基于TrustZone的分布式可信接入方案研究與實現(xiàn)

◆趙楠楠 肖卡飛

基于TrustZone的分布式可信接入方案研究與實現(xiàn)

◆趙楠楠1肖卡飛2

（1.上海市國有資產(chǎn)信息中心 上海 200001；2.百度（中國）有限公司 上海 200120）

隨著B/S模式訪問盛行，其訪問的安全性受到越來越多的關(guān)注。當(dāng)前幾乎全部單位允許自己的員工通過終端訪問應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足通信需求。顯然，這種訪問并未在安全認證環(huán)境下進行。此時，做好終端認證、用戶認證、接入認證及應(yīng)用系統(tǒng)認證尤為重要。所以我們需要一種可信接入方案，以保護通信和敏感信息。本文采用VUE及KONG LUA架構(gòu)，基于零信任核心理念和原則提出一種分布式可信接入方案。從應(yīng)用訪問、接口調(diào)用兩個維度，保證終端可信、身份可信、訪問可信及動態(tài)控制，解決終端可信問題、身份可信問題、行為可控問題。并采用分布式設(shè)計，解決并發(fā)連接的問題，提升用戶體驗。

零信任；可信接入；分布式

典型的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施變得日益復(fù)雜。一個企業(yè)可以運行多個內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用云服務(wù)，這種復(fù)雜性超越了網(wǎng)絡(luò)邊界安全的傳統(tǒng)方法，因為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊界并不是一個單一的存在，且難以識別，基于邊界的網(wǎng)絡(luò)安全也被證明是不夠的，因為一旦攻擊者突破邊界，進一步橫向移動便會暢通無阻[1]。

針對復(fù)雜的企業(yè)，形成了一種新型網(wǎng)絡(luò)安全模式，稱之為“零信任”（TrustZone），零信任方法主要側(cè)重于數(shù)據(jù)保護，但也可以且應(yīng)該包括所有企業(yè)資產(chǎn)（例如：設(shè)備、基礎(chǔ)架構(gòu)組件、應(yīng)用、虛擬和云組件等等）和主體（從資源請求信息的終端用戶、應(yīng)用以及其他非人類實體）[2]。在零信任安全模型中，企業(yè)必須不能隱形信任，需要制定防護措施通常包括盡可能減少對資源（數(shù)據(jù)、計算資源及應(yīng)用服務(wù)等）的訪問，只允許那些確定為需要訪問的用戶和資產(chǎn)訪問，并對每個訪問請求的身份和安全態(tài)勢進行持續(xù)認證和授權(quán)。認證和授權(quán)成功的接入稱之為可信接入。

1 傳統(tǒng)接入方案及痛點

1.1 傳統(tǒng)接入方案

傳統(tǒng)的接入方案一般有C/S和B/S兩種。C/S為客戶機服務(wù)器模式，此模式比較舊，且訪問模式比較簡單，此處不予贅述。B/S為瀏覽器服務(wù)器模式，這種模式的主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實現(xiàn)[3]。瀏覽器同數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互是通過Web Server實現(xiàn)的，訪問機制如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)接入方案

具體工作流程為[4]：

首先，客戶端發(fā)送請求。然后，服務(wù)器端處理請求。接下來，服務(wù)器端發(fā)送響應(yīng)。最后，瀏覽器解釋執(zhí)行HTML文件，呈現(xiàn)用戶界面。

1.2 痛點

傳統(tǒng)接入方案的通訊安全性僅通過傳統(tǒng)安全設(shè)備防火墻等進行邊界保護，其保障力度是遠遠不夠的[5]。云大物移智等新技術(shù)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)暴露面增加，內(nèi)外部威脅形勢愈發(fā)嚴峻，傳統(tǒng)接入方案痛點主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）身份可信問題。業(yè)務(wù)人員身份管理、資源管控、權(quán)限管控問題未得到解決。

（2）終端可信問題。終端環(huán)境安全狀態(tài)感知缺失，無法確保終端安全。

（3）訪問行為不可控。未做到對異常行為的檢測及動態(tài)控制。

2 分布式可信接入方案研究與實現(xiàn)

2.1 分布式可信接入方案研究

基于傳統(tǒng)接入方案痛點，提出一種基于TrustZone的分布式可信接入方案，此方案致力于打造訪問主體和客體之間構(gòu)建以身份為基石的動態(tài)可信訪問控制體系[6]。核心思想如下：

（1）將身份作為訪問控制的基礎(chǔ)。零信任架構(gòu)的基礎(chǔ)是對所有參與對象進行身份驗證。沒有參與對象是天生可信的，都需要首先進行身份驗證。

（2）動態(tài)授權(quán)實時最小權(quán)限。在零信任架構(gòu)中，針對所有業(yè)務(wù)場景、所有資源的每一個訪問請求進行強制身份鑒別和授權(quán)判定，按需分配資源，僅授予執(zhí)行任務(wù)所需的最小權(quán)限，限制資源的可見性和可訪問性。

（3）對每一訪問請求構(gòu)建安全通道，實施訪問控制。零信任架構(gòu)確保訪問主體對資源的所有業(yè)務(wù)訪問都以安全的方式進行，對所有訪問請求和通信提供機密性、完整性保護。

（4）基于實時多源數(shù)據(jù)開展持續(xù)評估，實現(xiàn)動態(tài)訪問控制。實時多源數(shù)據(jù)包括訪問主體身份、計算環(huán)境可信度、權(quán)限策略、訪問行為等，用于分析和計算數(shù)據(jù)種類、數(shù)據(jù)可靠性有效提升、持續(xù)評估準(zhǔn)確性，同時兼顧數(shù)據(jù)安全性與可用性之間平衡。

方案架構(gòu)如圖2所示。

圖2 方案架構(gòu)圖

傳統(tǒng)接入方案訪問模式是用戶使用終端瀏覽器通過URL訪問應(yīng)用。前面已經(jīng)論述過，設(shè)備安全、用戶安全、應(yīng)用安全、系統(tǒng)安全均未得到安全認證。這里提出分布式可信接入方案用戶訪問流如下：

用戶通過終端的瀏覽器訪問應(yīng)用時，在訪問請求發(fā)出前，首先由環(huán)境感知系統(tǒng)判斷設(shè)備是否安全，安全則繼續(xù)訪問，不安全則拒絕。通過設(shè)備安全性檢測后用戶帶著終端唯一ID（記為terTicket）將請求傳給接入代理，接入代理將請求轉(zhuǎn)給認證中心驗證用戶及設(shè)備身份，認證中心根據(jù)可信控制中心策略判斷用戶身份及終端身份是否可信，并將結(jié)果返回給可信接入代理，代理接收到結(jié)果后，若返回結(jié)果可信且用戶活躍則直接返回給用戶應(yīng)用界面，若需要重新認證則跳轉(zhuǎn)至單點登錄界面，待用戶認證成功后返回給用戶應(yīng)用界面。

因用戶訪問均需通過可信接入代理，代理可能壓力過大，解決方案為在接入代理前部署負載均衡服務(wù)器，配置轉(zhuǎn)發(fā)策略。實現(xiàn)分布式轉(zhuǎn)發(fā)功能。

考慮到實際應(yīng)用場景中，加載數(shù)據(jù)的需求量較大的情況，通過redis分布式緩存集群來實現(xiàn)提速，提升用戶體驗。

控制中心主要進行策略控制，共有三種策略：路由策略、流量策略、熔斷策略。路由策略指用戶訪問應(yīng)用時使用何種代理路由。流量策略用來控制后臺加載流量，用戶可根據(jù)需求設(shè)置希望最大并發(fā)連接數(shù)、最大流量等。熔斷策略使用場景為，若用戶通過單點登錄訪問多個系統(tǒng)，其中一個系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較大，加載時間超過用戶較優(yōu)體驗，則可設(shè)置加載最長時間，若一定時間（如30s）未返回結(jié)果則拒絕等待，重新建立連接進行訪問。

2.2 分布式可信安全接入方案實現(xiàn)

本方案采用分布式集群部署，前端采用JS語言，VUE架構(gòu)。后端采用LUA語言，KONG LUA架構(gòu)。

（1）單點登錄的實現(xiàn)

用戶訪問應(yīng)用系統(tǒng)時需要身份驗證，首先將請求發(fā)送給可信接入代理，可信接入代理將請求轉(zhuǎn)發(fā)給認證中心，需要認證情況下，返回給用戶單點登錄頁面，用戶輸入用戶名密碼后，通過認證后方可訪問系統(tǒng)。正是因為有了此驗證過程，才保證了接入的安全性和可靠性，界面如圖3所示。

圖3 單點登錄頁面實現(xiàn)

（2）分布式負載均衡集群的實現(xiàn)

因用戶訪問均需通過可信接入代理，代理可能壓力過大，解決方案為在接入代理前部署負載均衡服務(wù)器，配置轉(zhuǎn)發(fā)策略。實現(xiàn)分布式轉(zhuǎn)發(fā)功能，分布式負載均衡策略配置如圖4所示。

圖4 負載均衡策略配置

（3）權(quán)限控制管理功能實現(xiàn)

零信任的核心思想為：從不信任，總是驗證。為更好地踐行零信任理念，方案采用對用戶全隱藏URL訪問應(yīng)用。訪問前，用戶需在可信控制中心配置訪問策略，以決定后續(xù)訪問應(yīng)用的訪問路徑。權(quán)限控制管理功能實現(xiàn)如圖5所示。

圖5 權(quán)限控制管理功能圖

3 結(jié)論

本文基于零信任，采用VUE 及 KONG LUA架構(gòu)，提出了一種分布式可信接入方案。該方案基于零信任核心理念“從不信任，總是驗證”，從應(yīng)用訪問、接口調(diào)用兩個維度保證終端可信、身份可信、訪問可信及動態(tài)控制[7]，解決了終端可信問題、身份可信問題、行為可控問題。分布式設(shè)計，解決了并發(fā)連接問題[8]。實驗結(jié)果表明，本文提出的分布式可信接入方案能夠有效實現(xiàn)用戶終端在接入應(yīng)用系統(tǒng)過程中的安全認證，保護好用戶訪問全過程安全。方案具有較好可擴展性，其整體運行效率較高，終端并發(fā)用戶數(shù)能力在可接受范圍內(nèi)。

至此，本方案已經(jīng)達到設(shè)計要求并且模塊功能已實現(xiàn)。當(dāng)然，設(shè)計方面還有一些不足之處，如本方案未給出一套可行的日志審計方案，界面美觀方面還有提升空間等。

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