全域 安全評(píng)估 層次分析法

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜系統(tǒng)和開放系統(tǒng),隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異的發(fā)展,基于信息系統(tǒng)的各種用戶業(yè)務(wù)也獲得了長足的進(jìn)步,如何在保障用戶業(yè)務(wù)的前提下保證網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全性是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)[1-2]。面對(duì)一個(gè)開放的規(guī)模龐大的復(fù)雜信息系統(tǒng),逐項(xiàng)確定單項(xiàng)信息資產(chǎn)的保護(hù)方法,是件工作量巨大的工作,難免由于人為的疏忽或錯(cuò)誤導(dǎo)致出現(xiàn)安全漏洞。而從另外一個(gè)角度考慮,將整個(gè)系統(tǒng)劃入同一個(gè)安全等級(jí)來防護(hù),又容易造成防范層次和防范重點(diǎn)的缺失,對(duì)內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)的控制能力不夠。為了實(shí)現(xiàn)多層次多領(lǐng)域的立體保護(hù),較好的處理方式是劃分安全域,基于統(tǒng)一的資產(chǎn)劃分規(guī)則,將各種不同的信息資產(chǎn)歸入不同的安全域中,每個(gè)安全域內(nèi)部都有著基本相同的安全特性,比如具備的安全級(jí)別,面臨的安全威脅,存在的安全弱點(diǎn),所處的安全運(yùn)行環(huán)境,隱藏的安全風(fēng)險(xiǎn)等。對(duì)于屬于同一個(gè)安全域內(nèi)的信息資產(chǎn),可以按照大致相同的標(biāo)準(zhǔn)和維度來對(duì)各種組成成分進(jìn)行安全性的分析與評(píng)估,掌握該安全域進(jìn)而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全狀況。在準(zhǔn)確掌握各安全域和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)整體安全狀況的基礎(chǔ)上,確定各安全域以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全保護(hù)等級(jí)和防護(hù)手段,實(shí)現(xiàn)域內(nèi)一體化、域間差別化、多層次多樣化的信息系統(tǒng)安全保護(hù)[3]。

安全域是由一組具有相同的安全保護(hù)需求、相互信任且存在一定的協(xié)作關(guān)系的設(shè)備和軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成的邏輯區(qū)域,屬于同一安全域的軟硬件系統(tǒng)和設(shè)備共享相同的安全策略。進(jìn)行安全域劃分的目的是把一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜開放系統(tǒng)的粗粒度的安全問題,分解為更小區(qū)域的較細(xì)粒度的安全保護(hù)問題,進(jìn)行層次化、差異化、有重點(diǎn)有步驟的分析、評(píng)估和保護(hù),基于安全域的方法是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜開發(fā)信息系統(tǒng)安全評(píng)估和保護(hù)的有效方法。

1 安全域劃分

安全域是指位于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的,具有相同業(yè)務(wù)功能要求、安全保護(hù)要求和安全策略配置的,相互信任并相互協(xié)作的信息系統(tǒng)多個(gè)要素的集合,是包括網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)、設(shè)備和模塊、軟件與硬件、物理環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境、安全策略和業(yè)務(wù)流程等諸多因素在內(nèi)的邏輯共同體。綜合業(yè)務(wù)、安全、管理等多個(gè)維度,安全域劃分所遵循的基本原則如下:

1)業(yè)務(wù)保障原則:安全域劃分的最根本目的是能夠更好地保障所承載的業(yè)務(wù),即可用性,必須在保障業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行和運(yùn)行效率的前提下考慮適當(dāng)?shù)陌踩Ｗo(hù)手段。安全只是手段,安全措施的實(shí)施不能以犧牲業(yè)務(wù)效用為代價(jià)。

2)結(jié)構(gòu)簡化原則:簡單高效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅便于業(yè)務(wù)的開展,也便于防護(hù)體系的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)可管理性和可操作性的角度考量,安全域的劃分并不是粒度越細(xì)越好,劃分過多過雜的安全域可能導(dǎo)致安全管理的復(fù)雜度和難度過高。

3)等級(jí)保護(hù)原則:安全域的劃分要和等級(jí)保護(hù)結(jié)合起來,做到縱向和橫向保護(hù)相結(jié)合。要做到同一個(gè)安全域內(nèi)的信息資產(chǎn)價(jià)值相近,具有相同或相近的安全等級(jí)、運(yùn)行在相似的安全環(huán)境下、配置大致相同的安全策略和采用類似的防護(hù)手段等。

4)立體協(xié)防原則:安全域的主要保護(hù)對(duì)象是網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng),圍繞安全域的防護(hù)需要考慮各個(gè)層次和類別的安全防護(hù),包括物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層全七層網(wǎng)絡(luò)模型相對(duì)應(yīng)部分,包括物理鏈路、網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、外設(shè)和接口等系統(tǒng)元素,包括客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)組件;需要綜合運(yùn)用身份鑒別與授權(quán)、訪問控制、日志審計(jì)、鏈路冗余、傳輸加密、內(nèi)容合法性檢測(cè)等各種安全功能實(shí)現(xiàn)立體多功能協(xié)防。

5)生命周期原則:對(duì)于安全域的劃分,要考慮網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)所固有的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn),任何安全域的劃分都不是一成不變的,要充分考慮到變化因素,對(duì)安全域的劃分實(shí)行全生命周期管理,實(shí)時(shí)更新。

隨著安全域方法的發(fā)展,力圖用一種大一統(tǒng)的方法和結(jié)構(gòu)去描述一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)開放環(huán)境是非常困難的,可操作性和可控制性都存在問題。為了規(guī)避以上問題,文中采用同構(gòu)性簡化的方法來描述復(fù)雜開放的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)并劃分相應(yīng)的安全域,其基本思路是認(rèn)為一個(gè)復(fù)雜的開放網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是由一些相通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)元素所組成,這些網(wǎng)元通過相互連接構(gòu)造出一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

具體來說,可以將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按照其所維護(hù)的數(shù)據(jù)類型和所承擔(dān)的業(yè)務(wù)功能類別劃分為安全互聯(lián)域、安全接入域、安全服務(wù)域、安全計(jì)算域、安全用戶域和安全管理域六類,在此基礎(chǔ)上確定不同安全域的安全評(píng)估準(zhǔn)則以及安全保護(hù)等級(jí)。同一安全區(qū)域內(nèi)的信息資產(chǎn)實(shí)施統(tǒng)一的評(píng)估準(zhǔn)則以及安全保護(hù),如風(fēng)險(xiǎn)要素與權(quán)重、安全策略、信息流控制機(jī)制等。

(1)安全互聯(lián)域

支撐整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?是安全域的承載子域,其主要功能就是保障整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接(內(nèi)、外網(wǎng))的暢通。涵蓋交換機(jī)、路由器、MPLS VPN等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和IPSEC VPN等安全設(shè)備,防護(hù)重點(diǎn)是保障網(wǎng)絡(luò)性能和進(jìn)行各子域的安全隔離與邊界防護(hù)。

(2)安全接入域

為系統(tǒng)提供接入認(rèn)證和訪問控制,是安全域的控制子域,包括用于遠(yuǎn)程訪問的SSL VPN、Radius認(rèn)證服務(wù)器等身份認(rèn)證設(shè)備和防火墻等訪問控制設(shè)備。其防護(hù)重點(diǎn)是保障合法用戶的安全接入和不同授權(quán)實(shí)體的行為合規(guī)。

(3)安全服務(wù)域

為系統(tǒng)的所有合法用戶提供統(tǒng)一門戶的各類常用網(wǎng)絡(luò)服務(wù),是安全域的公共子域。包括統(tǒng)一的門戶網(wǎng)站(WEB服務(wù)器)、文件服務(wù)器(FTP)、補(bǔ)丁服務(wù)器、郵件服務(wù)器等。其防護(hù)重點(diǎn)是保障各類公共服務(wù)器的正常運(yùn)行,對(duì)各類合法用戶提供可靠和可信的應(yīng)用服務(wù),努力避免各種惡意行為的入侵,如防病毒攻擊、防木馬、防黑客篡改等。

(4)安全計(jì)算域

系統(tǒng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵區(qū)域,包括核心業(yè)務(wù)主機(jī)、數(shù)據(jù)庫、存儲(chǔ)系統(tǒng)等,是安全域的核心子域。防護(hù)重點(diǎn)是避免各種惡意行為的入侵,如防病毒攻擊、防木馬、防黑客篡改等,同時(shí)要保障數(shù)據(jù)安全,做好災(zāi)備和冗錯(cuò)等措施,防止數(shù)據(jù)丟失。

(5)安全用戶域

涵蓋需要訪問安全服務(wù)域和安全計(jì)算域的各類客戶端和用戶終端,是安全域的風(fēng)險(xiǎn)子域。防護(hù)重點(diǎn)是努力保障用戶使用環(huán)境的安全性(客戶端和終端的安全性),同時(shí)加強(qiáng)認(rèn)證和審計(jì),限制權(quán)限,嚴(yán)格遵守配置標(biāo)準(zhǔn),保證用戶各種行為的合規(guī)性。

(6)安全管理域

包含網(wǎng)絡(luò)管理、安全運(yùn)維、配置管理、4A(認(rèn)證-Authentication、計(jì)費(fèi)-Account、授權(quán)-Authorization、審計(jì)-Audit)等系統(tǒng)管理范疇的設(shè)備及軟件系統(tǒng),是安全域的管理子域。其防護(hù)重點(diǎn)是同時(shí)加強(qiáng)認(rèn)證和審計(jì),限制權(quán)限,嚴(yán)格遵守配置標(biāo)準(zhǔn),保證各級(jí)各類管理員行為的合規(guī)性,同時(shí)努力避免各種惡意行為的入侵。

安全域的劃分使網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)更為清晰,將具有相同安全防護(hù)要求的信息資產(chǎn)置于同一個(gè)安全域中,同一安全域內(nèi)部署相同等級(jí)和類別的安全防護(hù)策略,不同的安全域內(nèi)部署不同等級(jí)和類別的差異化安全防護(hù)策略,從而達(dá)到安全投資效益最大化。

以某運(yùn)營商的MBOSS系統(tǒng)為例,通過對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)流和控制流分析、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和部署分析,結(jié)合考慮現(xiàn)有的安全隱患,從資產(chǎn)價(jià)值、脆弱性、安全威脅三者間的關(guān)系出發(fā),可以得出整體的安全防護(hù)體系和各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)自身的局部安全防護(hù)體系。

基于安全域劃分的幾大原則,該運(yùn)營商的業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)(BSS)、企業(yè)信息系統(tǒng)(MSS)和網(wǎng)管系統(tǒng)(OSS)被分別劃入不同的安全域,再根據(jù)每個(gè)安全域內(nèi)部的特定安全需求進(jìn)一步劃分安全子域,包括:核心交換區(qū)、核心生產(chǎn)區(qū)、日常辦公區(qū)、管理服務(wù)區(qū)、接口區(qū)、內(nèi)部系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)區(qū)、外部系統(tǒng)互聯(lián)區(qū)。如圖1所示。

圖1 運(yùn)營商MBOSS系統(tǒng)安全域劃分Fig.1 Security domains of MBOSS system

2 采用AHP方法評(píng)估安全性

層次分析法(AHP,The Analytic Hierarchy Process)[4-6]是由美國運(yùn)籌學(xué)家薩第(T.L.Saaty)教授于本世紀(jì)70年代提出的一種無結(jié)構(gòu)的多準(zhǔn)則決策方法,主要應(yīng)用在不確定情況下及具有多個(gè)評(píng)估準(zhǔn)則的決策問題上。它將定性分析和定量分析相結(jié)合,通過思維過程的層次化和數(shù)量化,達(dá)到分析復(fù)雜問題的目的。層次分析法首先將決策的問題看作受多種因素影響的大系統(tǒng),這些相互關(guān)聯(lián)、相互制約的因素可以按照它們之間的隸屬關(guān)系排成從高到低的若干層次,叫做構(gòu)造階梯式層次結(jié)構(gòu)。然后對(duì)各因素兩兩比較重要性,再利用數(shù)學(xué)方法,對(duì)各因素層層排序,最后對(duì)排序結(jié)果進(jìn)行分析,輔助進(jìn)行決策。在確定各層次各因素之間的權(quán)重時(shí)采用因素比較法,不采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)把所有因素放在一起比較,而是兩兩相互比較;采用相對(duì)比較尺度來表征兩個(gè)因素之間比較的權(quán)重,盡可能減少性質(zhì)不同的諸因素相互比較的難度,提高比較結(jié)果的準(zhǔn)確度。

因素比較法的最終目的是要統(tǒng)一衡量某一層n個(gè)因素對(duì)上一層某個(gè)因素的影響。具體的方法是:每次取兩個(gè)因素Fi和Fj,比較其對(duì)目標(biāo)因素E的影響,比較結(jié)果用rij表示,全部比較的結(jié)果用判斷矩陣表示,即:

將這個(gè)判斷矩陣作為計(jì)算目標(biāo)因素E的判斷矩陣,然后計(jì)算判斷矩陣的最大特征值和它的特征向量,經(jīng)歸一化后即可計(jì)算出下層因素相對(duì)于目標(biāo)因素E的權(quán)重系數(shù)。權(quán)重向量的計(jì)算常采用行向量平均值標(biāo)準(zhǔn)化法:

為了保證應(yīng)用層次分析法得到的結(jié)論合理,還需要對(duì)構(gòu)造的判斷矩陣進(jìn)行一致性驗(yàn)證,并作成一致性指標(biāo)(CI,Consistency Index),檢查根據(jù)決策者的主觀判斷所構(gòu)成的判斷矩陣是否為一致性矩陣。判斷矩陣滿足一致性,這樣基于層次分析法得出的結(jié)論才合理。在計(jì)算完權(quán)重向量后,要判斷判斷矩陣的一致性時(shí),需計(jì)算一致性指標(biāo)(CI)的值,其公式為:

式中,λmax為判斷矩陣對(duì)應(yīng)于權(quán)重向量的最大特征值,n為判斷矩陣的階,λmax值為:

vi為一致性向量(Consistency vector),計(jì)算公式為:

式中,當(dāng)CI=0,即λmax=n時(shí),可以證明矩陣是一致性矩陣,表示前后判斷完全一致。

根據(jù)Dak Ridge National laboratory與Wharton School進(jìn)行的研究,從評(píng)估尺度1-9所產(chǎn)生的判斷矩陣,在不同的階數(shù)下,產(chǎn)生的CI值有一定的容許范圍,稱為隨機(jī)指標(biāo)(RI,Random Index)。RI的取值如表1所示。

表1 隨機(jī)指標(biāo)一致性對(duì)照Table 1 Contrast table of rank and random index

對(duì)于1,2階的判斷矩陣,RI只是形式上的,因?yàn)?,2階判斷矩陣總具有完全一致性。當(dāng)階數(shù)大于2時(shí),判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI與同階數(shù)的隨機(jī)指標(biāo)RI之比稱為一致性比率,記為CR(Consistency Ratio):

Saaty建議在CR＜0.1的情況下,皆可視為有較好的一致性,也就是說構(gòu)造的判斷矩陣的不一致性可以接受,按照該判斷矩陣計(jì)算得到的各層次的特征向量即為各層次元素相對(duì)于上級(jí)元素的重要性權(quán)重向量。否則就需要調(diào)整判斷矩陣,并使之具有滿意的一致性。

根據(jù)圖1的安全域劃分和各安全域內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以得出如圖2的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)(為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,圖2中沒有再進(jìn)一步劃分安全子域)。

對(duì)照?qǐng)D1,圖2將網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)按照AHP層次分析方法劃分為了三個(gè)大的層次,頂層即目標(biāo)層為系統(tǒng)整體安全性;中間層由安全互聯(lián)域、安全接入域、安全服務(wù)域、安全計(jì)算域、安全用戶域和安全管理域這六個(gè)安全域的安全性評(píng)估構(gòu)成;底層由每個(gè)安全域內(nèi)部的各種主機(jī)和設(shè)備的安全性評(píng)估構(gòu)成。

在各種設(shè)備內(nèi)部,是由安全性評(píng)估的諸安全要素和子要素構(gòu)成一個(gè)小的AHP層次結(jié)構(gòu),對(duì)各主機(jī)和設(shè)備進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)根據(jù)具體情況選取不同的考量因素。一般來講,某設(shè)備或主機(jī)的安全性評(píng)估要素包括該設(shè)備資產(chǎn)的重要性、所面臨的威脅程度、資產(chǎn)自身的脆弱性、資產(chǎn)所處的運(yùn)行環(huán)境安全性等幾個(gè)方面,每個(gè)方面的評(píng)估要素如圖2所示。

安全域內(nèi)各設(shè)備在該域安全性評(píng)估時(shí)所占的權(quán)重由設(shè)備資產(chǎn)重要性的比值決定,設(shè)備資產(chǎn)重要性評(píng)估的AHP層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 運(yùn)營商MBOSS系統(tǒng)AHP層次結(jié)構(gòu)Fig.2 AHP illustration of MBOSS system

圖3 設(shè)備資產(chǎn)重要性AHP層次結(jié)構(gòu)Fig.3 AHP illustration of device assets importance

設(shè)某安全域D內(nèi)有n臺(tái)設(shè)備,每臺(tái)設(shè)備通過AHP方法評(píng)估的安全性為Si,資產(chǎn)重要性為Ai,則該安全域的安全性評(píng)估結(jié)果為:

根據(jù)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)六大安全域兩兩重要性打分得到的判斷矩陣,采用行向量平均值標(biāo)準(zhǔn)化法得到各安全域的權(quán)重系數(shù)wi,則系統(tǒng)安全性評(píng)估值為:

3 結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)作為開放性的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng),其安全問題也呈現(xiàn)出復(fù)雜化和多樣化的特點(diǎn)。采用安全域劃分和AHP層次分析法相結(jié)合的方法,能夠把規(guī)?；膹?fù)雜問題自頂向下逐層分解為更小區(qū)域的安全保護(hù)問題,進(jìn)行層次化、結(jié)構(gòu)化、邊界明晰、重點(diǎn)突出的分析、評(píng)估和保護(hù),是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)安全評(píng)估和保護(hù)的有效方法。

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LUO Jun(1975-),male,M.Sci.,senior engineer,majoring in network security.

A Security Domain-based Method for Security Evaluation of Information System

LUO Jun
(Westone Information Industry,Ltd.,Chengdu Sichuan 610041,China)

This paper presents a security evaluation method based on security domain for large-scale network information system.Firstly,based on the dividing principle of security domain,according to the data types and business functions,and with MBOSS system as an example,the information system is divided into six security domains.Then,the basic math theory of AHP is described and the multilayered hierarchy architecture model of MBOSS system established.Finally,how to evaluate the security of the information system by AHP method and the model established above are discussed.

security domain;security evaluation;AHP

TP391

A

1002-0802(2014)02-0210-05

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.02.018

羅 俊(1975—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全。