以往大家更多是從云計算技術(shù)、云計算模型\體系架構(gòu)等方面來對云安全進(jìn)行研究和探討，本文將從另外一個角度——從數(shù)據(jù)流的走向來探討一下云計算，尤其是云計算平臺下的安全問題。
一、云平臺下數(shù)據(jù)流向的大致分類
從云平臺數(shù)據(jù)流的方向來看，大致可分為以下幾類：
圖1 云平臺下數(shù)據(jù)流的大致分類
外部訪問虛擬機(jī)
外部用戶訪問虛擬機(jī)上承載的業(yè)務(wù)，流量由互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入——核心——接入——物理機(jī)網(wǎng)卡——虛擬機(jī)。
虛擬機(jī)訪問外部
由虛擬機(jī)訪問互聯(lián)網(wǎng)，流量方向與上一種情況剛好相反，虛擬機(jī)——物理機(jī)網(wǎng)卡——接入——核心——互聯(lián)網(wǎng)。
跨物理機(jī)的虛擬機(jī)之間訪問
VM 1——物理機(jī)1網(wǎng)卡——接入交換機(jī)1——核心交換機(jī)(可有可無)——接入交換機(jī)2——物理機(jī)2網(wǎng)卡——VM 3。
同一物理機(jī)上的各虛擬機(jī)之間互相訪問(隱蔽信道)
物理機(jī)1上的VM 1訪問VM 2。
物理機(jī)和虛擬機(jī)之間的訪問(虛擬機(jī)逃逸)
物理機(jī)和虛擬機(jī)之間的雙向流量，物理機(jī)與VM相互訪問。
二、從數(shù)據(jù)流向分類看云安全
外部訪問虛擬機(jī)
此種情況下與傳統(tǒng)IDC的防護(hù)思路一樣，就不詳述了，只是部分串聯(lián)設(shè)備部署方式需要考慮調(diào)整。一是因?yàn)樵破脚_扁平化是趨勢，能少串一個設(shè)備是一個設(shè)備，二來設(shè)備吞吐向來也不是安全設(shè)備的優(yōu)勢，云平臺下動則10G、40G的鏈路串上去也吃不消，所以可以考慮旁路部署，按需防護(hù)。
虛擬機(jī)訪問外部
通常云平臺虛擬機(jī)用來對外提供服務(wù)比較多，較少有主動訪問互聯(lián)網(wǎng)的需求。不過有一種較為常見的場景就是虛擬機(jī)被攻擊者控制后用作跳板，往外進(jìn)行大流量的ddos攻擊。這種情形下一方面會消耗服務(wù)器的CPU資源，另一方面也會消耗云平臺的大量帶寬。因此有必要對由內(nèi)往外的流量進(jìn)行監(jiān)測，這里就可以使用NTA(網(wǎng)絡(luò)流量分析系統(tǒng))，一旦發(fā)現(xiàn)由內(nèi)往外的DDoS攻擊則可以將進(jìn)行攻擊的源IP路由直接丟棄，中斷該IP的對外訪問。
跨物理機(jī)的虛擬機(jī)之間訪問
由于跨物理機(jī)的虛擬機(jī)訪問會經(jīng)過傳統(tǒng)的交換機(jī)，因此該場景下可采用傳統(tǒng)的安全措施來進(jìn)行防護(hù)，如ACL、IDS等;如果沒有這類需求，可直接通過VLAN劃分的方式隔離。
同一物理機(jī)上的虛擬機(jī)之間訪問(隱蔽信道)
常見的虛擬化軟件缺省采用軟件VEB(又稱vSwitch)來完成同一個物理機(jī)上的虛擬機(jī)之間通訊，由于多數(shù)vSwitch只進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致VM互訪流量不可見，是云平臺下的一大安全問題。
先說說vSwitch的轉(zhuǎn)發(fā)過程，正常情況下，VSwitch處理過程與傳統(tǒng)交換機(jī)類似，如果從物理網(wǎng)卡收到報文后，查MAC表轉(zhuǎn)發(fā);如果從虛擬機(jī)收到報文，目的MAC在外部則從物理網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)，在內(nèi)部則查MAC表轉(zhuǎn)發(fā)，如下圖所示：
圖2 vSwitch轉(zhuǎn)發(fā)
目前的思路有兩種，一種是通過vSwitch來解決。vSwitch在二層轉(zhuǎn)發(fā)基礎(chǔ)上還可實(shí)現(xiàn)其它功能，從VMware的介紹來看至少包括VLAN、安全功能、流量管理、甚至負(fù)載均衡等功能，但是由于其實(shí)現(xiàn)這些功能需要消耗服務(wù)器大量的CPU資源，使用效果如何還有待考驗(yàn)。
另一種解決辦法是采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織提出的802.1Qbg EVB(Edge Virtual Bridging)和802.1Qbh BPE(Bridge Port Extension)兩條標(biāo)準(zhǔn)，這兩條標(biāo)準(zhǔn)可以將虛擬機(jī)內(nèi)部的流量引出到虛擬機(jī)外部，這樣就可以采用傳統(tǒng)的安全防護(hù)手段來解決隱蔽信道下的安全問題。這里主要探討一下應(yīng)用范圍更廣的802.1Qbg EVB，其包含了傳統(tǒng)的vSwitch功能的VEB模式、VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregator)和Multi-Channel。VEB上面已經(jīng)說過了，簡單說下另外兩種處理方式。
一種是VEPA。VEPA組件從VM1接收到數(shù)據(jù)后，先轉(zhuǎn)發(fā)到物理網(wǎng)卡，物理網(wǎng)卡不管三七二十一先轉(zhuǎn)發(fā)出去到接入交換機(jī)，再由接入交換機(jī)根據(jù)MAC表原端口轉(zhuǎn)回，VEPA收到從接入交換機(jī)來的報文才查表進(jìn)行內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)，最終數(shù)據(jù)到達(dá)VM2和VM3，如下圖所示：
圖3 VEPA轉(zhuǎn)發(fā)
通過這種方式可以將所有VM之間的交互數(shù)據(jù)通過接入交換機(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因此可以在交換機(jī)上實(shí)施訪問控制策略，隔離不相關(guān)的業(yè)務(wù)，對流量進(jìn)行分析實(shí)現(xiàn)入侵檢測和審計等功能。
另一種是通道技術(shù)(Multichannel Technology)，多通道技術(shù)方案將交換機(jī)端口或網(wǎng)卡劃分為多個邏輯通道，并且各通道間邏輯隔離。每個邏輯通道可由用戶根據(jù)需要定義成VEB、VEPA或Dircetor IO(基于網(wǎng)卡SR-IOV技術(shù)實(shí)現(xiàn)的硬件VEB技術(shù)，減小了CPU的開銷，但是與軟件VEB存在相同的問題)的任何一種。每個邏輯通道作為一個獨(dú)立的到外部網(wǎng)絡(luò)的通道進(jìn)行處理。多通道技術(shù)借用了802.1ad S-TAG(Q-IN-Q)標(biāo)準(zhǔn)，通過一個附加的S-TAG和VLAN-ID來區(qū)分網(wǎng)卡或交換機(jī)端口上劃分的不同邏輯通道。如下圖所示，多個VEB或VEPA共享同一個物理網(wǎng)卡。
圖4 多通道轉(zhuǎn)發(fā)
因此從理論上來說，虛擬機(jī)之間可以套用安全域劃分的概念，依靠多通道技術(shù)進(jìn)行合理的虛擬安全域劃分，同一個虛擬安全域內(nèi)采用VEB技術(shù)，域內(nèi)虛擬機(jī)互訪不受限制，保證了足夠的交換性能;虛擬安全域之間采用VEPA技術(shù)，將流量引到交換機(jī)上，部署訪問控制與流量監(jiān)控策略等；對于單獨(dú)的安全域，尤其是獨(dú)立業(yè)務(wù)的虛擬機(jī)，采用Dircetor IO，與其它虛擬機(jī)流量隔離，直接轉(zhuǎn)發(fā)到外部，在外部交換機(jī)上監(jiān)控其流量。
同一物理機(jī)和虛擬機(jī)之間的訪問(虛擬機(jī)逃逸)
由于Hypervisor(Hypervisor是一種運(yùn)行在物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間軟件層,可允許多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享一套基礎(chǔ)物理硬件，也可以看作是虛擬環(huán)境中的”元”操作系統(tǒng))存在一些已知的漏洞，這就為攻擊者從已控制的虛擬機(jī)利用Hypervisor的漏洞滲透到Hypervisor提供了可能。雖然利用這種方式的技術(shù)難度相對較高，但是由于所有的VM都由Hypervisor來控制(啟動、停止、暫停、重啟虛擬機(jī);監(jiān)控和配置虛擬機(jī)資源等)，因此危害相當(dāng)大。要解決這個問題必須得修復(fù)Hypervisor的漏洞，一方面依賴于能否發(fā)現(xiàn)這些已知漏洞(可采用具備虛擬化檢測能力的漏掃工具或?qū)I(yè)的滲透測試服務(wù))，另一方面依靠于VM廠商是否能夠及時提供補(bǔ)丁。同時個人猜想是否可以采用VEPA(從能查到的資料來看都是VEPA如何解決VM之間的流量問題的)或者類似VEPA之類的技術(shù)，將VM到Hypervisor的雙向流量引出到外部的交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)一下，這樣就為監(jiān)測這類攻擊提供了可能。
三、小結(jié)
總的來說，本文簡單地從數(shù)據(jù)流的走向來探討了一下云計算，尤其是云計算平臺下的安全問題和解決思路，對于云計算平臺下的安全問題除了云計算技術(shù)引發(fā)的特定的安全問題外(隱蔽信道、虛擬機(jī)逃逸、虛擬化漏洞等)，其它的安全問題基本都可以用傳統(tǒng)的思路來解決。
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