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網(wǎng)絡(luò)安全實訓(xùn)系統(tǒng)改造探索論文
1實訓(xùn)室現(xiàn)狀
信息安全實訓(xùn)室是包含網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)設(shè)備的實訓(xùn)室，除了基礎(chǔ)課程外，專業(yè)課程主要擔(dān)負了《服務(wù)器配置與管理》、《信息安全技術(shù)》、《網(wǎng)絡(luò)安全管理與維護》等課程的教學(xué)，以及針對信息網(wǎng)絡(luò)安全方向的對外培訓(xùn)、測試、合作等項目。實訓(xùn)室內(nèi)主要硬件設(shè)備有各廠商安全設(shè)備，包括防火墻、防毒墻、入侵檢測、入侵防護、威脅分析等設(shè)備，除此外還有部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器。在教師和學(xué)生機上則主要以獨立的軟件和項目碎片化的虛擬機為主。即便部分廠商開發(fā)的安全實訓(xùn)平臺，也多多少少離不開這些項目碎片化的影子。因此要形成過程化的分析系統(tǒng)，必須對硬件進行整合。
2需求分析
當(dāng)前社會需求的網(wǎng)絡(luò)安全方面人才主要集中在以下幾個方面：1）專業(yè)型網(wǎng)絡(luò)安全人才。這類人員的崗位要求具備較深的網(wǎng)絡(luò)安全實踐基礎(chǔ)，對當(dāng)前主流網(wǎng)絡(luò)攻擊和防御技術(shù)有較為全面的掌握；目前，有關(guān)監(jiān)察審查部門、專業(yè)安全評測機構(gòu)等單位對這類人才需求較高。2）綜合型網(wǎng)絡(luò)安全人才。這類人員的崗位原本都不是網(wǎng)絡(luò)安全方向，但是由于網(wǎng)絡(luò)安全形勢的需要，除了具備原有的知識技能外，還應(yīng)擔(dān)負相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全維護責(zé)任；目前黨政軍重要機構(gòu)、電子商務(wù)和金融等關(guān)鍵機構(gòu)的網(wǎng)管、維運人員；等級保護安全員等崗位對這類人才需求較高。因此網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才的培養(yǎng)應(yīng)緊貼社會需求，同樣網(wǎng)絡(luò)安全實訓(xùn)室的建設(shè)也應(yīng)具備以下幾個功能：1）有效完成教學(xué)任務(wù)，滿足主流信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全類課程實驗實訓(xùn)內(nèi)容的實現(xiàn)和操作。2）能夠為相關(guān)行業(yè)和崗位定向培養(yǎng)輸送畢業(yè)生，通過實訓(xùn)室訓(xùn)練達到崗位所需求的實踐操作水平（如等級保護安全員）。3）能夠為需要安全培訓(xùn)的單位（如社保醫(yī)保等政府單位、電子商務(wù)等企業(yè)）或者結(jié)合權(quán)威部門提供培訓(xùn)認證服務(wù)。
3改造思路
總體思路是在這些教學(xué)和項目在實施過程中，需要對網(wǎng)絡(luò)攻防雙方在操作上進行動態(tài)跟蹤，其中比較主要的一塊是針對網(wǎng)絡(luò)攻擊行為進行捕獲和分析，以攻學(xué)防、以攻促防；達到良好的實訓(xùn)效果。網(wǎng)絡(luò)安全實訓(xùn)在傳統(tǒng)的教學(xué)中，著重以攻輔防，即攻擊行為僅僅是學(xué)習(xí)防御行為的輔助手段，著重采用較為直接的結(jié)果引導(dǎo)教學(xué)方式，如攻擊行為會造成的結(jié)果應(yīng)該如何防御；該方式是通過攻擊結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生思考防御方法，雖然有一定的效果，但是僅僅通過結(jié)果來逆推攻擊手法和原理，難度過高且不利于學(xué)生了解本質(zhì)和舉一反三發(fā)散性思維，容易導(dǎo)致教學(xué)和實訓(xùn)效果不佳。而基于過程的攻擊行為分析，能夠全程還原攻擊細節(jié)和方式，引導(dǎo)學(xué)習(xí)實訓(xùn)過程中的主觀能動性，變結(jié)果學(xué)習(xí)為過程學(xué)習(xí)；此外，在實驗室未來的對外安全項目合作、安全產(chǎn)品和系統(tǒng)資質(zhì)測試、受訓(xùn)人員水平資格考試等過程中，都需要采用細顆粒度的攻防行為分析；該系統(tǒng)的研究能夠促進教學(xué)、測試及合作項目的效果體現(xiàn)，提升實訓(xùn)室整體品質(zhì)。
4總體架構(gòu)
實訓(xùn)室邏輯拓撲總體由四個部分組成，包含攻擊區(qū)、防御區(qū)、互聯(lián)網(wǎng)模擬區(qū)、監(jiān)測管理區(qū)。1）攻擊區(qū)主要由攻擊平臺組成，該平臺內(nèi)含主流網(wǎng)絡(luò)安全測試工具，供學(xué)生終端機器調(diào)用以進行攻擊測試，該平臺可以用神碼的攻擊工具集，也可以采用Backtrack或Kali開源駭客平臺。此外攻擊區(qū)配備文件服務(wù)器供訓(xùn)練數(shù)據(jù)的存儲共享，同時提供wifi環(huán)境做無線安全方面的實驗。如果條件允許，盡量配備流量發(fā)生器，用以模擬商業(yè)網(wǎng)絡(luò)流量便于仿真測試。2）防御區(qū)是實驗室的主要區(qū)域，該區(qū)域盡量模擬常見園區(qū)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和流行應(yīng)用，供學(xué)生模擬駭客攻擊以及安全加固。具體配置為防火墻數(shù)款，包括微軟ISA宿主型軟件防火墻、神碼堡壘主機和各種獨立應(yīng)用虛擬機。此外放置一臺CiscoACS服務(wù)器用作AAA認證實驗，同時和攻擊區(qū)一樣配備wifi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和流量發(fā)生設(shè)備。3）互聯(lián)網(wǎng)模擬區(qū)主要擔(dān)負攻擊區(qū)和防御區(qū)的互聯(lián)和入網(wǎng)，以及部分廣域網(wǎng)協(xié)議互聯(lián)的模擬，如幀中繼等，后期也可接入其他廣域網(wǎng)協(xié)議，便于安全領(lǐng)域的抓包嗅探等測試。4）監(jiān)測管理區(qū)負責(zé)對實驗過程的監(jiān)控和結(jié)果呈現(xiàn)，同時也擔(dān)負對整個實驗室設(shè)備的維護管理任務(wù)。其中入侵檢測可以采用開源snort系統(tǒng)，流控和日志可以采用神碼的設(shè)備，另外再配備一臺管理主機完成服務(wù)器和設(shè)備的管理操作。
5項目實施
5.1改革內(nèi)容
1）針對入侵行為進行檢測；2）檢測覆蓋面應(yīng)包括掃描、溢出、注入、拒絕服務(wù)等攻擊內(nèi)容；3）能夠捕獲樣本數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)包細節(jié)和結(jié)構(gòu)分析信息；4）能夠顯示直觀的報告和分析結(jié)果，供安全防御訓(xùn)練參考。
5.2改革目標(biāo)
建立一個針對網(wǎng)絡(luò)攻擊行為的捕獲分析系統(tǒng)，對信息安全實訓(xùn)室內(nèi)的實訓(xùn)項目中攻擊行為能進行捕獲和分析，提升實訓(xùn)效果。
5.3擬解決的關(guān)鍵問題
1）大型源碼包的編譯安裝問題；2）網(wǎng)絡(luò)接口混雜模式、數(shù)據(jù)捕獲模塊、數(shù)據(jù)包分析模塊、規(guī)則庫匹配模塊、管理模塊的耦合穩(wěn)定；3）報告系統(tǒng)的時效性和完整性；4）大數(shù)據(jù)流量下整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
5.4實施方法
學(xué)習(xí)研究國外已經(jīng)成型的檢測評估體系，結(jié)合我院網(wǎng)絡(luò)安全實訓(xùn)室的具體情況，分析需要構(gòu)建的模塊和系統(tǒng)，設(shè)計出系統(tǒng)雛形，根據(jù)該雛形編譯相關(guān)的模塊和插件，整合系統(tǒng)。在一個標(biāo)準實驗臺內(nèi)可以完成基本的服務(wù)器、安全實驗，基本滿足實驗教學(xué)需要。另外，可以根據(jù)需求進行組合，滿足不同層次實驗的需要。組合如下：標(biāo)準型實驗(服務(wù)器實驗、主機安全實驗)功能型實驗A(標(biāo)準型＋無線AP＋流量＋安全硬件)功能型實驗B(A＋網(wǎng)絡(luò)安全，通過2臺防火墻)功能型實驗C(B＋入侵檢測和防御，通過2臺安全網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn))功能型實驗D(C＋威脅發(fā)現(xiàn)，通過流量、資產(chǎn)監(jiān)控、入侵檢測、威脅發(fā)現(xiàn)來實現(xiàn))學(xué)生做實驗時，通過訪問控制服務(wù)器CMS對實驗臺內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備進行配置、管理、實驗操作，無須來回插拔控制線。學(xué)生只有登錄權(quán)限，沒有修改權(quán)限。教師在教師機上可以登錄到學(xué)生實驗的設(shè)備上，指導(dǎo)檢查學(xué)生的實驗過程和結(jié)果。主要承擔(dān)的實訓(xùn)項目為網(wǎng)絡(luò)安全，設(shè)備安全包含熟悉互聯(lián)網(wǎng)主流安全技術(shù)配置，包括交換機的端口安全、IP訪問控制列表、基于時間的訪問控制列表、專家級訪問控制列表、防火墻的配置、局域網(wǎng)于Internet之間的互聯(lián)等。網(wǎng)絡(luò)安全包含主機和網(wǎng)絡(luò)安全、攻防模擬、入侵檢測和威脅發(fā)現(xiàn)、主機和WEB應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用安全、云計算的模擬和應(yīng)用、CTF攻防競賽等等。此外，也可以完成網(wǎng)絡(luò)集成教學(xué)所需要的局域網(wǎng)基礎(chǔ)實驗、廣域網(wǎng)基礎(chǔ)實驗、VOIP實驗、安全實驗、無線實驗、網(wǎng)絡(luò)管理實驗、IPV6實驗。整個實驗室的實驗臺臺數(shù)，實驗組數(shù)由學(xué)生人數(shù)和實驗室項目靈活調(diào)整。此外納入建有的創(chuàng)新實驗室，根據(jù)實訓(xùn)功能和規(guī)模，可靈活調(diào)整實訓(xùn)人數(shù)和項目。
5.5可行性分析
在網(wǎng)絡(luò)安全的教學(xué)實訓(xùn)活動中，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)往往是在攻擊行為完成后提出防御措施，繼而讓學(xué)生被動學(xué)習(xí)訓(xùn)練防御和加固技術(shù)，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生的對攻擊細節(jié)的疑問往往因為沒有可視化或過程化的手段，而無法得到有效解答，同時也限制了學(xué)生自行思考、舉一反三的可能性。此外，實訓(xùn)室在未來可能擔(dān)負安全檢測、合作項目等方向的內(nèi)容，都需要對攻擊行為進行過程化的還原。針對攻擊行為過程的檢測分析是近年來網(wǎng)絡(luò)安全界發(fā)展迅猛的一項技術(shù)，該技術(shù)的出現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)從傳統(tǒng)的結(jié)果分析過度到過程分析奠定了基礎(chǔ)；目前，全球各大廠商和標(biāo)準化組織都提出了各自的標(biāo)準，其中一些還有較為完善的體系模型和開源項目，并在兼容性、適用性上都取得了很多進步。經(jīng)過初步調(diào)研，這些已有的成果符合實訓(xùn)室現(xiàn)有條件和項目需求，可以取主流的模型加以分解調(diào)整，完成本地化，結(jié)合實訓(xùn)室實際建設(shè)一套實用的分析系統(tǒng)。
6特色與創(chuàng)新
1）變網(wǎng)絡(luò)安全攻擊行為的結(jié)果分析為過程分析，為教學(xué)實訓(xùn)提供新的思路和條件。2）針對掃描、注入、溢出、拒絕服務(wù)等多種攻擊行為進行捕獲分析，全程反映攻擊動作，由點及線，全面還原攻擊行為思路。3）分析結(jié)果直觀化呈現(xiàn)，有圖有表，有捕獲的原始數(shù)據(jù)，從宏觀到微觀提供準確的分析依據(jù)。4）為實訓(xùn)室對外提供安全檢測、培訓(xùn)、合作項目等服務(wù)添磚加瓦，提升實訓(xùn)室功能和品質(zhì)。
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