云计算的安全问题

1. 前言

云计算已经是非常火爆的概念了，涉及的服务也非常多，弹性计算服务、文件存储服务、关系数据库服务、key-value数据库服务等等不胜枚举。本文将简要阐述一下弹性计算服务的安全问题，因为弹性计算是应用得最普遍的云服务，也是安全风险最大的云服务。

由于许多东西涉及公司机密，技术细节、实现或者新的方向，本文中不进行讲解。有兴趣的可以投一份简历过来，我们共同为云计算努力。

2. 云计算带来的新风险

在云计算之前的时代，传统IDC机房就面临着许多的安全风险。然后这些问题毫无遗漏的传递到了云计算时代，不仅如此，云计算独有的运作模式还带来了更多新的问题。

2.1. 云内部的攻击

l 安全域被打破

在对外提供云计算业务之前，互联网公司使用独立的IDC机房，由边界防火墙隔离成内外两块。防火墙内部属于可信区域，自己独占，外部属于不可信区域，所有的攻击者都在这里。安全人员只需要对这一道隔离墙加高、加厚即可保障安全，也可以在这道墙之后建立更多的墙形成纵深防御。

但是在开始提供云计算业务之后，这种简洁的内外隔离的安全方案已经行不通了。通过购买云服务器，攻击者已经深入提供商网络的腹地，穿越了边界防火墙。另外一方面，云计算内部的资源不再是由某一家企业独享，而是几万、几十万甚至更多的互相不认识的企业所共有，当然也包含一些怀有恶意的用户。显然，按照传统的方式划分安全域做隔离已经行不通了，安全域被打破。

l 新的攻击方式

传统IDC时代攻击者处于边界防火墙外部，和企业服务器、路由器之间只有IP协议可达，也就是说攻击者所能发起的攻击，只能位于三层之上。

但是对于云计算来说，情况发生了变化。在一个大二层网络里面，攻击者所控制的云服务器与云服务提供商的路由器二层相连，攻击者可以在更低的层面对这些设备发动攻击，如基于ARP协议的攻击，比如说常见的ARP欺骗攻击，甚至更底层的以太网头部的伪造攻击。

关于以太网头部的伪造攻击，我曾经遇到过一次。攻击者发送的数据包非常小，仅仅包含以太网头部共14个字节，源和目的物理地址都是伪造的，上层协议类型为2个字节的随机数据，并非常见的IP协议或者ARP协议，对交换机造成了一些不良影响。

l 虚拟层穿透

云计算时代，一台宿主机上可能运行着10台虚拟机，这些虚拟机可能属于10个不通的用户。从某种意义上说，这台物理机的功能与传统IDC时代的交换机相当，它就是一台交换机，承担着这10台虚拟机的所有流量交换。

入侵了一台宿主机，其危害性与入侵了传统时代的一个交换机新党。但是与交换机相比，是这台宿主机更容易被入侵还是交换机更容易被入侵?显然是宿主机更容易入侵。

首先，攻击者的VM直接运行在这台宿主机的内存里面，仅仅是使用一个虚拟层隔离，一旦攻击者掌握了可以穿透虚拟层的漏洞，毫不费力的就可以完成入侵，常见的虚拟化层软件如xen、kvm都能找到类似的安全漏洞。

其次，交换机的系统比较简单，开放的服务非常有限。而宿主机则是一台标准的Linux服务器，运行着标准的Linux操作系统以及各种标准的服务，可被攻击者使用的通道也多得多。

2.2. 大规模效应

l 传统攻击风险扩大

为了方便让VM故障漂移以及其它原因，云计算网络一般的都会基于大二层架构，甚至是跨越机房、跨越城市的大二层架构。一个VLAN不再是传统时代的200来台服务器，数量会多达几百台、几千台。在大二层网络内部，二层数据交换依赖交换机的CAM表寻址。当MAC地址的规模达到一定规模之后，甚至可能导致CAM表被撑爆。

类似的，ARP欺骗、以太网端口欺骗、ARP风暴、NBNS风暴等等二层内部的攻击手法，危害性都远远超过了它们在传统时代的影响。

l 攻击频率急剧增大

由于用户的多样性以及规模巨大，遭受的攻击频率也是急剧增大。以阿里云现在的规模，平均每天遭受数百起起DDoS攻击，其中50%的攻击流量超过5GBit/s。针对WEB的攻击以及密码破解攻击更是以亿计算。

这种频度的攻击，给安全运维带来巨大的挑战。

2.3. 安全的责任走向广义

随着更多的云用户入住，云内部署的应用也更是五花八门。安全部门的需要负责的领域也逐渐扩大，从开始的保护企业内部安全，逐渐走向更上层的业务风险。

l 云计算资源的滥用

云计算资源滥用主要包括两个方面，一是使用外挂抢占免费试用主机，甚至恶意欠费，因为云计算的许多业务属于后付费业务，恶意用户可能使用虚假信息注册，不停的更换信息使用资源，导致云服务提供商产生资损。作为安全部门，需要对这种行为进行控制。

另一方面，许多攻击者也会租用云服务器，进行垃圾邮件发送、攻击扫描、欺诈钓鱼之类的活动，甚至用来做botnet的C&C。安全部门需要能准确、实时的发现这种情况，并通过技术手段拦截。

l 不良信息处理

不良信息主要是指云服务器用户提供一些色情、赌博之类的服务，云服务提供商需要能够及时识别制止，防止带来业务风险。

3. 技术挑战

要解决上述的这些风险，基于传统的防御思路，需要在网络中部署访问控制策略，实施流量监控系统等等东西。但是对于云来说，实施这些东西会遇到巨大的挑战。

3.1. 失控的云

传统时代，所有的流量都会通过交换机进行。通过netflow、snmp、ACL等手段可以做到足够完善的流量监控和访问控制策略。但是在云时代，不跨越宿主机的VM之间的流量在宿主机的内存中直接交换完毕，网络部门、安全部门无法查看、控制这些流量。

为了解决云服务器被入侵的问题，安全部门需要在服务器上部署各种安全产品，但是不幸的是在云计算时代，这些服务器的所有权并不归属云提供商，安全部门同样没有权限对这些机器进行操作。

也就是说，在云时代，安全部门只是隔靴搔痒的来解决安全问题。

3.2. 业务多样化带来防御复杂性

传统IDC时代，安全部门联合网络部门划分一个一个的安全域，DNS服务器归DNS区域，WEB服务器归WEB区域，数据库服务器归数据库区域，一切都井井有条。但是在云时代，数以十万计的用户在几十万的云服务器上，运行着各种各样的服务。他们的PV、QPS、响应时间要求各不相同。

而安全方案又不可能有放之四海皆准的万能药，拿DDoS防御为例，CC攻击

最常见的防御方案为客户端meta跳转、302跳转甚至验证码。对于普通的以PC为主要客户的网站来说，这么做没有任何问题。但是对于以手机APP为主要客户的网站来说，这么做就是灭顶之灾，手机APP由于访问的是WEB API接口，一般不会解析这种客户端跳转，更不用说填写验证码了，将导致业务完全不可用。

业务的这种复杂性，给安全防御带来不小的挑战。

3.3. 隐私与监控的平衡

担心隐私，担心数据安全是目前上云的最大阻力，但是为了解决云计算资源滥用、个性化安全策略等许多问题，都需要做流量监控，可能引起用户的担忧。作为云计算安全的设计者，需要小心的把握两者的平衡。

4. 阿里云的解决方案

在阿里云，安全部门是作为公司成立的第一批员工加入的，初期占公司总员工总数的10%以上。从一开始，我们就将云的安全性作为首要问题。2013年12月10日讯，英国标准协会(简称BSI)宣布阿里云计算有限公司(简称阿里云)获得全球首张云安全国际认证金牌(CSA-STAR)，这也是BSI向全球云服务商颁发的首张金牌。

4.1. 分布式虚拟交换机

为了解决云VM的网络控制问题，我们设计了一套分布式的虚拟交换机，并提供WEB API供外部调用。分布式虚拟交换机部署在每一台宿主机里面，与控制中心通信，上报、接收安全策略。它主要提供两大功能：

l 自动迁移的安全组策略

在云时代，不同的用户共用同一段IP地址，基于IP地址已经难以区分业务了。因此，我们使用用户ID来做区分，基于用户ID来实现安全域，实施安全策略。当用户的VM出现故障迁移到其它宿主机时，这个VM的安全策略会自动迁移过去。

l 动态绑定过滤

我们借鉴思科的DAI技术，实现了对数据包的动态检查，在VM发出的数据包出虚拟网卡之前做一次过滤，剔除伪造的报文。如伪造源IP地址的报文，伪造源MAC地址的报文。靠近源端过滤，可以有效的减轻恶意流量对网络造成的影响。

4.2. 基于数据分析的云盾系统

基于数据分析的个性化安全，与监控恶意行为类似。我们统计并绘制每个云服务器的 BPS、PPS、QPS时间曲线图，掌握最终用户的访问规律。根据User-Agent、源IP地址归属分析移动APP、PC的访问分布。基于这些统计数据，我们定制每个云VM的WAF防御策略，DDoS防御触发阈值、清洗阈值等，这就是阿里云的云盾系统。

其次，由于前文描述过的大规模的原因，我们的云盾系统每天可以捕获大量的恶意IP地址，包括WEB攻击行为、DDoS攻击行为、密码破解行为、恶意注册行为等等。我们的安全系统将这些IP地址作为统一的资源库提供，所有的安全产品进行联动，在攻击者对某个VM进行攻击之前就完成了防御。

由于有了这些数据的整合，阿里云的云盾形成一个完整的体系，在各个不同的层面形成防御，组建战略纵深。各个子产品的数据打通，互相协助，一同进化，保护着云平台的安全。

4.3. 宏观分析统计

鉴于隐私的考虑，我们不对应用层数据做监控，而是通过对五元组之类的数据做宏观统计，发现恶意用户对云主机的滥用。

如上图是一个典型的端口扫描之后做密码扫描的例子。凌晨1点到9点之间，云VM在最外做端口扫描，因为许多主机不存活，导致出流量远大于进流量，而且具备非常典型的攻击特征，他只尝试访问大量IP地址的22、、1433、3389端口。在上午10点半左右，进的流量开始大起来，而且目的端口不变，目的IP是前面IP地址的子集。这说明，攻击者已经提取了开放服务的主机，在进行密码扫描了。

使用这种方式，我们避免了侵犯隐私，又能够实现对恶意行为的侦测。

5. 总结

就我个人的理解，云的安全不会是由云服务提供商一家来做，一定是将网络开放出来由众多的安全服务厂商提供自己的产品，为形形色色的用户提供个性化、定制化的产品和服务。