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　云計(jì)算已經(jīng)急劇的改變了我們關(guān)于基礎(chǔ)架構(gòu)、軟件發(fā)行和開(kāi)發(fā)模型的一些已有觀點(diǎn)。它的出現(xiàn)是革命性的進(jìn)步，因?yàn)樗狭司W(wǎng)格計(jì)算中的一些元素、效用計(jì)算、以及自主計(jì)算。隨著云計(jì)算的普及，由于一些未知的威脅隨之引入，信息安全就越來(lái)越重要了。

　　云計(jì)算是一個(gè)革新的信息系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它要求我們重新理解一些傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相關(guān)概念。

　　隨著云計(jì)算的普及，它所產(chǎn)生的安全問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的一些防御機(jī)制已經(jīng)失效，需要引入新的安全措施。最近幾年，云服務(wù)出現(xiàn)了很多安全事故。比如，谷歌在2009年三月份泄露了大量的文檔;微軟的Azure平臺(tái)宕機(jī)22小時(shí);2011的四月份，亞馬遜的EC2服務(wù)崩潰，影響甚大。從這些例子我們可以發(fā)現(xiàn)，云計(jì)算由于其多租戶的特性，發(fā)生安全事故會(huì)造成嚴(yán)重的影響。所以，解決云計(jì)算的安全問(wèn)題就顯得尤為重要。

　　1 云計(jì)算安全性

　　1.1 信任

　　云環(huán)境中的信任很大程度上依賴于所選的部署模型，因?yàn)閿?shù)據(jù)和應(yīng)用的管理是外包的或則委托的，所以他們并不被擁有者嚴(yán)格控制。傳統(tǒng)架構(gòu)中，信任是通過(guò)有效的安全規(guī)則來(lái)強(qiáng)制實(shí)施的。公有云和社區(qū)云中，控制權(quán)被委托給了擁有基礎(chǔ)設(shè)施的組織。當(dāng)部署一個(gè)公有云的時(shí)候，基礎(chǔ)設(shè)施擁有者的控制權(quán)被削弱，這樣是為了強(qiáng)制實(shí)施有效的安全政策，從而讓危險(xiǎn)降低。這就引入了一系列和威脅，因?yàn)樵品?wù)基礎(chǔ)設(shè)備提供商是否值得信任關(guān)系到整個(gè)云中數(shù)據(jù)的安全。私有云的基礎(chǔ)設(shè)施被一個(gè)私有組織承諾來(lái)管理和操作，這不會(huì)引入一些額外的安全問(wèn)題，因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施擁有者同時(shí)也是數(shù)據(jù)和流程負(fù)責(zé)人。

　　最重要的是，云環(huán)境使得邊界安全的觀點(diǎn)不再適用。在一個(gè)云計(jì)算模型中，什么人在什么地方獲取什么樣的數(shù)據(jù)這些都很難被確切定位，傳統(tǒng)的基于劃分邊界來(lái)保證整個(gè)架構(gòu)安全的方法也很難在云計(jì)算中實(shí)施。

　　本文提出了一個(gè)方法，就是在處理涉及到特別安全漏洞的時(shí)候，在云環(huán)境中通過(guò)信任和密碼學(xué)保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性以及通訊的可靠性，因此我們要引入一個(gè)可信的第三方。對(duì)于第三方信任的概念，代表了客戶對(duì)于特殊操作、和該第三方道德素質(zhì)的信任，同時(shí)也是對(duì)于其安全系數(shù)的認(rèn)可?？蛻粢?yàn)槠涮峁┝私灰字械陌踩С侄湃芜@個(gè)第三方。在信息系統(tǒng)中的這個(gè)被信任的第三方的作用就是提供終端對(duì)終端的安全服務(wù)，這些安全服務(wù)是可擴(kuò)展的，它們基于一些標(biāo)準(zhǔn)，而且適用于不同的部分、地理位置和專業(yè)領(lǐng)域。引入一個(gè)可靠的第三方能夠降低傳統(tǒng)安全邊界的丟失。實(shí)質(zhì)上，它是一個(gè)被委派的信任機(jī)構(gòu)，它有責(zé)任解決多層次分布式環(huán)境中的一些安全問(wèn)題。

　　1.2 安全標(biāo)準(zhǔn)

　　實(shí)質(zhì)上，維護(hù)一個(gè)信息系統(tǒng)的安全涉及到識(shí)別特定的威脅和挑戰(zhàn)，這些安全問(wèn)題需要通過(guò)采取合適的對(duì)策來(lái)解決。云計(jì)算因?yàn)樗募軜?gòu)設(shè)計(jì)和特點(diǎn)展現(xiàn)了一些安全優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)包括安全、數(shù)據(jù)和程序段的分割，冗余和高可用性的綜合。由于其基礎(chǔ)設(shè)施單一的特點(diǎn)，許多傳統(tǒng)的危機(jī)被有效的解決，同時(shí)一些不同的安全挑戰(zhàn)被引入。云計(jì)算的一些獨(dú)特特性要求我們對(duì)于可用性和可靠性、數(shù)據(jù)集成、恢復(fù)，以及隱私和審記等諸多方面的評(píng)估[20]。 一般來(lái)說(shuō)，安全問(wèn)題是與機(jī)密性、完整性和可用性這些重要方面相關(guān)的;這使得它們稱為在設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)時(shí)的一些基本構(gòu)造模塊。安全性的這幾個(gè)重要方面，應(yīng)用于三個(gè)資產(chǎn)大類，也就是數(shù)據(jù)、軟件和硬件資源，這些必須要得到很好的保護(hù)。云架構(gòu)提出了獨(dú)特的安全挑戰(zhàn)，我們需要對(duì)這些挑戰(zhàn)加以詳細(xì)考慮。要保證云計(jì)算的安全，需要讓數(shù)據(jù)有以下特性：保密性，完整性，可用性。保密性是指只有授權(quán)的組織或系統(tǒng)能夠訪問(wèn)數(shù)據(jù)，同時(shí)能保證一個(gè)人的個(gè)人信息不被隨便公開(kāi);完整性是指資源只能通過(guò)授權(quán)的組織或通過(guò)授權(quán)的方式來(lái)修改和引用數(shù)據(jù)、軟件和硬件;可用性是指一個(gè)系統(tǒng)的資源在一個(gè)被授權(quán)的實(shí)體需要的時(shí)候能夠進(jìn)入并使用，它是指數(shù)據(jù)，軟件同時(shí)也包括硬件在被授權(quán)用戶需要的時(shí)候是可用的。

　　2 可信任的第三方

　　我們認(rèn)為在云中雇傭一個(gè)被信任的第三方服務(wù)，將導(dǎo)致必要的信任等級(jí)的建立，這會(huì)提供保密性、完整性和數(shù)據(jù)通訊可靠性的完美解決方案。引入一個(gè)被信任的第三方能夠特異性地解決傳統(tǒng)安全邊界丟失的問(wèn)題，這是通過(guò)產(chǎn)生信任的安全域來(lái)達(dá)到的。就像Castell所說(shuō)的，“一個(gè)被信任的第三方對(duì)于電子交易來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的傳送商業(yè)機(jī)密的組織，這是通過(guò)商業(yè)和技術(shù)安全特性來(lái)達(dá)到的。它提供技術(shù)和法律上可靠的方法來(lái)執(zhí)行、幫助、產(chǎn)生獨(dú)立的對(duì)于電子交易的公斷證據(jù)。它的服務(wù)被通過(guò)技術(shù)，法律，金融和結(jié)構(gòu)方法提供和簽署。”

　　這種基礎(chǔ)架構(gòu)是用以下方法來(lái)保證其系統(tǒng)的安全性的：數(shù)字證書的發(fā)布和讓這些證書正確地匹配。可信的第三方服務(wù)不僅由技術(shù)，還要通過(guò)法律，金融，和結(jié)構(gòu)手段來(lái)提供和維護(hù)[21-22]。這種通過(guò)信任鏈(通常叫做授權(quán)路徑)來(lái)進(jìn)行操作上的鏈接，是為了提供一個(gè)形成公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的概念的信任網(wǎng)。可信的第三方基于這樣幾個(gè)方面：

　　2.1 加密

　　保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中安全地流通是一個(gè)非常難也高度復(fù)雜的問(wèn)題，特別是當(dāng)數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)解密的威脅日益增加的時(shí)候。云環(huán)境增加了這種復(fù)雜性，因?yàn)樗粌H僅需要保護(hù)指向云的通訊安全，還有云主機(jī)之間的通訊安全，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈鹘y(tǒng)的物理連接，所以選擇有效的安全的加密方法顯得非常重要。幸運(yùn)的是，PKI讓我們?cè)跒榘踩ㄓ嵅渴餓PSec[10]和SSL成為可能。實(shí)際中我們是選擇前者還是后者取決于我們多樣性的需求，前者和所有應(yīng)用都兼容，但是卻需要專門的客戶端來(lái)加密，而后者卻存在于所有的瀏覽器里面，不需要單獨(dú)在終端安裝客戶端。因?yàn)楹芏嘣品?wù)是通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)的，所以相比之下，SSL有著更多的優(yōu)勢(shì)。另外，對(duì)于主機(jī)——主機(jī)通訊而言，由于IPSec支持壓縮功能，而使之成為更有效率的選擇。該文建議，對(duì)于主機(jī)——主機(jī)之間的通訊使用IPSec加密，而對(duì)于客戶端——主機(jī)之間的通訊則使用SSL。

　　2.2 服務(wù)器和客戶認(rèn)證

　　在一個(gè)云環(huán)境中，我們需要一個(gè)證書機(jī)構(gòu)，它可以驗(yàn)證參與進(jìn)來(lái)的實(shí)體，這些認(rèn)證包括驗(yàn)證物理基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)器，虛擬服務(wù)器，環(huán)境用戶和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。PKI認(rèn)證機(jī)構(gòu)中心負(fù)責(zé)在信任的網(wǎng)格中注冊(cè)信息的時(shí)候產(chǎn)生這些需要的證書。換句話說(shuō)，一個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)為所有的包含在云中的物理和虛擬實(shí)體建立必要的憑證，因此而建立一個(gè)有明確邊界的安全域。否則一個(gè)云中的實(shí)體的邊界將非常模糊。

　　因?yàn)樵频钠占埃恳粋€(gè)服務(wù)都需要認(rèn)證，如果不對(duì)認(rèn)證機(jī)制做修改，那么，繁雜的認(rèn)證過(guò)程和密碼維護(hù)會(huì)是非常令人頭疼的問(wèn)題。我們需要一個(gè)單一認(rèn)證機(jī)制，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)Shibboleth[11]這個(gè)軟件來(lái)提供?？紤]到云中不同部分之間的通訊，我們需要一個(gè)可通用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行它們之間數(shù)據(jù)的認(rèn)證和驗(yàn)證，通常，我們使用SAML，它是一個(gè)基于XML的標(biāo)準(zhǔn)。上述軟件對(duì)于SAML支持地很好。

　　2.3 生成安全域

　　通過(guò)引入聯(lián)合，加上PKI和Ldap技術(shù)，會(huì)把我們引入一個(gè)相關(guān)實(shí)體之間的有效信任關(guān)系。聯(lián)合是一組合法的實(shí)體共享一個(gè)一致同意的政策和規(guī)則集，這些規(guī)則和政策用來(lái)約束在線資源的使用[25]。聯(lián)合提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)和合法框架，這個(gè)框架使得不同組織之間的認(rèn)證和授權(quán)成為可能。云架構(gòu)可以被部署到不同的安全域(一個(gè)應(yīng)用或則應(yīng)用集，它們信任一個(gè)共同的，用來(lái)認(rèn)證、授權(quán)或則會(huì)話管理的安全符號(hào))中，這些域使得聯(lián)合云形成。聯(lián)合云是一些子云的集合，這些云能夠互相操作，比如通過(guò)定義好的接口來(lái)交換數(shù)據(jù)和計(jì)算資源。根據(jù)基本的聯(lián)合原則，在一個(gè)云聯(lián)合中，每個(gè)單一的云保持其獨(dú)立性，但是能夠與其它聯(lián)合的云通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口互相操作。一個(gè)聯(lián)合提供結(jié)構(gòu)和法律框架來(lái)使得不同組織之間的認(rèn)證和授權(quán)成為可能。

　　2.4 數(shù)據(jù)的加密分離

　　云環(huán)境框架中的個(gè)人數(shù)據(jù)和/或敏感數(shù)據(jù)的保護(hù)，成為了成功部署SaS和AaS模型的一個(gè)決定性的因素。加密隔離的過(guò)程中，計(jì)算和數(shù)據(jù)通過(guò)這種方式隱藏以至于它們對(duì)于局外人來(lái)講是無(wú)形的[26]。加密和完整性，還有數(shù)據(jù)的私密性都能夠通過(guò)加密來(lái)保護(hù)。利用對(duì)稱和非對(duì)稱加密(通常稱作混合加密)能夠提供對(duì)稱加密的效率同時(shí)保持非對(duì)稱加密的安全。

　　2.5 基于證書的授權(quán)

　　云環(huán)境是一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)，它由幾個(gè)獨(dú)立的域組成。在云環(huán)境中，資源提供者和用戶之間的關(guān)系更加特別，而且是動(dòng)態(tài)的，他們不是在同一個(gè)安全域中，所以識(shí)別用戶常常依靠其特點(diǎn)或則性質(zhì)，而不是先前定義好的身份。這樣，傳統(tǒng)的基于身份的訪問(wèn)控制模型對(duì)它無(wú)效，訪問(wèn)決策需要通過(guò)用戶的特性去決定[27]。通過(guò)PKI頒發(fā)的證書能夠用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的用戶訪問(wèn)控制。一個(gè)例子就是擴(kuò)展的X.509證書的應(yīng)用，該證書攜帶了用戶的角色信息。這些證書都是通過(guò)證書授權(quán)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的，它們?cè)谌蚓W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中扮演者可信的第三方角色[15]。屬性證書包含了屬性值配對(duì)以及它應(yīng)用于誰(shuí)。它們由屬性管理機(jī)構(gòu)簽發(fā)，這些授權(quán)的屬性已經(jīng)在一個(gè)用戶環(huán)境證書里面制定了。基于屬性的訪問(wèn)控制，是基于請(qǐng)求者、資源和環(huán)境的屬性來(lái)做出訪問(wèn)控制決策的，它們提供了靈活性和可擴(kuò)展性，這對(duì)于包括云在內(nèi)的大尺度分布式系統(tǒng)是非常重要的。

　　不可避免的是，云計(jì)算將會(huì)支持過(guò)剩的信息系統(tǒng)，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)比缺點(diǎn)要多。云計(jì)算提供了部署架構(gòu)，該架構(gòu)能夠解決傳統(tǒng)IS公認(rèn)的缺點(diǎn)，同時(shí)它的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)也會(huì)讓傳統(tǒng)方法失效。該文中，我們確定了云環(huán)境中一般的設(shè)計(jì)原則，這些原則源于我們控制缺點(diǎn)和威脅的需求。為了做到這些，我們使用了軟件工程和信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。云環(huán)境中的安全需要我們有一個(gè)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，安全將建立在信任之上，安全的責(zé)任轉(zhuǎn)移到信任的第三方。綜合PKI，LDAP和SSO能夠解決云計(jì)算中與完整性、機(jī)密性、可靠性以及數(shù)據(jù)和通訊可用性相關(guān)的大部分公認(rèn)的威脅。這個(gè)解決辦法呈現(xiàn)了水平層面的服務(wù)，這種服務(wù)對(duì)于所有相關(guān)的實(shí)體都是可用的，它通過(guò)云聯(lián)合實(shí)現(xiàn)了一個(gè)安全的網(wǎng)格，在這個(gè)網(wǎng)格中維持著一些很重要的信任關(guān)系。