訪問代理執(zhí)行的服務(wù)器安全運(yùn)維技術(shù)研究

王國峰，雷 琦，唐 云，代明臣

（1.中電科第三十研究所；2.中國電子科學(xué)研究院；3.中電科網(wǎng)絡(luò)空間安全研究院有限公司，北京 100041；4.日照市軍隊(duì)離退休干部休養(yǎng)所，山東 日照 276800）

0 引言

在云計(jì)算與大數(shù)據(jù)時代，大量服務(wù)器都部署在云端［1-3］，需要操作人員遠(yuǎn)程對服務(wù)器執(zhí)行運(yùn)維操作，保障其正常運(yùn)行。然而，操作人員可能會利用自身權(quán)限竊取隱私數(shù)據(jù)，損害用戶數(shù)據(jù)的完整性、保密性與可用性［4-6］。在操作人員具備偷窺與泄露用戶隱私數(shù)據(jù)條件的情況下，如何保障服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維管控的安全性變得尤為重要，這也是近年來工業(yè)界與學(xué)術(shù)界共同研究的熱點(diǎn)問題［7-13］。

本文研究訪問代理執(zhí)行的服務(wù)器運(yùn)維管控技術(shù)方案，所有服務(wù)器操作行為均需經(jīng)過訪問代理審計(jì)與管控，符合權(quán)限認(rèn)證后才能單點(diǎn)登錄到對應(yīng)服務(wù)器，從而做到統(tǒng)一管控，避免訪問認(rèn)證上的混亂。操作人員經(jīng)過訪問代理認(rèn)證后，對服務(wù)器的所有操作都會被審計(jì)與管控，并基于操作角色的分級機(jī)制對越權(quán)操作和危險操作進(jìn)行阻斷與預(yù)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可有效管控和審計(jì)服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維操作，具有很高的效率和安全性，且不需要安裝額外的客戶端軟件。

1 國內(nèi)外相關(guān)研究

國內(nèi)外媒體報道過大量由內(nèi)部人員導(dǎo)致的數(shù)據(jù)泄露事件。美國聯(lián)邦調(diào)查局（FBI）和計(jì)算機(jī)安全協(xié)會（CSI）在2008 年發(fā)布的《計(jì)算機(jī)犯罪和安全調(diào)查報告》中指出，由內(nèi)部安全事件帶來的損失高于外部安全事件［14］。許多大型網(wǎng)站，如CSDN、LinkedIn 等出現(xiàn)過用戶數(shù)據(jù)泄漏事件［15］。對比傳統(tǒng)模式下內(nèi)部威脅的防御技術(shù)［16-18］，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)模式的引入帶來很多新的安全問題與挑戰(zhàn)［19-20］，需要給出切實(shí)有效的解決方案。在針對內(nèi)部人員遠(yuǎn)程管控運(yùn)維服務(wù)器方面，Dusi 等［21］嘗試使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式分析與監(jiān)控遠(yuǎn)程服務(wù)器運(yùn)行了何種類型的服務(wù)和應(yīng)用；Emmert 等［22］監(jiān)視在遠(yuǎn)程服務(wù)器中使用的微軟辦公軟件，如Word、Ex?cel、PowerPoint。國內(nèi)主要使用操作回放技術(shù)審計(jì)服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維操作，即用戶在遠(yuǎn)程服務(wù)器上執(zhí)行的任何操作都會像屏幕錄制一樣被記錄下來，以供事后分析。Huang等［23］針對遠(yuǎn)程服務(wù)器運(yùn)維管控，設(shè)計(jì)了基于訪問代理的安全審計(jì)系統(tǒng)，能對主流桌面協(xié)議進(jìn)行審計(jì)，如VNC、RDP、X-Window；Tan 等［24］設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于訪問代理的單點(diǎn)登錄與安全審計(jì)系統(tǒng)，以應(yīng)對服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維安全問題。上述研究主要集中在桌面服務(wù)器系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作的審計(jì)機(jī)制方面，沒有探討怎樣對運(yùn)維操作進(jìn)行實(shí)時攔截，即如何對越權(quán)和危險操作進(jìn)行阻斷與預(yù)警。

在操作人員權(quán)限管控方面，SSC 自服務(wù)體系架構(gòu)［25］通過設(shè)計(jì)用戶管理域和系統(tǒng)管理域保護(hù)用戶隱私數(shù)據(jù)，以避免被內(nèi)部人員竊取。然而，該方法依賴特定的物理芯片，且需要修改服務(wù)器配置，不具有很好的通用性。本文以Linux 服務(wù)器為例，研究如何基于訪問代理對服務(wù)器的遠(yuǎn)程運(yùn)維操作進(jìn)行實(shí)時持續(xù)地審計(jì)，并對越權(quán)和危險操作進(jìn)行有效阻斷與預(yù)警。

2 訪問代理設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文擬實(shí)現(xiàn)一個非侵入式訪問代理，其支持B/S 方式訪問。訪問該代理的客戶端僅需要一個支持HTML5 的瀏覽器，無需安裝其他軟件。被訪問的服務(wù)器也不需要安裝額外程序，僅需要安裝遠(yuǎn)程連接必須的SSH 服務(wù)端程序（大多數(shù)Linux 操作系統(tǒng)已默認(rèn)安裝該程序），就可以通過訪問代理連接該服務(wù)器。該訪問代理的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，由連接模塊、傳輸轉(zhuǎn)化模塊、顯示模塊與審計(jì)模塊構(gòu)成。其中，顯示模塊通過瀏覽器將服務(wù)器桌面呈現(xiàn)給用戶，傳輸轉(zhuǎn)化模塊與顯示模塊之間使用HTTP 協(xié)議進(jìn)行通信，連接模塊與傳輸轉(zhuǎn)化模塊之間使用TCP 協(xié)議進(jìn)行通信，服務(wù)器與連接模塊之間通過SSH 協(xié)議進(jìn)行通信，審計(jì)模塊與傳輸轉(zhuǎn)化模塊之間主要通過共享存儲的方式進(jìn)行通信。

（1）連接模塊是訪問代理網(wǎng)關(guān)的重要組成部分，以守護(hù)進(jìn)程的方式一直運(yùn)行，監(jiān)聽來自傳輸轉(zhuǎn)化模塊的TCP Socket 連接，主要負(fù)責(zé)以下功能：①該模塊實(shí)現(xiàn)了SSH 客戶端的功能，其接收來自傳輸轉(zhuǎn)化模塊的連接命令后，會根據(jù)連接命令中指定的地址向SSH 服務(wù)器發(fā)起SSH 連接，負(fù)責(zé)與SSH 服務(wù)器進(jìn)行通信；②該模塊需要將SSH 服務(wù)器的輸出通過TCP Socket 發(fā)送給傳輸轉(zhuǎn)化模塊，并接收來自該模塊的指令，將其轉(zhuǎn)化為SSH 輸入事件，發(fā)送給SSH 服務(wù)器。

（2）傳輸轉(zhuǎn)化模塊是連接模塊與顯示模塊的中間樞紐，是訪問代理網(wǎng)關(guān)的核心部分，主要負(fù)責(zé)以下功能：①該模塊負(fù)責(zé)與連接模塊進(jìn)行TCPSocket 通信，接收連接模塊從服務(wù)器傳回的SSH 輸出，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換成顯示模塊可以處理的指令，即傳輸轉(zhuǎn)化模塊收到SSH 服務(wù)器的輸出后，需要將其轉(zhuǎn)化為與顯示模塊約定的協(xié)議指令，然后通過HTTP 的方式發(fā)送給顯示模塊。同時，該模塊需要將顯示模塊傳來的用戶輸入的指令，如鍵盤鼠標(biāo)指令，轉(zhuǎn)化為SSH輸入指令發(fā)送給連接模塊；②該模塊需要對來自連接模塊的SSH 輸出與來自顯示模塊的用戶指令進(jìn)行持久化存儲，供審計(jì)模塊使用。

（3）顯示模塊通過瀏覽器與用戶進(jìn)行實(shí)時交互，主要負(fù)責(zé)以下功能：①該模塊對傳輸轉(zhuǎn)化模塊發(fā)來的協(xié)議指令進(jìn)行解析，并在用戶瀏覽器上執(zhí)行，通過瀏覽器渲染，將遠(yuǎn)程服務(wù)器桌面圖像實(shí)時顯示給用戶；②該模塊對用戶的鍵盤/鼠標(biāo)事件進(jìn)行監(jiān)聽，一旦觸發(fā)鍵盤或鼠標(biāo)事件，就會將事件信息發(fā)送給傳輸轉(zhuǎn)化模塊進(jìn)行處理。

（4）審計(jì)模塊主要對傳輸轉(zhuǎn)化模塊保存的協(xié)議指令數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，同時基于服務(wù)器使用人員操作的分級機(jī)制對危險和越權(quán)操作進(jìn)行預(yù)警與阻斷。

Fig.1 System architecture of access agent圖1 訪問代理系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 審計(jì)與管控運(yùn)維命令

用戶運(yùn)維服務(wù)器時會事先在權(quán)限數(shù)據(jù)庫存儲與用戶對應(yīng)的合法命令集，當(dāng)用戶經(jīng)過訪問代理審核登錄服務(wù)器后，訪問代理會記錄用戶登錄了該服務(wù)器，并可以為審計(jì)模塊使用。傳輸轉(zhuǎn)化模塊在接收到用戶的可顯示鍵盤事件時，會將鍵盤事件所對應(yīng)的字母值存儲到與審計(jì)模塊共享的緩存中。當(dāng)傳輸轉(zhuǎn)化模塊接收到顯示模塊發(fā)往服務(wù)器的“Enter”特殊鍵盤事件時，會調(diào)用審計(jì)模塊對將要執(zhí)行的命令進(jìn)行權(quán)限判斷。審計(jì)模塊讀取傳輸轉(zhuǎn)化模塊存儲到緩存中的用戶命令，并與權(quán)限數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，若符合該用戶命令集規(guī)則則放行，不符合則阻斷。

審計(jì)模塊實(shí)時記錄操作人員對服務(wù)器的使用行為，并基于權(quán)限分級機(jī)制對危險與越權(quán)操作進(jìn)行審計(jì)和管控。該模塊會阻斷此類行為并產(chǎn)生告警事件，具體流程如下：

（1）根據(jù)操作人員等級不同，訪問代理會預(yù)先為其設(shè)定權(quán)限，即操作人員可執(zhí)行的正常操作、敏感操作和危險操作，分為正常、告警、禁止3 個級別，操作人員的權(quán)限劃分與對應(yīng)命令集保存在數(shù)據(jù)庫中。

（2）操作人員發(fā)出命令時，訪問代理的審計(jì)模塊解析操作命令，并識別數(shù)據(jù)庫中的會話標(biāo)志值，從而得知操作人員信息。審計(jì)模塊根據(jù)操作命令查詢數(shù)據(jù)庫，找到對應(yīng)的操作危險等級并進(jìn)行相應(yīng)處理，然后將完整的行為記錄在操作人員日志數(shù)據(jù)庫中。

2.3 特權(quán)用戶執(zhí)行腳本審計(jì)與管控

上述審計(jì)與管控方案僅對用戶手敲輸入的命令有效，若用戶將命令嵌入到可執(zhí)行腳本中，以上方案就會失去效果。針對特權(quán)用戶執(zhí)行腳本審計(jì)與管控，設(shè)計(jì)以下方案：

（1）在服務(wù)器開機(jī)自啟動目錄下放置可執(zhí)行腳本，每個用戶登入服務(wù)器時都會訪問此腳本。

（2）編輯可執(zhí)行腳本，使用戶使用受限模式，不加載系統(tǒng)默認(rèn)的profile 文件，而是加載自定義的profile 文件。

（3）編輯自定義的profile 文件，內(nèi)容為“PATH=$｛HOME｝/bin；export PATH”。

（4）加入想讓該用戶使用的命令，如ifconfig，內(nèi)容為“mkdir$HOME/bin；ln-s/sbin/ifconfig $HOME/bin/”，其中“/sbin/ifconfig”為系統(tǒng)實(shí)際可執(zhí)行的ifconfig 命令。

使用以上方案，當(dāng)用戶登陸該服務(wù)器時，除了被允許的可執(zhí)行命令可用外，不能使用其他命令。此外，為防止特權(quán)用戶修改可執(zhí)行文件，可在系統(tǒng)啟動中使用文件屬性設(shè)置命令對可執(zhí)行腳本加鎖，防止文件被修改或刪除。移動并重命名文件屬性設(shè)置命令，以隱藏該命令，使特權(quán)用戶登錄后無法使用該命令再次修改文件屬性。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 性能測試

在保證訪問代理正常運(yùn)行的前提下，對其進(jìn)行壓力性能測試，測試指標(biāo)包括用戶通過代理遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)器資源的最大并發(fā)數(shù)等。用戶通過代理登錄服務(wù)器（如Linux、Windows 虛擬機(jī)），訪問代理可支持的最大用戶并發(fā)數(shù)，具體可通過代理所在主機(jī)的內(nèi)存使用率、CPU 使用率、響應(yīng)時間與吞吐量等性能參數(shù)判斷得出。

代理和測試服務(wù)器被部署在同一可連通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，使用性能測試工具JMeter［26］模擬用戶訪問服務(wù)器資源。在代理可正常運(yùn)行的前提下，通過逐步增加資源的并發(fā)訪問數(shù)，并記錄訪問代理所在主機(jī)性能參數(shù)（CPU、內(nèi)存占用率等）的變化情況對資源訪問最大并發(fā)數(shù)進(jìn)行測試。

仿真實(shí)驗(yàn)中代理所處的虛擬機(jī)配置為CPU 2.5GHz 雙核，內(nèi)存4G。測試結(jié)果表明，隨著用戶遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器資源并發(fā)數(shù)的增加，代理所在主機(jī)的內(nèi)存消耗和CPU 利用率不斷提升，網(wǎng)絡(luò)吞吐率明顯下降，系統(tǒng)響應(yīng)時間也隨之增加。在訪問代理處接受一個對Linux 服務(wù)器字符型協(xié)議的連接訪問平均消耗約10MB 內(nèi)存，代理可支持Linux 協(xié)議遠(yuǎn)程連接的最大并發(fā)數(shù)約為235。

3.2 有效性測試

在針對一般運(yùn)維命令審計(jì)與管控的有效性實(shí)驗(yàn)中，分別選取敏感指令和非敏感指令，測試訪問代理能否阻斷敏感指令，放行非敏感指令。以ifconfig 命令為例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3 所示。當(dāng)將ifconfig 設(shè)置為敏感指令時，訪問代理自動阻斷，在用戶界面顯示阻斷信息，并將用戶信息和命令記錄到審計(jì)日志中；當(dāng)將ifconfig 設(shè)置為非敏感指令時，訪問代理則放行命令，同時將用戶信息和操作命令記錄到日志中。

Fig.3 Execution result of non-sensitive instruction圖3 非敏感指令執(zhí)行結(jié)果

在針對特權(quán)用戶腳本命令審計(jì)與管控的有效性實(shí)驗(yàn)中，分別選取含有敏感指令和非敏感指令的shell 腳本，測試訪問代理能否阻斷敏感指令，并放行非敏感指令。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5 所示，當(dāng)服務(wù)器設(shè)置ifconfig 為敏感指令時，訪問代理雖然執(zhí)行含有敏感指令的腳本，但后臺云服務(wù)器會阻斷敏感指令的執(zhí)行；當(dāng)服務(wù)器設(shè)置ifconfig 為非敏感指令時，訪問代理則放行命令，同時云服務(wù)器也執(zhí)行非敏感指令。

Fig.4 Execute scripts containing sensitive commands圖4 執(zhí)行含有敏感指令的腳本

4 結(jié)語

針對云服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維管控問題，本文提出一種訪問代理執(zhí)行的服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維管控技術(shù)方案，并設(shè)計(jì)了原型系統(tǒng)，對其性能和有效性進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案通過訪問代理對所有服務(wù)器遠(yuǎn)程運(yùn)維操作進(jìn)行審計(jì)與管控，且不改變用戶的使用習(xí)慣和服務(wù)器配置。但是，該方案對角色權(quán)限的細(xì)粒度分級管控機(jī)制沒有作詳細(xì)闡述，還需進(jìn)一步研究。

Fig.5 Execute scripts containing non-sensitive commands圖5 執(zhí)行含有非敏感指令的腳本