基于風(fēng)險點知識庫的銀行業(yè)務(wù)安全測試方法研究

◆劉沅斌

基于風(fēng)險點知識庫的銀行業(yè)務(wù)安全測試方法研究

◆劉沅斌

（中國農(nóng)業(yè)銀行研發(fā)中心 北京 100161）

結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)安全漏洞攻擊日益增多，商業(yè)銀行內(nèi)部逐漸重視系統(tǒng)業(yè)務(wù)安全測試的現(xiàn)狀，本文提出一種基于風(fēng)險點知識庫的業(yè)務(wù)安全測試方法。該方法通過設(shè)計業(yè)務(wù)安全測試流程，規(guī)范風(fēng)險點知識庫的形式化描述，基于規(guī)則的實體識別構(gòu)建風(fēng)險點知識庫，實現(xiàn)業(yè)務(wù)安全測試流程的標(biāo)準(zhǔn)化和業(yè)務(wù)安全測試用例設(shè)計的自動化。

安全測試；業(yè)務(wù)安全；風(fēng)險點知識庫；測試用例

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，銀行信息系統(tǒng)受到的安全攻擊逐年增加。安全測試作為一種評估銀行信息系統(tǒng)安全性的手段，逐步受到重視。而銀行系統(tǒng)對于傳統(tǒng)安全漏洞防護的技術(shù)和設(shè)備日趨成熟，基于傳統(tǒng)安全漏洞攻擊也變得日益困難，增加了黑客的攻擊成本，使得基于業(yè)務(wù)安全漏洞的攻擊日益增加，業(yè)務(wù)安全測試重要性凸顯。安全測試作為一項專業(yè)性強的工作，其測試效果取決于安全測試人員的專業(yè)知識、技能和經(jīng)驗，缺乏成熟的方法和模型。如何充分利用內(nèi)外部已有知識，構(gòu)建組織級資產(chǎn)，降低安全測試的準(zhǔn)入門檻？

攻擊圖是目前較常用的安全評估方法，文獻(xiàn)[1]基于對系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，攻擊流和安全措施要素統(tǒng)一建模分析的結(jié)果構(gòu)建節(jié)點間脆弱性利用圖，基于攻擊成功率識別出攻擊者獲取某種可能危害到業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全屬性的攻擊能力節(jié)點的最短攻擊路徑。該方法主要目的是評估信息系統(tǒng)安全措施的效用。文獻(xiàn)[2]利用基于邏輯表達(dá)式和條件偏好網(wǎng)絡(luò)的推理機制，提出一套靜態(tài)分析攻擊圖的系統(tǒng)方法。文獻(xiàn)[3]提出一種基于AEGM的網(wǎng)絡(luò)攻擊滲透測試預(yù)案生成系統(tǒng)，文獻(xiàn)[4]提出一種基于設(shè)計級別的攻擊場景生成安全測試的方法，文獻(xiàn)[5]提出一種基于攻擊圖的安全威脅識別和分析方法，文獻(xiàn)[6]設(shè)計網(wǎng)絡(luò)滲透測試的實施流程，提出可復(fù)用的滲透測試用例管理框架。上述方法均是覆蓋傳統(tǒng)安全漏洞，沒有關(guān)注系統(tǒng)業(yè)務(wù)安全層面的測試方案，且存在工作量大，人力成本高，耗時較長的問題。本文提出一種基于風(fēng)險點知識庫的銀行業(yè)務(wù)安全測試方法，制定規(guī)范化的業(yè)務(wù)安全測試流程，同時基于以業(yè)務(wù)風(fēng)險點知識庫為核心的組織級資產(chǎn)，達(dá)到知識共享的目的，使測試用例設(shè)計自動化，降低了設(shè)計門檻，有效提升業(yè)務(wù)安全測試質(zhì)量和效率。

2 業(yè)務(wù)安全測試現(xiàn)狀

當(dāng)前銀行信息科技的安全測試主要分為兩類：行內(nèi)安全測試和行外安全測試。行內(nèi)安全測試又可分為投產(chǎn)前安全測試和已投產(chǎn)系統(tǒng)安全測試。而行外安全測試一般是采用專業(yè)安全機構(gòu)安全測試服務(wù)和安全眾測兩種類型的測試。

本文研究內(nèi)容主要針對行內(nèi)安全測試部分，行內(nèi)安全測試部分可劃分為源代碼掃描，自動化漏洞掃描、人工測試三種類型。源代碼掃描采用的靜態(tài)應(yīng)用程序安全測試（Static Application Security Testing）技術(shù)，通常在編碼階段分析應(yīng)用程序的源代碼或二進制文件的語法、結(jié)構(gòu)、過程、接口等來發(fā)現(xiàn)程序代碼存在的安全漏洞。自動化漏洞掃描一般采用動態(tài)應(yīng)用程序安全測試（Dynamic Application Security Testing）技術(shù)，模擬黑客行為對應(yīng)用程序進行動態(tài)攻擊，分析應(yīng)用程序的反應(yīng)，從而確定該應(yīng)用是否易受攻擊。2012年Gartner公司新提出了交互式應(yīng)用程序安全測試（Interactive Application Security Testing）方案。

上述自動化掃描方案均只能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)安全漏洞，不能或極少能發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)安全漏洞，業(yè)務(wù)安全漏洞主要依靠人工進行業(yè)務(wù)安全測試來檢測。但業(yè)務(wù)安全測試由于缺乏通用的規(guī)則，其測試對象和測試內(nèi)容取決于系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)功能，在實際測試過程中，可能存在如下問題：

（1）缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，安全測試過程不受控，測試效率和質(zhì)量難以度量。

（2）測試人員的技能水平不一，技能和經(jīng)驗無法有效地共享，無法成為組織的公共資源，當(dāng)相應(yīng)人員流失時，也意味著組織技能的缺失。

（3）測試人員的業(yè)務(wù)領(lǐng)域知識缺乏，無法對不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的系統(tǒng)進行有效的測試。

（4）安全測試人員在測試過程中，過分依賴自動化測試工具，自動化測試工具通常只能覆蓋傳統(tǒng)通用型漏洞諸如sql注入，跨站腳本攻擊等，不能覆蓋系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)漏洞如越權(quán)類，篡改類漏洞。

上述問題的存在，導(dǎo)致安全測試的測試效率和結(jié)果難以保證。業(yè)務(wù)安全測試亟需一套有效的行之有效的測試方法，既能規(guī)范測試過程，又實現(xiàn)知識共享和復(fù)用。

3 業(yè)務(wù)安全測試流程

PTES（Penetration Testing Execution Standard）標(biāo)準(zhǔn)是一個旨在為企業(yè)和安全服務(wù)提供商提供的執(zhí)行滲透測試的通用語言和范圍的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義的滲透測試過程環(huán)節(jié)包含7個階段：前期交互階段、情報搜集階段、威脅建模階段、漏洞分析階段、滲透攻擊階段、滲透測試階段、撰寫報告階段。但企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)安全測試與滲透測試存在區(qū)別的，體現(xiàn)在三個方面：

滲透測試假定測試人員是在對目標(biāo)系統(tǒng)一無所知的狀態(tài)下進行測試工作，除知道目標(biāo)的基本范圍外，所有的信息都依賴測試人員自行發(fā)掘。主要是模擬來自互聯(lián)網(wǎng)的攻擊者，讓用戶了解自己系統(tǒng)對外來攻擊者的真實安全情況。而企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)安全測試假定測試人員是對目標(biāo)系統(tǒng)的比較了解的情況下進行測試工作，如測試范圍、業(yè)務(wù)功能，測試相關(guān)的信息都可在前期與系統(tǒng)開發(fā)維護人員溝通獲取，主要目的是為檢測系統(tǒng)功能在實現(xiàn)過程中是否由于邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)而引入安全漏洞。

滲透測試的目的除發(fā)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)存在的漏洞外，還需利用目標(biāo)系統(tǒng)安全漏洞，真正入侵系統(tǒng)當(dāng)中，獲得訪問控制權(quán)。而企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)安全測試只需發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)漏洞，通過一定的手段證明漏洞存在，并不需要利用漏洞入侵系統(tǒng)。

攻擊者對于目標(biāo)所進行的滲透測試一般是沒有時間限制的，而企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)安全測試一般是遵循著項目管理的原則，有明確的起始時間。

業(yè)務(wù)安全測試和滲透測試的差異，使得業(yè)務(wù)安全測試無法復(fù)用滲透測試的流程。本文將業(yè)務(wù)安全測試過程劃分為測試計劃、測試設(shè)計、測試執(zhí)行、測試總結(jié)四個階段，每個測試階段對應(yīng)著不同的子任務(wù)。在這四個階段的測試過程中組織級的資產(chǎn)：業(yè)務(wù)風(fēng)險點知識庫、漏洞分類標(biāo)準(zhǔn)、漏洞管理系統(tǒng)、漏洞分級標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)支撐。

圖1 業(yè)務(wù)安全測試流程

3.1 業(yè)務(wù)安全測試計劃

在業(yè)務(wù)安全測試實施前，需要進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠媱?，包括：明確業(yè)務(wù)安全測試的范圍，評估測試工作量，測試的方法、測試的工具、測試人員和測試時間計劃、測試通過的標(biāo)準(zhǔn)、測試過程中可能存在的風(fēng)險和應(yīng)對措施。

3.2 業(yè)務(wù)安全測試設(shè)計

業(yè)務(wù)安全測試設(shè)計階段，其核心的工作就是業(yè)務(wù)安全測試用例設(shè)計，業(yè)務(wù)安全測試用例設(shè)計的質(zhì)量關(guān)系到業(yè)務(wù)安全測試執(zhí)行的效果。本文第四章提出了一種基于業(yè)務(wù)風(fēng)險點分析的業(yè)務(wù)安全測試方法，通過在構(gòu)建業(yè)務(wù)風(fēng)險點知識庫的基礎(chǔ)上，對被測系統(tǒng)需求采用分而治之的結(jié)構(gòu)化分析方法，按照界面要素、業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)流程這三種類型細(xì)化每個功能的具體組成部分，然后對每個部分在風(fēng)險點知識庫中按圖索驥，形成業(yè)務(wù)安全測試用例。

當(dāng)然業(yè)務(wù)風(fēng)險知識庫的搭建和維護應(yīng)該是一項常規(guī)的工作，同時業(yè)務(wù)安全測試實施的結(jié)果又會對業(yè)務(wù)風(fēng)險點知識庫的效果進行一個反饋，促進業(yè)務(wù)風(fēng)險點知識庫的優(yōu)化。

3.3 業(yè)務(wù)安全測試執(zhí)行

業(yè)務(wù)安全測試執(zhí)行階段，就是按照業(yè)務(wù)安全測試設(shè)計階段編寫的測試用例，逐條進行執(zhí)行，如果發(fā)現(xiàn)漏洞，則提交到漏洞管理系統(tǒng)進行管理，并對漏洞的修復(fù)情況進行跟蹤，在漏洞修復(fù)后進行復(fù)測。漏洞應(yīng)該有明確的分類標(biāo)準(zhǔn)和分級標(biāo)準(zhǔn)。漏洞的分類標(biāo)準(zhǔn)在本文3.1中進行了說明。

漏洞分級即明確漏洞嚴(yán)重程度劃分的標(biāo)準(zhǔn)，為判斷修復(fù)漏洞的優(yōu)先級提供依據(jù)。目前業(yè)界常用的三個漏洞等級劃分模型Common Vulnerability Scoring System（簡稱CVSS）和微軟提出的DREAD模型的思路均是制定業(yè)務(wù)安全漏洞分級相關(guān)的指標(biāo)，并對每個指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)的定義和賦予一定的權(quán)重，通過加權(quán)求和計算得分，不同得分區(qū)間對應(yīng)相應(yīng)漏洞級別。

3.4 業(yè)務(wù)安全測試總結(jié)

在測試完成后，應(yīng)該及時整理業(yè)務(wù)安全測試數(shù)據(jù)，編撰業(yè)務(wù)安全測試總結(jié)報告，重點是識別存在的風(fēng)險，給出明確的結(jié)論。

4 基于風(fēng)險點知識庫的業(yè)務(wù)安全測試方法

4.1 安全風(fēng)險點知識庫要素規(guī)范

安全風(fēng)險點知識庫是業(yè)務(wù)安全測試的核心，它基于具體漏洞，從漏洞的角度闡述風(fēng)險。業(yè)務(wù)安全測試風(fēng)險點可以分成風(fēng)險點關(guān)鍵部分和輔助部分，在風(fēng)險點關(guān)鍵部分主要包含風(fēng)險點ID，業(yè)務(wù)安全漏洞類型、漏洞對應(yīng)的具體元素類型，元素類型賦值有三類：界面要素、業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)流程，元素、該風(fēng)險點的來源，也分為三種來源：漏洞知識庫、企業(yè)內(nèi)部的歷史漏洞、專家經(jīng)驗。在風(fēng)險點輔助部分主要包含針對該漏洞的測試方法、測試工具、以及漏洞修復(fù)建議。

對于安全風(fēng)險點知識庫的形式化描述如下，其表現(xiàn)形式為Ri={RIi，VTi，ETi，Ei，Ri，Di，Mi，Ti，Si}，其中，RI為風(fēng)險點ID，是業(yè)務(wù)風(fēng)險點的唯一標(biāo)識；VT為業(yè)務(wù)安全漏洞類型，ET為元素類型三元組，其值為界面要素、業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)流程。E為元素，諸如登錄用戶名，R為安全測試風(fēng)險點來源，D為風(fēng)險點描述，M為針對該風(fēng)險點的測試方法，T為測試工具，S為漏洞修復(fù)建議。

表1 風(fēng)險點知識庫結(jié)構(gòu)表

其中業(yè)務(wù)安全漏洞類型需進行標(biāo)準(zhǔn)化的定義。目前《GB∕T 33561-2017 信息安全技術(shù)安全漏洞分類》[6]提供了三種類型的漏洞分類方法，第一種是按成因分類；第二種是按空間分類；第三種是按照時間分類。不論采取哪種分類方法，業(yè)務(wù)安全漏洞分類都應(yīng)遵循唯一性原則，即按照分類標(biāo)準(zhǔn)，安全漏洞可明確歸屬到某一類，不能同時屬于兩個或以上類別。

綜合分析風(fēng)險點知識庫的來源之一的外部漏洞庫的分類方法，同時考慮元素類型與漏洞類型的適配，本文提出一種新的漏洞類型劃分方法，首先按照表1中的元素類型劃分為界面要素類型、業(yè)務(wù)規(guī)則類型、業(yè)務(wù)流程類型三類，然后針對每個類型按照漏洞影響劃分，如信息泄露漏洞、水平越權(quán)漏洞，如無法按照漏洞影響劃分，則繼續(xù)按照漏洞檢測方法劃分，如暴力破解，如無法按照漏洞檢測方法劃分，則繼續(xù)按照成因劃分，如萬能密碼。漏洞類型劃分示例如圖2所示。

4.2 安全風(fēng)險點知識庫構(gòu)建

安全風(fēng)險點知識庫的來源主要有三類，一是CNNVD、CNVD、CVE、CWE等漏洞知識庫；二是企業(yè)內(nèi)部的歷史漏洞；三是專家經(jīng)驗。由于內(nèi)部漏洞集和專家經(jīng)驗的成果可以從管理上規(guī)范格式化的描述，統(tǒng)一口徑，并以結(jié)構(gòu)化的形式進行存儲管理。本文重點闡述以外部漏洞庫為來源的安全風(fēng)險點知識庫的構(gòu)建。通過對外部公開漏洞庫進行網(wǎng)絡(luò)爬取、頁面解析、信息抽取等過程獲取多個數(shù)據(jù)源的漏洞庫數(shù)據(jù)，再通過特征提取，制定實體識別的規(guī)則，基于規(guī)則進行實體識別，在同一框架規(guī)范下進行異構(gòu)數(shù)據(jù)整合加工，生成風(fēng)險點知識庫。圖3展示了該過程。

圖2 業(yè)務(wù)安全漏洞分類示例

圖3 安全風(fēng)險點知識庫構(gòu)建流程

由于外部漏洞庫的信息既有結(jié)構(gòu)化的信息，如編號、漏洞類型等，又有非結(jié)構(gòu)化的文本信息，如漏洞簡介中的文字描述，因此需要從大量信息中識別出在4.1中規(guī)范的風(fēng)險點知識庫的實體。實體識別方法常用的有基于條件隨機場（Conditional Random Field， CRF）的方法、基于規(guī)則的方法，基于統(tǒng)計的方法，文獻(xiàn)[8]提出了基于條件隨機場的漢語詞匯特征研究，文獻(xiàn)[9] 提出一種集規(guī)則方法與統(tǒng)計方法于一體的漢語連動句識別方法。通過對CNNVD、CNVD等漏洞庫中的安全漏洞描述形式的分析，發(fā)現(xiàn)漏洞名稱和漏洞簡介/漏洞描述均遵循一定的規(guī)則，因此采用基于規(guī)則的實體識別方法，同時由于漏洞類型劃分的不一致，并且部分字段無法通過漏洞庫獲取的情況，通過建立實體的字典來進行字段的匹配。圖4為安全風(fēng)險點知識庫構(gòu)建過程中的基于規(guī)則的實體識別子流程。

圖4 安全風(fēng)險點知識庫構(gòu)建-實體識別子流程

4.3 業(yè)務(wù)安全風(fēng)險點知識庫的應(yīng)用

安全風(fēng)險點知識庫以系統(tǒng)的形式對組織內(nèi)部進行展現(xiàn)，可以提供知識的檢索和更新等功能，并提供實時可視化交互接口便于在測試用例設(shè)計過程中進行測試用例的自動化生成。基于安全風(fēng)險點知識庫的測試用例設(shè)計包含兩大步驟：業(yè)務(wù)需求結(jié)構(gòu)化分析和安全測試用例自動生成兩個步驟。

業(yè)務(wù)需求結(jié)構(gòu)化分析基于各系統(tǒng)需求文檔完整規(guī)范的假設(shè)。采用自頂向下逐層分解的方式，最終將系統(tǒng)劃分成各個功能/交易。完成功能/交易的拆分后，將功能/交易作為基本分析單位。將基本分析單位的被測內(nèi)容劃分為界面要素、業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)流程三種類型，然后針對這三種類型再細(xì)分到原子級，即分到不可再劃分的程度。該劃分是基于安全領(lǐng)域的“所有用戶輸入不可信”的原則，用戶可控的輸入都是可以篡改的，而業(yè)務(wù)安全漏洞的發(fā)生則是由于篡改而導(dǎo)致的。

表2以一個簡單的登錄功能為例，展示了需求結(jié)構(gòu)化分析的過程示例，表中的元素類型和元素值與本文4.1業(yè)務(wù)測試風(fēng)險點知識庫中的元素類型和元素值含義一致。

表2 需求結(jié)構(gòu)化分析示例

圖5即運用需求結(jié)構(gòu)化分析得到的元素類型和元素值，逐個在業(yè)務(wù)安全風(fēng)險點知識庫中查找對應(yīng)風(fēng)險點，生成測試用例的過程。

圖5 業(yè)務(wù)安全測試用例生成過程

安全測試用例生成基于兩部分的內(nèi)容：需求結(jié)構(gòu)化分析的結(jié)果和安全風(fēng)險點知識庫。

表3 業(yè)務(wù)安全測試用例示例

生成的業(yè)務(wù)安全測試用例就作為業(yè)務(wù)安全測試執(zhí)行的指南，在執(zhí)行結(jié)算若發(fā)現(xiàn)安全漏洞，還可以參考安全風(fēng)險點知識庫中漏洞對應(yīng)的修復(fù)建議。

5 結(jié)束語

針對當(dāng)前銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)面臨業(yè)務(wù)安全漏洞攻擊日益增加，內(nèi)部安全測試技能無法有效應(yīng)對的現(xiàn)狀，本文提出一種基于業(yè)務(wù)安全風(fēng)險點的銀行業(yè)務(wù)安全測試方法。對業(yè)務(wù)安全測試流程進行了標(biāo)準(zhǔn)化，同時通過搭建業(yè)務(wù)安全風(fēng)險點知識庫為核心的組織級資產(chǎn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)化需求分析方法，實現(xiàn)測試用例設(shè)計的自動化。

該方法在某國有大型商業(yè)銀行進行了實踐，搭建包含459個風(fēng)險點的風(fēng)險點知識庫，在3個測試系統(tǒng)中進行試點和使用，生成287個業(yè)務(wù)安全測試用例，發(fā)現(xiàn)安全漏洞19個，其中高危3個，中危7個，低危9個。有效提升業(yè)務(wù)安全測試的效率，降低業(yè)務(wù)安全測試的準(zhǔn)入門檻，同時實現(xiàn)組織級資產(chǎn)的知識共享和復(fù)用。

本研究仍存在待改進的地方：一是業(yè)務(wù)安全漏洞分級模型；二是業(yè)務(wù)安全測試執(zhí)行自動化。這也是后續(xù)進一步研究方向。

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