1、2011 年第 11 期 广播与电视技术 123 摘要: 本文对国内外主要研究机构、企业对云计算安全 的关注给予了剖析和总结，尤其针对云计算安全体系架 构和支撑体系进行了汇总分析，可为云计算应用过程的 安全和信息保护提供借鉴。 关键词: 云计算 云安全 架构 体系 0 引言 云计算的出现是传统 IT 领域和通信领域技术进步、需求 推动和商业模式变化共同促进的结果，具有以网络为中心、 以服务为提供方式、高扩展性和高可靠性以及资源使用透明 化等主要特征。业界认为云计算是继 PC、互联网之后信息产 业的第三次变革，将对社会信息化发展产生深远影响。根据 IDC 在 2009 年底发布的一项调查报告显示
2、，云计算服务面 临的前三大市场挑战分别为服务安全性、稳定性和性能表现。 2009 年 11 月，Forrester Research 公司的调查结果显示，有 51% 的中小型企业认为安全性和隐私问题是他们尚未使用云 服务的最主要原因。Gartner2009 年的调查结果显示，70% 以上受访企业的 CTO 认为近期不采用云计算的首要原因在于 存在数据安全性与隐私性的忧虑。由此可见，安全性是客户 选择云计算应用时的首要考虑因素。 1 国内外云计算安全体系架构 云计算具有按需服务、宽带接入、虚拟化资源池、快速 弹性架构、可测量的服务、多用户等特征，为信息系统带来 国内外云计算安全体系架构 研究状况
3、分析 了新的安全威胁。云计算环境催生了新的信息安全技术， 包括： 虚拟机隔离、多用户隔离、共享虚拟化资源池的数据保护和 自销毁、远程接入云等。同时，传统信息安全技术在云计算 环境下存在大量的现实需求，包括 ： 访问控制、数据传输和 存储加密、身份认证、系统安全加固、漏洞扫描、安全配置 管理等，由于云计算的新特点和面临的新威胁，使得这些技 术需要在云计算环境下进一步发展。 云计算安全涉及到云监管方、云使用方、云提供方三种 角色。云监管方主要关注和云计算相关的安全制度、 政策制定， 云计算安全标准的制定，云计算安全水平评级，以及服务许 可与监管等方面。云使用方主要关注用户数据和隐私的私密 性问题、
4、使用云服务给客户带来的安全问题，如何保证服务 连续性的问题，以及云中用户数据的备份和恢复问题。云提 供方主要关注云服务安全保障问题、云计算环境风险识别和 管理、数据存储和容灾问题、云审计问题以及法规遵从问题。 为了消除云用户将现有应用迁移到云过程中的安全忧虑， 以及满足企业的各种合规性安全要求，安全业界推出了各种 各样的云安全解决方案。本文对几个主要的云安全解决方案 进行介绍。 1.1云安全联盟云计算安全架构 CSA（Cloud Security Alliance，云安全联盟）从云服务 模型角度提出了一个云计算安全参考模型，该参考模型描述 了三种基本云服务的层次性及其依赖关系，并实现了从云服
5、务模型到安全控制模型的映射，如图 1 所示。该安全参考模 型的重要特点是 ： 供应商所在的等级越低，云服务用户所要 承担的安全能力和管理职责就越多。 在 SaaS 情况下，这意味着在合同里需要对服务本身和提 供商的服务水平、安全、管控、合规性以及责任期望等有明 安全播出与监测 Safety Broadcasting & Monitoring广播与电视技术 2011 年第 11 期 124 确要求。在 PaaS 或 IaaS 情况 下，这些内容的管理责任是用 户自己的系统管理员，提供商 对于安全保护底层平台和基础 设施组件以确保基本服务的可 用性和安全，其具体要求可能 会有一些相关的出入。 云计
6、算中的安全控制机制 与传统 IT 环境中的安全控制机 制没有本质的不同。不过，云 计算环境下存在其特有的安全 风险，因此具有特别的安全关 注领域。CSA 将对云服务的主 要安全关注点分为治理和运行 两个领域，共涉及 12 个具体 的关键域（D2-D13） ，如图 2 所示。其中治理域范畴很宽，主要解决云计算环境中的战略 和策略，而运行域则关注于更战术型的安全考虑以及架构内 的实现。 1.2 IBM云计算安全架构 IBM 基于其企业信息安全框架给出了一个云计算安全架 构， 云计算安全架构从资源的角度分为 5 个方面， 如图 3 所示。 1. 用户认证与授权 ： 授权合法用户进入系统和访问数据，
7、拒绝非授权的访问。 2. 流程管理 ： 对需要在云计算中心运行的项目比如资源 的申请、变更、监控及使用进行流程化的管理。 3. 多级权限控制 ： 对云计算资源的访问和管理涉及多个 安全领域，每一个安全领域都需要进行权限控制，一般分为 以下几级 ： 机房管理和维护人员，云计算管理员，云计算维 护员，系统管理员。 4. 数据隔离和保护 ： 针对使用统一共享的存储设备为多 个用户提供存储的情况，需要通过存储自身的安全措施、Lun Masking、Lun Mapping 等功能管理数据的访问权限，从而对 客户所有的数据和信息进行安全保护。对存放于完全不同的 存储格式中的数据进行发现、归类、保护和监控，
8、并提供对 关键的知识产权和敏感的企业信息的保护。对于存储在云计 算平台的数据，可采用快照、备份、容灾等重要保护手段确 保客户重要数据的安全。对于数据备份用户可通过专门的软 件对其文件、数据库按照用户设定的备份策略进行自动备份 及恢复， 包括在线或离线备份。提供对操作系统级的整体备份， 从而进一步保护用户数据及运行环境。 5. 服务器隔离 ： 对于重要的应用，通过双机备份的形势 来保障应用的可靠性，实现虚拟机之间的热迁移，从而保证 应用的连续性 ； 从安全角度考虑，通过虚拟化解决方案的分 区组件，实现所有虚拟计算机之间 CPU、存储和网络资源的 隔离，这样进程、动态连接库及应用程序不会影响同一台
9、服 务器上其他虚拟服务器的应用。 6. 存储隔离 ： 对于数据存储的安全，可以采用单独的存 储设备，从而从物理层面隔离数据，确保数据安全 ； 也可采 用虚拟统一存储，通过划分 LUN，并设置 LUN 访问权限来从 逻辑层保护数据的访问安全。 7. 网络隔离： 通过VLAN保证网络的安全性和隔离 性。VLAN 的隔离性由交换机及各主机上的虚拟化引擎保证。 VLAN 提供数据链路层的隔离，可以保证一个 VLAN 的帧不会 发给另一个 VLAN。VLAN 通过虚拟机的 MAC 地址对虚拟机 进行标识，即使用户手动改变虚拟机 IP 地址，他也无法变更 虚拟机所处的 VLAN。云计算管理服务器以及各物理
10、主机本身 处于一个独立的 VLAN，防止云计算的用户从自己的项目环境 侵入管理环境。 8. 系统灾备 ： 云计算系统以集中灾备的方式帮助平台使 用者尽快恢复业务和数据，客户可在本地同城或异地建立远 距离的容灾中心，容灾中心与云计算中心通过专用网络相连， 以便传输应用或数据。 1.3思科云数据中心安全架构 图 1 CSA 云模型、安全控制和合规模型映射 安全播出与监测 安全播出与监测 Safety Broadcasting & Monitoring Safety Broadcasting & Monitoring2011 年第 11 期 广播与电视技术 125 思科提出的一个云数据中心安全框架如
11、图 4 所示。该云 数据中心安全框架描述了云数据中心的威胁模型以及可减少 安全风险的措施。此外，该框架还显示了控制合规和 SLA 组 件的关系。思科认为，云数据中心的安全关键在于要在架构 的每一层实现，而不是事后考虑或者作为一个组成模块。 威胁 ： 包括服务崩溃，入侵，数据泄漏，数据披露，数 据修改，以及身份窃取和假冒。 云数据中心可视性 ： 包括身份识别、监控和关联分析。 云数据中心保护 ： 包括虚拟机加固、虚拟机隔离、网络 隔离和强制。 云数据中心控制 ： 云数据中心的安全架构的控制方面有 多个维度，从对数据的控制供应到访问管理系统，在这部分 需要考虑安全基线、数据划分、加密策略、虚拟操作
12、系统的 管理和访问、强认证、身份和访问管理、单点登录、完整性 监控等。 合规和服务水平协议 SLA ： 云数据中心安全架构的合规 和 SLA 是多方面的。比如对于数据和系统的合规必须考虑分 类需求和隔离。审计和风险、隐私需求评估。云数据中心的 架构和安全交付应该映射 SLA 的内容。 1.4 Amazon EC2 安全架构 Amazon EC2 安全架构在多个层次上提供安全保障 ： 宿 主系统的操作系统层次，guest 操作系统，防火墙，签名 API 调用。目标是保护 Amazon EC2 中的数据不被未授权的系统 或用户拦截。 宿主操作系统 ： 访问管理平台的业务管理员需要使用多 因子认证方
13、式访问特意建造的管理主机。这些管理主机是特 别设计、建造、配置和加固的，以保护云管理平台。所有到 管理主机的访问都被写入日志并被审计。当员工不在有访问 管理平台的业务需求时，他对这些主机及相关系统的的特权 和访问将被撤销。 Guest 操作系统（虚拟化操作系统） ： 由用户完全控制。 用户有用 root 权限，对账户服务和应用有管理员控制权限。 用户一般应禁止基于密码的访问方式，而使用多因子认证的 方式来确认使用者的身份。 防火墙 ： Amazon EC2 提供了一个完整的防火墙解决方 案，默认防火墙的设置是 deny，用户需要开放自己的端口。 可以从协议、服务端口、源 IP 或 CIDR 块
14、等角度来做限制。 Hypervisor ： Amazon EC2 使 用 高 度 定 制 化 的 Xen hypervisor，在 guest 和 hyperbisor 之间完全隔离。 实例隔离： 同一物理机上运行的不同实例通过Xen hypervisor 相互隔离。 1.5 ENISA关于云计算的安全建议 ENISA（European Network and Information Security Agency，欧洲网络和信息安全研究所）是负责欧盟内部各个 国家网络与信息安全的一个研究机构，负责为欧盟内各个国 图 4 思科云数据中心安全架构 图 2 CSA 云安全指南 13 个关键域 图
15、3 IBM 云计算安全架构 安全播出与监测 安全播出与监测 Safety Broadcasting & Monitoring Safety Broadcasting & Monitoring广播与电视技术 2011 年第 11 期 126 家在网络与信息安全的问题提出建议 和指导安全方面的实践活动等。 在 ENISA 关于云计算安全的研 究中，主要的研究成果是从企业的角 度出发，对云计算可能带来的好处以 及安全方面的风险。 ENISA 建议当企业要把数据交给 云计算服务商托管时，该如何做才能 把风险降到最低。ENISA 在报告中指 出，云计算的好处很明显，就是内容 和服务随时都可存取，而企业也
16、可降 低成本，因为不必再花冤枉钱管理超 过需求的数据中心容量，而是可以根 据具体的需求调整用量，并依照实际 用量付费。通过使用云计算提供商提 供的云计算服务，企业不必维护某些 硬件或软件， 同时也可以 “解放” 企业内部的 IT 资源。 但是目前， 企业仍对云计算望而却步，首要的问题是安全性。企业质疑， 是否能够放心把企业的数据、甚至整个商业架构，交给云计 算服务供货商。 云计算虽然号称 24h 全天候提供服务，但其数据中心 也可能因故障停机。这将导致他们只依赖一家服务供货商， 万一数据与服务必须移交给另一家服务供货商，可能遭遇问 题。再者，把数据搬上云，企业可能面临主管当局审查方面 的挑战。
17、有些云服务供应商还可能确实没有依照顾客的吩咐， 把数据完全、妥善地删除干净。 因此，ENISA 在报告中建议，企业必须做风险评估，比 较数据存在云中和存储在自己内部数据中心的潜在风险，比 较各家云服务供应商，把选择缩减到几家，并取得优选者的 服务水平保证。应该清楚指定哪些服务和任务由公司内部的 IT 人员负责、哪些服务和任务交由云服务供应商负责。ENISA 的报告指出，如果选对云计算供应商，数据存在云中是非常 安全的，甚至比内部的安全维护更固若金汤、更有弹性、更 能快速执行，也可以更有效率地部署新的安全更新，并维持 更广泛的安全诊断。 1.6 VMware云计算安全架构 VMware 的安全架
18、构分为三个层面 ： 保护云计算中的虚 拟数据中心免受外围网络威胁，保护数据中心内部安全区域， 保护虚拟机免受病毒和恶意软件的威胁。其安全体系架构由 以下安全产品实现 ： VMware vShield Edge、VMware vShield App、VMware vShield Endpoint 和 VMware vShield Zones。 这些安全软件受 VMware vShield Manager 管理。 VMware vSheid 产品系列的总体的架构图如图 5 所示。 2 云计算安全软件支撑体系研究现状 云计算标准及其测评体系为云计算的平台安全软件支撑 体系提供了重要技术与管理支撑。目
19、前，全球范围内的云计 算标准化工作已经启动，全世界已经有 30 多个标准组织宣布 加入云计算标准的制订行列。这些标准组织大致可分为 3 种 类型 ： 1. 以 DMTF、OGF、SNIA 等为代表的传统 IT 标准组织 或产业联盟，这些标准组织中有一部分原来是专注于网格标 准化的，现在转而进行云计算的标准化工作。 2. 以 CSA、OCC、CCIF 等为代表的专门致力于进行云 计算标准化的新兴标准组织。 3. 以 ITU、ISO、IEEE、IETF 为代表的传统电信或互联 网领域的标准组织。 其中一些标准组织的确进行了大量有意义的工作，正在 努力将云计算的标准化向前推动。这些重要的标准组织包括
20、 ： 1. NIST（National Institute of Standards and Technology， 美国国家标准技术研究院） 由美国联邦政府支持， 进行了大量的标准化工作。美国联邦政府在新一任联邦 CIO 的推动下，正在积极推进联邦机构采购云计算服务，而 NIST 作为联邦政府的标准化机构，就承担起为政府提供技术和标 准支持的任务，它集合了众多云计算方面的核心厂商，共同 图 5 VMware vSheid 产品系列总体架构 安全播出与监测 安全播出与监测 Safety Broadcasting & Monitoring Safety Broadcasting & Monito
21、ring2011 年第 11 期 广播与电视技术 127 提出了目前为止被广泛接受的云计算定义，并且根据联邦机 构的采购需求，还在不断推进云计算的标准化工作。 2. DMTF（The Distributed Management Task Force，分 布式管理任务组）是领导面向企业和 Internet 环境的管理标准 和集成技术的行业组织。DMTF 在 2009 年 4 月成立了“开放 云计算标准孵化器” ，主要关注于 IaaS 的接口标准化，制定 开放虚拟接口格式（Open Virtualization Format，OVF） ，以 使用户可以在不同的 IaaS 平台间自由地迁移。 3.
22、 CSA（Cloud Security Alliance，云安全联盟）是专门 针对云计算安全方面的标准组织，已经发布了“云计算关键 领域的安全指南”白皮书，成为云计算安全领域的重要指导 文件。CSA 确定了云计算安全的 15 个焦点领域，对每个领域 给出了具体建议，并从中选取较为重要的若干领域着手标准 的制定，在制定过程中，广泛咨询 IT 人员的反馈意见，获取 关于需求方案说明书的建议。CSA 确定的 15 个云计算安全焦 点领域分别是 : 信息生命周期管理、政府和企业风险管理、法 规和审计、普通立法、eDiscovery、加密和密钥管理、认证 和访问管理、 虚拟化、 应用安全、 便携性和互用
23、性、 数据中心、 操作管理事故响应、 通知和修复、 传统安全影响 ( 商业连续性、 灾难恢复、物理安全 )、体系结构。 云计算（主要是以虚拟化方式提供服务的 IaaS 业务）给 传统的 IDC 及以太网交换技术带来了一系列难以解决的问题， 如虚拟机间的交换， 虚拟机的迁移， 数据 / 存储网络的融合等， 作为以太网标准的主要制定者，IEEE 目前正在针对以上问题 进行研究，并且已经取得了一些阶段性的成果。 4. SNIA（Storage Networking Industry Association，存 储网络协会）是专注于存储网络的标准组织，在云计算领域， SNIA 主要关注于云存储标准，目
24、前已经发布了“云数据管理 接口 CDMI V1.0” 。 ITU、IETF、ISO 等传统的国际标准组织也已经开始重 视云计算的标准化工作。ITU 继成立了云计算焦点组（Cloud Computing Focus Group）之后，又在 SG13 成立了云计算研 究组（Q23） ； IETF 在近两次会议中都召开了云计算的 BOF， 吸引了众多成员的关注 ； ISO 在 ISO/IEC JTC1 进行一些云计 算相关的 SOA 标准化工作等。这些标准组织与其他专注于具 体某个行业领域的组织不同，希望能够从顶层架构的角度来 对云计算标准化进行推进。虽然短期内可能不会取得太多的 成果，但长期来看，
25、这些组织如果能够吸收众家之长，形成 云计算标准的“顶层设计” ，应该是非常有意义的。 为了切实推动我国云计算标准体系的建设和相关标准的 制定，支撑云计算产业和应用的发展，进一步促进我国与国 际的云计算标准化工作融合发展，中国电子技术标准化研究 所牵头成立了 SOA 标准工作组、ITSS 工作组，其中 SOA 标 准工作组已开展了云计算标准体系研究及关键技术和产品、 测评标准的研究和制定工作，并形成和发布了云计算标准 化研究报告 ； ITSS 工作组开展了云计算相关运营服务标准 的研究和制定，完成了云计算对信息产业的影响及下一步 工作建议 （草案） 。同时规划出了我国云计算标准体系框架， 包括基
26、础、关键技术及产品、测评、运营、安全五个方面。 国内许多企业与研究机构都在积极的参与云计算标准化 活动。在 DMTF 中，联想已经成为领导层（Leadership）会 员， 而华为公司也成为了参与（Participation）会员； 联想网御、 瑞星、蓝盾已经成为 CSA 的成员 ； 在 IETF 中，中兴公司发 起了云计算方面的 BOF 会议 ； 在 ITU，中兴、电信研究院等 单位在云计算焦点研究组，SG13 云计算研究组中发挥着重要 作用 ； 在标准化推动组织 The Open Group 中，我国的金蝶 软件已经成为董事会成员 ； 电子技术标准化研究所成为 ISO JTC1 云计算标准
27、化工作的发起单位 ； 前不久，中国电信正式 加入了全球云计算研发测试平台 Open Cirrus。 3 结束语 随着云计算技术及理念的深入应用，云计算的安全越来 越成为业界关注的重点，一方面云计算应用的无边界性、流 动性等特点引发了很多新的安全问题 ； 另一方面云计算技术 及理念也对传统安全技术及应用产生了深远的影响。国内外 云计算安全体系的研究和市场状况也说明云计算的安全需求 越来越受到重视。 参考文献 1 张健.全球云计算安全研究综述J.电信网技术:2010.9,15-18. 2 汪来富 , 沈军 , 金华敏 . 云计算应用安全研究 J. 电信科 学:2010.6,66-70. 3 薛凯 , 刘朝 , 杨树国 . 云计算安全框架的研究 J. 电脑与电 信:2010.4,28-32. 安全播出与监测 安全播出与监测 Safety Broadcasting & Monitoring Safety Broadcasting & Monitoring
