内容简介
本书是《信息安全国家重点实验室信息安全丛书》之一。全书主要内容涵盖了云计算安全各个方面的问题,如云计算概念、云计算技术的发展历程、云计算面临的各种安全风险、云计算安全架构、云计算安全部署、云计算物理安全、云计算虚拟化安全、云计算数据安全、云计算应用安全、云计算安全管理、云计算安全标准和安全评估及业界云计算安全发展动态等。��
本书可作为广大计算机用户、系统管理员、计算机安全技术人员,以及对云计算安全感兴趣的企业管理人员的技术参考书;也可用作高等院校信息安全、计算机及其他信息学科的高年级本科生或研究生的教材,以及用作信息安全职业培训的教材。
内页插图
目录
第一章 云计算概论�í�
1��1 云计算发展历程�í�
1��1��1 云计算产生背景�í�
1��1��2 云计算演进历程�í�
1��2 云计算的概念�í�
1��2��1 什么是云计算�í�
1��2��2 云计算的特征�í�
1��3 云计算的交付模式�í�
1��3��1 基础设施即服务(IaaS)�í�
1��3��2 平台即服务(PaaS)�í�
1��3��3 软件即服务(SaaS)�í�
1��3��4 三种云服务的对比�í�
1��4 云计算的部署方式�í�
1��4��1 部署方式�í�
1��4��2 部署方式的过渡�í�
1��5 云计算的优势�í�
1��6 云计算在中国�í�
1��6��1 中国云计算产业发展现状�í�
1��6��2 中国云计算发展趋势�í�
1��7 小结�í�
主要参考文献�í�
第二章 云计算风险分析�í�
2��1 云计算面临的技术风险�í�
2��1��1 IaaS层风险分析�í�
2��1��2 PaaS层风险分析�í�
2��1��3 SaaS层风险分析�í�
2��2 云计算面临的管理风险�í�
2��2��1 云服务无法满足SLA�í�
2��2��2 云服务不可持续风险�í�
2��2��3 身份管理�í�
2��3 法律法规风险�í�
2��3��1 数据跨境�í�
2��3��2 隐私保护�í�
2��3��3 犯罪取证�í�
2��3��4 安全性评价与责任认定�í�
2��4 行业应用风险�í�
2��4��1 电子政务云�í�
2��4��2 电子商务云�í�
2��4��3 教育云�í�
2��5 小结�í�
主要参考文献�í�
第三章 云安全架构�í�
3��1 云计算与云安全�í�
3��1��1 云安全内涵�í�
3��1��2 云安全特征�í�
3��1��3 云安全定位�í�
3��2 云安全参考模型�í�
3��2��1 CSA模型�í�
3��2��2 云立方体模型�í�
3��3 云安全应对策略�í�
3��3��1 CSA安全指南�í�
3��3��2 美国联邦政府云安全策略�í�
3��4 云安全技术、管理及标准�í�
3��4��1 云安全技术体系�í�
3��4��2 云安全管理体系与法规�í�
3��4��3 云安全标准及评估�í�
3��5 云计算中心安全建设�í�
3��5��1 安全建设原则�í�
3��5��2 安全建设核心思想�í�
3��5��3 最佳实践�í�
3��6 小结�í�
主要参考文献�í�
第四章 云计算安全:物理安全�í�
4��1 物理安全概述�í�
4��1��1 物理安全概念�í�
4��1��2 物理安全威胁�í�
4��1��3 物理安全体系�í�
4��2 云物理设备安全�í�
4��2��1 防盗防毁�í�
4��2��2 防电磁泄漏�í�
4��2��3 电源保护�í�
4��2��4 设备保护�í�
4��3 介质安全�í�
4��3��1 介质的安全管理�í�
4��3��2 移动介质安全�í�
4��3��3 介质信息的消除与备份�í�
4��4 云物理环境的安全�í�
4��4��1 机房选址�í�
4��4��2 电能供给�í�
4��4��3 火灾防护�í�
4��4��4 “四防”与“三度”�í�
4��5 物理安全综合保障�í�
4��5��1 安全区域划分�í�
4��5��2 人员保障�í�
4��5��3 综合部署�í�
4��6 小结�í�
主要参考文献�í�
第五章 云计算安全:虚拟化安全�í�
5��1 虚拟化技术概述�í�
5��1��1 虚拟化技术的发展�í�
5��1��2 虚拟化概念�í�
5��1��3 虚拟化类型�í�
5��2 虚拟化安全隐患�í�
5��2��1 虚拟机蔓延�í�
5��2��2 特殊配置隐患�í�
5��2��3 状态恢复隐患�í�
5��2��4 虚拟机暂态隐患�í�
5��3 虚拟化安全攻击�í�
5��3��1 虚拟机窃取和篡改�í�
5��3��2 虚拟机跳跃�í�
5��3��3 虚拟机逃逸�í�
5��3��4 VMBR攻击�í�
5��3��5 拒绝服务攻击�í�
5��4 虚拟化安全解决方法�í�
5��4��1 宿主机安全机制�í�
5��4��2 Hypervisor安全机制�í�
5��4��3 虚拟机隔离机制�í�
5��4��4 虚拟机安全监控�í�
5��4��5 虚拟机安全防护与检测�í�
5��5 小结�í�
主要参考文献�í�
第六章 云计算安全:数据安全�í�
6��1 云计算带来新的数据安全问题�í�
6��1��1 云数据安全问题分析�í�
6��1��2 责任与权力�í�
6��2 云数据隔离�í�
6��2��1 数据分级�í�
6��2��2 访问控制�í�
6��3 密文云存储�í�
6��3��1 数据加密�í�
6��3��2 密文检索�í�
6��3��3 密钥管理�í�
6��4 云端数据完整性验证�í�
6��4��1 云用户主导�í�
6��4��2 可信第三方�í�
6��5 数据可用性保护�í�
6��5��1 多副本技术�í�
6��5��2 数据复制技术�í�
6��5��3 容灾备份�í�
6��6 数据删除�í�
6��6��1 数据销毁技术�í�
6��6��2 安全删除技术�í�
6��7 小结�í�
主要参考文献�í�
第七章 云计算安全:应用安全�í�
7��1 云应用概述�í�
7��1��1 云应用�í�
7��1��2 云应用的发展现状�í�
7��2 云应用面临的安全问题�í�
7��2��1 用户管控�í�
7��2��2 Web安全问题�í�
7��2��3 内容安全问题�í�
7��2��4 应用迁移风险�í�
7��3 4A体系建设�í�
7��3��1 账号管理�í�
7��3��2 身份认证�í�
7��3��3 统一授权�í�
7��3��4 安全审计�í�
7��4 安全防护与检测�í�
7��4��1 Web应用防火墙技术�í�
7��4��2 入侵检测技术�í�
7��4��3 UTM技术�í�
7��5 安全迁移�í�
7��5��1 迁移前评估�í�
7��5��2 迁移过程�í�
7��5��3 迁移后安全管理�í�
7��6 小结�í�
主要参考文献�í�
目 录ix
第八章 云计算安全管理�í�
8��1 信息系统安全管理标准�í�
8��1��1 信息系统安全管理标准分类�í�
8��1��2 信息系统安全管理的相关国内外标准�í�
8��1��3 云安全管理标准框架�í�
8��2 云安全管理流程�í�
8��2��1 规划�í�
8��2��2 实施�í�
8��2��3 检查�í�
8��2��4 处理�í�
8��3 云安全管理重点领域分析�í�
8��3��1 全局安全策略管理�í�
8��3��2 网络安全管理�í�
8��3��3 安全监控与告警�í�
8��3��4 事故响应�í�
8��3��5 人员管理�í�
8��4 小结�í�
主要参考文献�í�
第九章 安全标准及安全评估�í�
9��1 安全标准研究现状�í�
9��1��1 国外云安全标准研究现状�í�
9��1��2 国内云安全标准研究现状�í�
9��2 云平台构建的安全标准�í�
9��2��1 传统信息系统安全相关标准�í�
9��2��2 云平台构建安全标准�í�
9��3 选择云服务提供商的安全标准�í�
9��3��1 云服务提供商选择�í�
9��3��2 云服务提供商安全要约�í�
9��4 云计算安全测评�í�
9��4��1 云安全测评研究现状�í�
9��4��2 云安全测评面临的挑战�í�
9��4��3 云安全测评的方法�í�
9��4��4 云安全测评指标体系�í�
9��5 小结�í�
主要参考文献�í�
第十章 云安全的新进展�í�
10��1 云平台的安全实践�í�
10��1��1 国外发展概况�í�
10��1��2 国内发展概况�í�
10��1��3 国家战略�í�
10��2 安全即服务�í�
10��2��1 简介�í�
10��2��2 发展现状�í�
10��2��3 选择安全云服务的建议�í�
10��3 云安全问题外延�í�
10��3��1 移动互联网�í�
10��3��2 物联网�í�
10��3��3 大数据�í�
10��4 小结�í�
主要参考文献��
前言/序言
在2007年的存储中国年度峰会上,有位演讲嘉宾提到一个新概念:在将来的某一天,我们会像使用自来水和电能那样便捷的获取存储,通过一条最普通的网线即可链接到海量的存储空间而不需要亲自采购和维护复杂的存储设备。虽然在当时,大家谈得更多的还是网格计算、NAS和SAN等热门技术,但我依然有种隐约的预感,这个新潮的概念一定会变成现实,而且不会像电力的普及那样让我们经历一个世纪的漫长等待。2013年,当我拿起手机从百度云盘中取回自己的文件时,甚至连网线都不需要!构想中的一切,在不到6年的时间全部实现了。��
2010年,李德毅院士在第二届中国云计算大会上讲了一个生动的故事:一个老太太把钱装进盒子藏在床底下,每天因为担心被人偷走而惴惴不安;另一个则把钱都存进银行,花钱只要刷卡,存款还有利息,十分的潇洒。在现今的时代,信息已成为企业的核心资产,为什么企业不把数据存进“云”银行呢?听完这个故事,相信很多人都会产生把数据存进“云银行”里挣点利息的冲动。然而,在开始行动之前,企业的决策者却需要考虑很多现实的问题,而这些问题往往与安全相关:��
(1)云服务提供商的物理设施可靠吗?��
(2)虚拟化的环境安全吗?��
(3)数据的安全有保证吗?��
(4)“云”提供的应用可信吗?��
(5)云计算系统有安全性评价标准吗?��
(6)我们应该使用何种安全强度的云?��
(7)云服务提供商会不会滥用我的数据?��
如果不解答这些问题,企业的决策者在尝试转向云计算模式时都会产生犹豫,毕竟,云服务提供商并不需要为决策的损失负责。近2年来,云计算的安全问题已经成为产业界和科研领域的讨论焦点。云服务提供商努力营造一个安全的云环境,为用户企业转向云计算模式消解安全顾虑。科研人员也就具体的云安全问题展开研究,提供安全解决方案。��
然而,国内外与云计算安全相关的书籍却并不多,现有的书籍或多或少具有这样的特点:要么专注于云计算环境下某项技术的发展,要么仅仅侧重于管理体系的介绍,并没有从安全体系的层次对云计算安全问题进行全面、系统的分析。本书从不同云计算模式的风险分析开始,将技术、管理和标准并重,使读者全面了解云计算所面临的安全风险,以及应对这些安全风险的有效手段,并尝试给出建立安全云计算环境的解决方案。本书创新性的将云计算安全体系划分为云计算安全技术体系、云计算安全管理体系和云计算安全标准及技术规范体系,即保障云计算安全所需的安全技术、维护云环境安全运行的管理措施以及云计算安全性的评价标准和评估方法。本书共分十章,各章节的具体安排如下:��
第一章是云计算概论,描述云计算的发展历程,定义什么是云计算及云计算的特征,介绍云计算的交付模式和部署方式,分析云计算所具有的优势;此外还阐述云计算在中国的发展,使读者对云计算有一个初步的认识。��
第二章分析云计算所面临的安全风险,从技术、管理、法律法规、行业应用四个维度对云计算所面临的风险进行全面剖析;使读者能够清晰地认识到云计算在安全性上所面临的各种挑战。��
第三章从宏观的角度阐述了云计算安全架构,包括云计算安全的内涵与特征,云计算安全参考模型,云计算安全应对策略;并从云计算安全技术体系,云计算安全管理体系与法律法规,云计算安全标准及评估三个方面构建了云计算安全的核心架构;最后,阐述了云计算中心安全建设的核心思想。��
第四章主要内容为云计算的物理安全。物理安全是云计算安全的第一道防线,本章将从物理设备安全、物理介质安全、物理环境安全及物理安全综合保障四个方面来阐述保障云计算物理安全的有效措施。��
第五章对虚拟资源安全进行全面描述。虚拟化技术是云计算的核心,如何保障虚拟资源安全成为保障云计算安全的关键,本章首先介绍了虚拟化技术,分析了虚拟资源安全隐患及对虚拟资源的安全攻击,并从宿主机安全机制、Hypervisor安全机制、虚拟机隔离机制、虚拟机安全监控、虚拟机安全防护与检测五个维度分析了保障虚拟化安全的有效方法。��
第六章描述云计算环境中的数据安全问题,用户将数据托管到云计算环境中,用户对数据失去了控制权,用户的数据面临着机密性、完整性和可用性的威胁,如何保障云中数据的安全性将在本章做详细描述。��
第七章描述云中各种应用面临的威胁以及预防攻击的有效措施。云应用是驱动云计算发展的关键因素,而云应用安全建设是云应用真正“落地”的重要保障,本章从传统信息系统应用层防护技术开始探索,提出云计算环境下保障云应用安全的解决方法。��
第八章主要阐述如何安全高效地管理云计算中心。云计算安全管理是云计算安全技术得以实施和运维的重要保障,本章首先介绍了信息系统安全管理的国际标准,然后结合现有信息系统安全管理的方法制定云计算安全管理流程,并就云计算安全管理的重点领域进行细致分析,为云计算安全管理建设提供参考意见。��
第九章主要讨论云安全标准和云安全评估策略。本章将从私有云的构建和如何选择云服务提供商两个方面来讨论云计算安全相关标准,然后从云计算安全测评研究现状、面临的挑战、测评方法、测评指标体系四个方面来讨论云计算安全测评及策略。��
第十章描述了目前国内外云计算安全领域的新进展。本章首先介绍了国内外云计算安全发展动态,并描述了中国在云计算安全领域的国家战略;然后从安全即服务的角度分析了云计算给安全服务带来的优势和挑战;最后,讨论了云计算安全对移动互联网、物联网、大数据技术的发展带来的影响,使读者能够对当前的研究热点、技术发展动态有较为全面的了解。
本书的知识体系清晰,通俗易懂,注重知识与技术的系统性,可作为广大计算机用户、系统管理员、计算机安全技术人员,以及对云计算安全感兴趣的企业管理人员的参考书;可用作信息安全、计算机及其他信息学科高年级本科生或硕士研究生的教材;同时也可用作信息安全职业培训的教材。��
全书的选题和大纲由陈驰提出,第一、五、七章由陈驰和马红霞编写,第二、六、八章由于晶和翟梅洁编写,第三、四、十章由陈驰和于晶编写,第九章由陈雪秀编写。全书由于晶和董滨负责统稿、校对和审定。��
本书凝结了作者的辛勤汗水,从构思、写作、修改到出版,作者得到业界和科研领域许多同仁的无私帮助,在此要对他们致以最衷心的感谢。感谢公安部第三研究所信息安全等级保护评估中心的陈雪秀警官,她在等级保护评测方面具有多年的经验,为本书提供很多有益的建议,并亲自完成第九章的写作。感谢中国科学院新疆理化技术研究所的李晓所长和蒋同海书记,作为新疆维吾尔自治区天山云计划的咨询专家,他们为本书的写作提供了很好的建议。感谢西北星公司的张岩总经理和曾文潇副总经理,作为新疆云计算中心的承建和运维方,他们从云平台建设者和管理者的角度为本书的撰写提供了建议和帮助。��
本书的出版还得到科学出版社的大力支持,并得到中国科学院先导专项课题(XDA06010701)、新疆维吾尔自治区科技计划项目(201230121)、国家自然科学基金项目(61003228)、中国科学院信息工程研究所“青年之星”专项项目的支持和资助,在此一并表示感谢。��
本书代表作者及其研究团队对于云计算安全的观点,由于水平有限,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正,得以改进和完善。
云计算安全:构建数字时代的安全基石 在信息技术飞速发展的今天,云计算已成为推动社会进步和经济发展不可或缺的关键力量。从个人用户存储海量数据到企业级应用部署,再到国家层面的关键基础设施运行,云计算无处不在,深刻改变着我们的生活和工作方式。然而,伴随其便利性和弹性的,是日益严峻的安全挑战。分布式架构、多租户环境、海量数据交互以及复杂的API接口,都为潜在的攻击者提供了新的入口。因此,深入理解并掌握云计算安全体系,构建坚实可靠的安全防护,已不再是可选项,而是保障数字时代平稳运行的基石。 本书旨在为您构建一个全面、深入的云计算安全知识体系,从理论基础到实践应用,带领您探索云计算安全领域的方方面面。我们将不局限于某一特定云服务提供商的技术细节,而是聚焦于通用的安全原理、通用的安全威胁模型以及通用的安全防御策略,使您能够应对不同云环境下的安全挑战,并具备前瞻性的安全设计与规划能力。 第一部分:云计算安全基础与核心概念 我们首先将从云计算的基本概念出发,阐述云计算的优势、不同服务模型(IaaS, PaaS, SaaS)及其安全责任划分。理解这些基础对于识别云计算环境下的独特安全风险至关重要。 云计算的本质与演进: 探讨云计算的起源、发展历程,以及其所带来的颠覆性变革。分析云计算的五个关键特征:按需自助服务、广泛的网络访问、资源池化、快速弹性伸缩以及可衡量的服务。 IaaS, PaaS, SaaS的安全视角: 详细解析基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)这三种主流服务模型。重点分析每种模型下,客户与云服务提供商的安全责任边界。例如,在IaaS中,客户需要负责操作系统、中间件、应用程序和数据的安全;而在SaaS中,云服务提供商则承担了大部分安全责任。 云安全模型与架构: 介绍业界主流的云安全模型,例如“共享责任模型”(Shared Responsibility Model),以及不同的云部署模式(公有云、私有云、混合云、多云)对安全策略的影响。深入剖析云原生安全架构的演进,包括零信任(Zero Trust)在云环境中的实践。 云安全的关键挑战: 系统梳理云计算面临的特有安全挑战,包括数据泄露、账户劫持、恶意软件、分布式拒绝服务(DDoS)攻击、API安全漏洞、配置错误、合规性问题等。理解这些挑战是有效防御的前提。 第二部分:云端数据安全防护 数据是云计算的核心资产,保障数据的安全与隐私是云安全的首要任务。本部分将深入探讨在云环境中保护数据所需的各项技术和策略。 数据生命周期安全: 从数据的产生、存储、传输、处理到销毁,贯穿整个生命周期进行安全管控。分析在云端如何实现数据的安全采集、分类、标记和存储。 云存储安全: 详细讲解云存储的安全机制,包括访问控制、加密技术(静态加密、传输加密)、数据备份与恢复策略。对比不同云存储服务的安全特性,如对象存储、块存储、文件存储等的安全考虑。 数据加密与密钥管理: 深入研究数据加密在云环境中的应用,包括对称加密、非对称加密、同态加密等。重点阐述密钥管理的重要性,以及如何在云平台上安全地生成、存储、分发和轮换加密密钥。我们将介绍云密钥管理服务(KMS)的最佳实践。 数据防泄漏(DLP)与隐私保护: 探讨如何在云环境中实施数据防泄漏策略,识别和保护敏感数据。介绍差分隐私、联邦学习等新兴的隐私保护技术在云计算中的应用前景。 合规性与监管要求: 分析不同行业和地区在云计算数据安全方面的合规性要求,如GDPR、HIPAA、PCI DSS等。指导读者如何设计和实施满足这些合规性要求的安全方案。 第三部分:云端身份与访问管理(IAM) 身份与访问管理是控制谁可以访问云资源的关键。本部分将聚焦于构建强大而精细的IAM体系。 身份认证与授权机制: 详细介绍用户身份验证、多因素认证(MFA)在云环境中的应用。深入解析基于角色的访问控制(RBAC)、基于属性的访问控制(ABAC)等授权模型,以及如何实现最小权限原则。 云端身份联邦与单点登录(SSO): 探讨如何通过身份联合实现跨组织、跨平台的身份管理,并配置单点登录,提升用户体验和管理效率。 特权访问管理(PAM): 分析特权账户在云环境中的高风险性,介绍PAM的理念和技术,如会话监控、密码轮换、临时授权等。 API密钥管理: 强调API密钥的重要性,讲解如何安全地生成、存储、轮换和审计API密钥,防止因API密钥泄露导致的安全事件。 云端安全审计与日志分析: 深入讲解如何配置和收集云平台活动日志,并进行有效的安全审计,及时发现异常行为和潜在威胁。 第四部分:云端网络与基础设施安全 云端网络是数据传输的通道,基础设施是运行服务的载体。本部分将关注如何加固云端网络和基础设施的安全。 虚拟私有云(VPC)与网络隔离: 详细讲解VPC的设计与安全配置,如何实现不同租户、不同应用程序之间的网络隔离。 云防火墙与安全组: 介绍云服务商提供的防火墙和安全组功能,以及如何根据业务需求进行精细化配置,控制入站和出站流量。 DDoS攻击防护: 分析DDoS攻击的原理及其在云环境中的特殊性,介绍云服务商提供的DDoS防护服务以及客户层面的缓解策略。 入侵检测与防御系统(IDS/IPS)在云端: 探讨如何将IDS/IPS部署在云环境中,实现对恶意流量的实时检测和阻断。 容器与微服务安全: 随着容器化和微服务架构的普及,本节将深入探讨容器镜像安全、运行时安全、服务网格安全等内容。 云原生安全实践: 介绍DevSecOps理念在云开发流程中的应用,以及如何将安全左移,集成到 CI/CD 流程中,实现安全与开发的深度融合。 第五部分:云端应用与运营安全 除了基础架构和数据安全,云端应用程序的安全以及日常的安全运营同样至关重要。 云端应用安全加固: 讲解Web应用防火墙(WAF)、API网关安全、安全编码实践等,帮助您构建安全的云端应用程序。 云安全态势感知与威胁情报: 介绍如何建立云安全态势感知体系,集成威胁情报,实现对安全事件的全面监控和预警。 安全事件响应与应急预案: 制定详细的云端安全事件响应流程和应急预案,确保在安全事件发生时能够迅速、有效地进行处置,最大程度地降低损失。 云安全自动化与编排: 探讨如何利用自动化工具和安全编排(SOAR)技术,提高安全运维的效率和响应速度,应对日益增长的安全挑战。 云原生安全工具与服务: 介绍业界常用的云安全工具和云服务商提供的安全解决方案,帮助读者选择和部署适合自身需求的云安全产品。 第六部分:高级云安全议题与未来展望 最后,我们将探讨一些更高级的云安全议题,并对云安全的未来发展趋势进行展望。 零信任架构在云环境中的落地: 深入解析零信任的核心原则,以及如何在复杂的云环境中构建和实现真正的零信任安全模型。 多云与混合云环境下的安全挑战与策略: 针对多云和混合云环境中存在的安全复杂性,提供统一的安全管理和策略执行方案。 人工智能与机器学习在云安全中的应用: 探讨AI/ML如何用于异常检测、威胁预测、自动化响应等场景,提升云安全防护能力。 云安全治理与风险管理: 强调建立完善的云安全治理框架,进行有效的风险评估和管理,确保云环境的整体安全性。 量子计算对云安全的影响与应对: 简要探讨量子计算可能对现有加密体系造成的潜在威胁,并展望后量子密码学的研究方向。 本书内容丰富,理论与实践相结合,旨在为读者提供一套系统、全面的云计算安全知识体系。无论您是安全专业人士、IT管理员,还是希望深入了解云计算安全的开发者或决策者,本书都将是您在数字时代构建安全基石的宝贵参考。通过本书的学习,您将能够更自信地拥抱云计算带来的机遇,同时有效规避潜在的安全风险。