摘要：相比于傳統(tǒng)架構(gòu)，服務器虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了計算、網(wǎng)絡和存儲資源的統(tǒng)一管理，具有更高的平臺投資效費比、簡化管理難度及擴展性強等優(yōu)勢，將其應用于黨政內(nèi)網(wǎng)及軍工涉密等信息敏感程度高和網(wǎng)絡安全重要性強的領(lǐng)域，建設(shè)基于服務器虛擬化技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，對其網(wǎng)絡安全方面提出了更高的挑戰(zhàn)。文章通過分析服務器虛擬化涉及的網(wǎng)絡安全風險點，提出了選用國產(chǎn)自主可控的安全虛擬化產(chǎn)品、三網(wǎng)分離、安全域劃分等網(wǎng)絡安全設(shè)計思路，在提升數(shù)據(jù)中心運行效能的前提下，使得數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡更加安全、可靠。
關(guān)鍵詞：服務器虛擬化;數(shù)據(jù)中心;網(wǎng)絡安全
在新的信息技術(shù)不斷革新，網(wǎng)絡安全形勢復雜變化的大背景下，虛擬化技術(shù)作為云計算的關(guān)鍵技術(shù)，逐漸顯現(xiàn)了其在數(shù)據(jù)集中管控、安全邊界收緊、用戶策略統(tǒng)一管理等安全優(yōu)點，并在減少投資、降低管理成本、提高資源利用效率等方面具有優(yōu)勢。將虛擬化技術(shù)應用于黨政內(nèi)網(wǎng)及軍工涉密等信息敏感程度較高的領(lǐng)域的需求是迫切的，本文在深入分析虛擬化環(huán)境下信息系統(tǒng)安全風險的基礎(chǔ)上，基于國產(chǎn)自主可控的安全虛擬化產(chǎn)品，從虛擬化資源管理系統(tǒng)安全、身份認證與管理、安全監(jiān)控與審計、病毒與惡意代碼防護、端口及介質(zhì)管控、管理平臺安全等方面進行了安全設(shè)計和產(chǎn)品實現(xiàn)，有效控制了網(wǎng)絡安全風險。
1 安全風險分析通過對虛擬化環(huán)境下數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡安全風險進行整理及評估。
虛擬機間攻擊的風險惡意虛擬機通過攻擊物理機影響其他虛擬機傳統(tǒng)系統(tǒng)中主機互相獨立，不存在此風險，而虛擬化環(huán)境下由于多個虛擬機運行在同一物理機內(nèi)，虛擬機有可能對物理機內(nèi)其他虛擬機實施攻擊，需要能夠隔離防護這種攻擊虛擬機間的流量繞過監(jiān)控與審計措施傳統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)主機之間的流量可被傳統(tǒng)網(wǎng)絡監(jiān)控審計措施監(jiān)管，而傳統(tǒng)措施無法用于虛擬化環(huán)境的監(jiān)控與審計，需要有技術(shù)措施對虛擬化信息系統(tǒng)內(nèi)的流量進行控制，監(jiān)控與審計措施能夠發(fā)現(xiàn)虛擬機之間的攻擊行為用戶違規(guī)操作的風險用戶試圖對虛擬機內(nèi)配置進行修改傳統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)主機內(nèi)部的操作可被傳統(tǒng)審計工具檢測，而虛擬化環(huán)境下的主要操作在虛擬機，需要采用安全產(chǎn)品對虛擬機內(nèi)的操作進行審計監(jiān)控用戶突破安全規(guī)則使用虛擬機資源傳統(tǒng)系統(tǒng)的用戶只能操作本地資源，而虛擬化環(huán)境下的主要操作在虛擬機。
虛擬機有可能突破規(guī)則使用虛擬化信息系統(tǒng)資源，需要保證虛擬機間的資源隔離，并能監(jiān)控和審計虛擬機使用情況管理員配置管理的風險管理員擁有過多的虛擬機平臺管理權(quán)限傳統(tǒng)系統(tǒng)管理員擁有的權(quán)限主要在于應用系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，而虛擬化環(huán)境下管理員掌握了所有的虛擬化資源，具有權(quán)限較大，需要對管理員嚴格進行權(quán)限劃分和制約管理員對虛擬化管理平臺的非法操作或誤操作傳統(tǒng)系統(tǒng)如果出現(xiàn)管理員非法配置操作一般只會影響業(yè)務系統(tǒng)，而虛擬化環(huán)境下管理員對虛擬化管理平臺的非法操作會影響整個虛擬化信息系統(tǒng)。
需要有機制降低管理員的錯誤配置風險，并監(jiān)控與審計其操作系統(tǒng)配置管理日志泄露 傳統(tǒng)系統(tǒng)也存在此風險，而虛擬化環(huán)境下系統(tǒng)日志涉及整個系統(tǒng)的信息安全，對重要管理日志需要加強保護數(shù)據(jù)混雜風險不同密級虛擬機共用物理主機傳統(tǒng)系統(tǒng)不同密級服務器是分離的計算機設(shè)備，數(shù)據(jù)能夠有效隔離，而虛擬化環(huán)境下虛擬機可以共用物理主機，網(wǎng)絡邊界也較模糊，不同虛擬機的數(shù)據(jù)有可能混雜，用戶數(shù)據(jù)隱私和保密受到挑戰(zhàn)不同密級虛擬機共用存儲設(shè)備傳統(tǒng)系統(tǒng)不同密級服務器的存儲是分離的，不涉及此風險，而虛擬化環(huán)境下不同密級安全區(qū)域可能存在共用存儲集群的情況，需要對存儲設(shè)備進行隔離與訪問控制，以保證不同安全域?qū)?shù)據(jù)的隔離數(shù)據(jù)泄露風險虛擬機遷移時數(shù)據(jù)被非法復制或掛載傳統(tǒng)系統(tǒng)不涉及此風險，而虛擬化環(huán)境下虛擬機發(fā)生遷移過程中，數(shù)據(jù)卷可能被非法復制，需要保證遷移時不跨密級并清除原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)底層漏洞風險虛擬機監(jiān)控器漏洞 傳統(tǒng)系統(tǒng)不存在此風險，而虛擬化環(huán)境下增加了虛擬機監(jiān)控器一層，負責物理資源的調(diào)度，責任重大。
若采用存在后門的國外虛擬機監(jiān)控器，將會影響整個虛擬化信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全硬件設(shè)備內(nèi)含有惡意代碼傳統(tǒng)系統(tǒng)也存在此風險，而虛擬化環(huán)境下由于所有虛擬機運行在虛擬化信息系統(tǒng)的硬件內(nèi)，若硬件底層存在惡意代碼，則整個虛擬化信息系統(tǒng)的安全受到威脅，需要技術(shù)措施(如 TPM 芯片技術(shù))保證設(shè)備完整可信機房物理設(shè)施風險 機房被未授權(quán)人員進入 傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心規(guī)模相對較小，而虛擬化信息系統(tǒng)機房部署了大量核心設(shè)備，攻擊影響面巨大，需要在機房設(shè)施門禁增強鑒別措施虛擬化信息系統(tǒng)災難風險重要數(shù)據(jù)丟失 傳統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面向的用戶面較小，而虛擬化信息系統(tǒng)一旦發(fā)生災難會導致所有數(shù)據(jù)丟失，需要增強備份恢復機制重要業(yè)務被中斷 傳統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心只運行應用業(yè)務，而虛擬化信息系統(tǒng)運行所有虛擬機，發(fā)生災難會導致全部業(yè)務終止，應急和恢復需要迅速響應。
2 網(wǎng)絡安全設(shè)計
2.1 選用國產(chǎn)自主可控的安全虛擬化產(chǎn)品相比于 VMware、Citrix 等國外虛擬化產(chǎn)品，國產(chǎn)自主可控的安全虛擬化產(chǎn)品具有全自主國產(chǎn)化優(yōu)勢，獲得了相關(guān)保密資質(zhì)，更安全可控;符合涉密信息系統(tǒng)分級保護要求，強化了虛擬化內(nèi)核安全，從結(jié)構(gòu)和全面性上保證了虛擬化環(huán)境的體系性安全。
2.2 安全域劃分及邊界防護
根據(jù)系統(tǒng)處理信息的密級、責任單位、業(yè)務等將網(wǎng)絡劃分為不同的安全域，如終端安全域、安全管理服務器安全域、業(yè)務應用服務器安全域等。為了減少虛擬機隱通道攻擊的風險，服務器虛擬化系統(tǒng)將隸屬于不同安全域的虛擬服務器以獨立集群方式建設(shè)，位于不同安全域的虛擬服務器所使用的宿主機、存儲、交換機等均物理分開，確保不同密級的虛擬服務器不共享計算、存儲等物理設(shè)備。針對不同的集群，分別劃分 2個安全域：服務器安全域-虛擬化、服務器虛擬化集群管理安全域。在安全域邊界采用防火墻進行安全域間的訪問控制。
2.3 三網(wǎng)分離
服務器虛擬化系統(tǒng)通過隔離網(wǎng)絡平面將業(yè)務流進行分化，將虛擬化資源管理系統(tǒng)劃分為業(yè)務網(wǎng)平面、存儲網(wǎng)平面和管理網(wǎng)平面，并且三個平面之間是隔離的，避免不同數(shù)據(jù)流交叉，混雜傳輸。業(yè)務網(wǎng)平面：為用戶提供業(yè)務通道，為虛擬機虛擬網(wǎng)卡的通信平面，對外提供業(yè)務應用。存儲網(wǎng)平面：為存儲設(shè)備提供通信平面，并為虛擬機提供存儲資源，但不直接與虛擬機通信，而通過虛擬化資源管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。管理網(wǎng)平面：負責整個虛擬化系統(tǒng)的管理、業(yè)務部署、系統(tǒng)加載等流量的通信。
2.4 物理安全門控措施：
數(shù)據(jù)中心機房設(shè)置雙人認證方式的門禁系統(tǒng)，嚴格落實審批登記管理制度。設(shè)備安放：服務器虛擬化系統(tǒng)的宿主機、集中存儲等關(guān)鍵硬件設(shè)備所在機柜加鎖防護，并確保在攝像頭覆蓋范圍內(nèi)，24 小時視頻監(jiān)控。設(shè)備數(shù)據(jù)接口：在服務器虛擬化系統(tǒng)的宿主機上安裝計算機及移動存儲介質(zhì)管理系統(tǒng)，對光驅(qū)、軟驅(qū)、USB 口、并口、串口等進行管控，防止被非授權(quán)使用。設(shè)備維修：機房巡檢、設(shè)備維修維護等，至少 2 名機房運維管理人員同進同出，外來人員進入機房，機房運維管理人員全程旁站陪同。在對服務器虛擬化系統(tǒng)宿主機、存儲等關(guān)鍵硬件設(shè)備進行維護時，至少 2 名機房運維管理人員同時在場方可進行物理設(shè)備操作。
2.5 運行安全
(1)備份與恢復虛擬化資源管理系統(tǒng)的服務器采用雙機熱備方式部署，出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，可實現(xiàn)快速恢復或自動切換。采用備份系統(tǒng)對虛擬機進行定期自動備份，當虛擬機崩潰或系統(tǒng)異常時對其進行恢復，保證磁盤文件和系統(tǒng)存儲的完整性;對應用相關(guān)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)庫、非結(jié)構(gòu)化業(yè)務數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置文件、日志文件等)進行定期自動備份，當應用相關(guān)數(shù)據(jù)因誤刪或損壞時對其進行恢復，保證應用數(shù)據(jù)的完整性。(2)惡意代碼與計算機病毒防治虛擬化環(huán)境下采用輕代理的防病毒方案，在宿主機和虛擬機上安裝防病毒軟件驅(qū)動進行病毒查殺和實時監(jiān)控。
(3)虛擬機安全監(jiān)控與審計在虛擬機中安裝審計監(jiān)控客戶端軟件，實現(xiàn)虛擬機中的操作行為審計。包括對主機狀態(tài)、配置信息、賬戶、進程、服務、主機網(wǎng)絡連接、打印、刻錄、非授權(quán)接入、共享、補丁安裝、文件和目錄操作、違規(guī)以及異常行為進行監(jiān)控和審計。將服務器虛擬化系統(tǒng)中的虛擬交換機流量外遷至指定虛擬交換機端口和物理交換機端口，之后再接入入侵檢測系統(tǒng)，監(jiān)控宿主機內(nèi)各虛擬機之間的網(wǎng)絡行為。利用國產(chǎn)化安全虛擬化產(chǎn)品自身對虛擬資源管理、虛擬機管理、賬戶管理、策略設(shè)置等管理員操作行為和系統(tǒng)事件、資源狀況、更新維護等行為進行審計。(4)端口及介質(zhì)管控在宿主機和虛擬機中安裝計算機及移動存儲介質(zhì)管理系統(tǒng)客戶端，進行違規(guī)外聯(lián)監(jiān)控，以及端口使用控制、監(jiān)控和審計，并對違規(guī)外聯(lián)行為進行報警和阻斷。(5)運維安全設(shè)置專門用于服務器虛擬化運維管理的終端，進行地址綁定，專人使用，運維人員對該終端的使用采取視頻監(jiān)控;宿主機的運維管理網(wǎng)絡單獨組網(wǎng)。
(6)虛擬化資源管理系統(tǒng)安全加固宿主機的操作系統(tǒng)均采用經(jīng)過剪裁的 Linux 系統(tǒng)，在剪裁過程中，僅保留必要的硬件驅(qū)動及虛擬化資源管理必要的服務，僅開放虛擬機管理系統(tǒng)進行業(yè)務管理必需的網(wǎng)絡端口，針對有限的開放端口也進行綁定保護。關(guān)閉不必需的多余賬戶，并對 root 賬戶進行加固，禁止使用 root 賬戶直接登錄，提高賬戶密碼復雜性要求，減少密碼錯誤重試次數(shù)，并增大重試錯誤后的間隔期，提高系統(tǒng)在密碼暴力破解面前的安全性。對系統(tǒng)重要組件和文件進行定期文件一致性檢查，確保系統(tǒng)的安全性。(7)虛擬機安全管理制訂虛擬服務器使用管理制度，對虛擬服務器的申請、審批、創(chuàng)建、使用、廢止等環(huán)節(jié)進行全生命周期管控，明確根賬號的管理、虛擬服務器管理、鏡像模板管理、機房進出、運維管理、備份與恢復、應急演練等。(8)安全性能檢測采用漏洞掃描系統(tǒng)，定期對服務器虛擬化系統(tǒng)進行漏洞檢測、分析和評估，及時發(fā)現(xiàn)存在的安全漏洞并進行修復。
2.6 信息安全
(1)物理隔離服務器虛擬化系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)及其他公共信息網(wǎng)絡物理隔離。(2)虛擬機密級標識服務器虛擬化系統(tǒng)中，根據(jù)虛擬機處理涉密信息的最高密級，標識其虛擬機的密級。密級標識與虛擬機不可分離，并在其全生命周期過程中不得非授權(quán)修改。(3)身份認證管理員登錄虛擬化資源管理系統(tǒng)，業(yè)務用戶登錄應用系統(tǒng)均采用基于雙因子身份鑒別方式，如數(shù)字證書的 USBKey 與 PIN 碼相結(jié)合的方式進行身份認證。
3 結(jié)語
基于服務器虛擬化技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)，雖然使得數(shù)據(jù)中心運行更加高效，但其安全隱患也非常多。本文梳理了涉及的各種網(wǎng)絡安全風險，提出了相應的安全設(shè)計思路，可供各種應用場景進行參考，尤其是政府內(nèi)網(wǎng)及軍工涉密等領(lǐng)域。在保障服務器虛擬化為數(shù)據(jù)中心提供高效的技術(shù)架構(gòu)的前提下，強化網(wǎng)絡安全的研究設(shè)計，更好服務于各種應用場景。
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作者：金俊玲 王昕
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