雲計算的安全問題

 　　1.  前言

　　雲計算已經是非常火爆的概念了，涉及的服務也非常多，彈性計算服務、文件存儲服務、關系數據庫服務、key-value數據庫服務等等不勝枚舉。本文將簡要闡述一下彈性計算服務的安全問題，因為彈性計算是應用得最普遍的雲服務，也是安全風險最大的雲服務。

　　由於許多東西涉及公司機密，技術細節、實現或者新的方向，本文中不進行講解。有興趣的可以投一份簡歷過來，我們共同為雲計算努力。

　　2.  雲計算帶來的新風險

　　在雲計算之前的時代，傳統IDC機房就面臨著許多的安全風險。然後這些問題毫無遺漏的傳遞到了雲計算時代，不僅如此，雲計算獨有的運作模式還帶來了更多新的問題。

　　2.1.  雲內部的攻擊

　　l 安全域被打破

　　在對外提供雲計算業務之前，互聯網公司使用獨立的IDC機房，由邊界防火牆隔離成內外兩塊。防火牆內部屬於可信區域，自己獨占，外部屬於不可信區域，所有的攻擊者都在這裡。安全人員只需要對這一道隔離牆加高、加厚即可保障安全，也可以在這道牆之後建立更多的牆形成縱深防御。

　　但是在開始提供雲計算業務之後，這種簡潔的內外隔離的安全方案已經行不通了。通過購買雲服務器，攻擊者已經深入提供商網絡的腹地，穿越了邊界防火牆。另外一方面，雲計算內部的資源不再是由某一家企業獨享，而是幾萬、幾十萬甚至更多的互相不認識的企業所共有，當然也包含一些懷有惡意的用戶。顯然，按照傳統的方式劃分安全域做隔離已經行不通了，安全域被打破。

　　l 新的攻擊方式

　　傳統IDC時代攻擊者處於邊界防火牆外部，和企業服務器、路由器之間只有IP協議可達，也就是說攻擊者所能發起的攻擊，只能位於三層之上。

　　但是對於雲計算來說，情況發生了變化。在一個大二層網絡裡面，攻擊者所控制的雲服務器與雲服務提供商的路由器二層相連，攻擊者可以在更低的層面對這些設備發動攻擊，如基於ARP協議的攻擊，比如說常見的ARP欺騙攻擊，甚至更底層的以太網頭部的偽造攻擊。

　　關於以太網頭部的偽造攻擊，我曾經遇到過一次。攻擊者發送的數據包非常小，僅僅包含以太網頭部共14個字節，源和目的物理地址都是偽造的，上層協議類型為2個字節的隨機數據，並非常見的IP協議或者ARP協議，對交換機造成了一些不良影響。

　　l  虛擬層穿透

　　雲計算時代，一台宿主機上可能運行著10台虛擬機，這些虛擬機可能屬於10個不通的用戶。從某種意義上說，這台物理機的功能與傳統IDC時代的交換機相當，它就是一台交換機，承擔著這10台虛擬機的所有流量交換。

　　入侵了一台宿主機，其危害性與入侵了傳統時代的一個交換機新黨。但是與交換機相比，是這台宿主機更容易被入侵還是交換機更容易被入侵?顯然是宿主機更容易入侵。

　　首先，攻擊者的VM直接運行在這台宿主機的內存裡面，僅僅是使用一個虛擬層隔離，一旦攻擊者掌握了可以穿透虛擬層的漏洞，毫不費力的就可以完成入侵，常見的虛擬化層軟件如xen、kvm都能找到類似的安全漏洞。

　　其次，交換機的系統比較簡單，開放的服務非常有限。而宿主機則是一台標准的Linux服務器，運行著標准的Linux操作系統以及各種標准的服務，可被攻擊者使用的通道也多得多。

　　2.2.  大規模效應

　　l 傳統攻擊風險擴大

　　為了方便讓VM故障漂移以及其它原因，雲計算網絡一般的都會基於大二層架構，甚至是跨越機房、跨越城市的大二層架構。一個VLAN不再是傳統時代的200來台服務器，數量會多達幾百台、幾千台。在大二層網絡內部，二層數據交換依賴交換機的CAM表尋址。當MAC地址的規模達到一定規模之後，甚至可能導致CAM表被撐爆。

　　類似的，ARP欺騙、以太網端口欺騙、ARP風暴、NBNS風暴等等二層內部的攻擊手法，危害性都遠遠超過了它們在傳統時代的影響。

　　l 攻擊頻率急劇增大

　　由於用戶的多樣性以及規模巨大，遭受的攻擊頻率也是急劇增大。以阿裡雲現在的規模，平均每天遭受數百起起DDoS攻擊，其中50%的攻擊流量超過5GBit/s。針對WEB的攻擊以及密碼破解攻擊更是以億計算。

　　這種頻度的攻擊，給安全運維帶來巨大的挑戰。

　　2.3.  安全的責任走向廣義

　　隨著更多的雲用戶入住，雲內部署的應用也更是五花八門。安全部門的需要負責的領域也逐漸擴大，從開始的保護企業內部安全，逐漸走向更上層的業務風險。

　　l 雲計算資源的濫用

　　雲計算資源濫用主要包括兩個方面，一是使用外掛搶占免費試用主機，甚至惡意欠費，因為雲計算的許多業務屬於後付費業務，惡意用戶可能使用虛假信息注冊，不停的更換信息使用資源，導致雲服務提供商產生資損。作為安全部門，需要對這種行為進行控制。

　　另一方面，許多攻擊者也會租用雲服務器，進行垃圾郵件發送、攻擊掃描、欺詐釣魚之類的活動，甚至用來做botnet的C&C。安全部門需要能准確、實時的發現這種情況，並通過技術手段攔截。

　　l 不良信息處理

　　不良信息主要是指雲服務器用戶提供一些色情、賭博之類的服務，雲服務提供商需要能夠及時識別制止，防止帶來業務風險。

　　3.  技術挑戰

　　要解決上述的這些風險，基於傳統的防御思路，需要在網絡中部署訪問控制策略，實施流量監控系統等等東西。但是對於雲來說，實施這些東西會遇到巨大的挑戰。

　　3.1.  失控的雲

　　傳統時代，所有的流量都會通過交換機進行。通過netflow、snmp、ACL等手段可以做到足夠完善的流量監控和訪問控制策略。但是在雲時代，不跨越宿主機的VM之間的流量在宿主機的內存中直接交換完畢，網絡部門、安全部門無法查看、控制這些流量。

　　為了解決雲服務器被入侵的問題，安全部門需要在服務器上部署各種安全產品，但是不幸的是在雲計算時代，這些服務器的所有權並不歸屬雲提供商，安全部門同樣沒有權限對這些機器進行操作。

　　也就是說，在雲時代，安全部門只是隔靴搔癢的來解決安全問題。

　　3.2.  業務多樣化帶來防御復雜性

　　傳統IDC時代，安全部門聯合網絡部門劃分一個一個的安全域，DNS服務器歸DNS區域，WEB服務器歸WEB區域，數據庫服務器歸數據庫區域，一切都井井有條。但是在雲時代，數以十萬計的用戶在幾十萬的雲服務器上，運行著各種各樣的服務。他們的PV、QPS、響應時間要求各不相同。

　　而安全方案又不可能有放之四海皆准的萬能藥，拿DDoS防御為例，CC攻擊

　　最常見的防御方案為客戶端meta跳轉、302跳轉甚至驗證碼。對於普通的以PC為主要客戶的網站來說，這麼做沒有任何問題。但是對於以手機APP為主要客戶的網站來說，這麼做就是滅頂之災，手機APP由於訪問的是WEB API接口，一般不會解析這種客戶端跳轉，更不用說填寫驗證碼了，將導致業務完全不可用。

　　業務的這種復雜性，給安全防御帶來不小的挑戰。

　　3.3.  隱私與監控的平衡

　　擔心隱私，擔心數據安全是目前上雲的最大阻力，但是為了解決雲計算資源濫用、個性化安全策略等許多問題，都需要做流量監控，可能引起用戶的擔憂。作為雲計算安全的設計者，需要小心的把握兩者的平衡。

　　4.  阿裡雲的解決方案

　　在阿裡雲，安全部門是作為公司成立的第一批員工加入的，初期占公司總員工總數的10%以上。從一開始，我們就將雲的安全性作為首要問題。2013年12月10日訊，英國標准協會(簡稱BSI)宣布阿裡雲計算有限公司(簡稱阿裡雲)獲得全球首張雲安全國際認證金牌(CSA-STAR)，這也是BSI向全球雲服務商頒發的首張金牌。

　　4.1.  分布式虛擬交換機

　　為了解決雲VM的網絡控制問題，我們設計了一套分布式的虛擬交換機，並提供WEB API供外部調用。分布式虛擬交換機部署在每一台宿主機裡面，與控制中心通信，上報、接收安全策略。它主要提供兩大功能：

　　l 自動遷移的安全組策略

　　在雲時代，不同的用戶共用同一段IP地址，基於IP地址已經難以區分業務了。因此，我們使用用戶ID來做區分，基於用戶ID來實現安全域，實施安全策略。當用戶的VM出現故障遷移到其它宿主機時，這個VM的安全策略會自動遷移過去。

　　l 動態綁定過濾

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