安全的本质

小执念 · 2015-12-1 06:49

      安全是什么？什么样的情况下会产生安全问题？我们要如何看待安全问题？只有搞明白了这些最基本的问题，才能明白一切防御技术的出发点，才能明白为什么我们要这样做，要那样做。

   在武侠小说中，一个真正的高手，对武功有着最透彻、最本质的理解，达到了返璞归真的境界。在安全领域，我认为搞明白了安全的本质，就好比学会了 “独孤九剑”，天下武功万变不离其宗，遇到任何复杂的情况都可以轻松应对，设计任何的安全方案也都可以信手拈来了。

   那么，一个安全问题是如何产生的呢？我们不妨先从现实世界入手。火车站、机场里，在乘客们开始正式旅程之前，都有一个必要的程序：安全检查。机场的安全检查，会扫描乘客的行李箱，检查乘客身上是否携带了打火机、可燃液体等危险物品。抽象地说，这种安全检查，就是过滤掉有害的、危险的东西。因为在飞行的过程中，飞机远离地面，如果发生危险，将会直接危害到乘客们的生命安全。因此，飞机是一个高度敏感和重要的区域，任何有危害的物品都不应该进入这一区域。为达到这一目标，登机前的安全检查就是一个非常有必要的步骤。

   从安全的角度来看，我们将不同重要程度的区域划分出来：

　　安全检査的过程按照需要进行过滤

   通过一个安全检查（过滤、净化）的过程，可以梳理未知的人或物，使其变得可信任。被划分出来的具有不同信任级别的区域，我们称为信任域，划分两个不同信任域之间的边界，我们称为信任边界。

   数据从高等级的信任域流向低等级的信任域，是不需要经过安全检查的；数据从低等级的信任域流向高等级的信任域，则需要经过信任边界的安全检查。

   我们在机场通过安检后，想要从候机厅出来，是不需要做检查的；但是想要再回到候机厅，则需要再做一次安全检查，就是这个道理。

我认为，安全问題的本质是信任的问題。

   一切的安全方案设计的基础，都是建立在信任关系上的。我们必须相信一些东西，必须有一些最基本的假设，安全方案才能得以建立；如果我们否定一切，安全方案就会如无源之水，无根之木，无法设计，也无法完成。

   举例来说，假设我们有份很重要的文件要好好保管起来，能想到的一个方案是把文件“锁”? 到抽屉里。这里就包含了几个基本的假设，首先，制作这把锁的工匠是可以信任的，他没有私自藏一把钥匙；其次，制作抽屉的工匠没有私自给抽屉装一个后门；最后，钥匙还必须要保管在一个不会出问题的地方，或者交给值得信任的人保管。反之，如果我们一切都不信任，那么也就不可能认为文件放在抽屉里是安全的。

   当制锁的工匠无法打开锁时，文件才是安全的，这是我们的假设前提之一。但是如果那个工匠私自藏有一把钥匙，那么这份文件也就不再安全了。这个威胁存在的可能性，依赖于对工匠的信任程度。如果我们信任工匠，那么在这个假设前提下，我们就能确定文件的安全性。这种对条件的信任程度，是确定对象是否安全的基础。

   在现实生活中，我们很少设想最极端的前提条件，因为极端的条件往往意味者小概率以及高成本，因此在成本有限的情况下，我们往往会根据成本来设计安全方案，并将一些可能性较大的条件作为决策的主要依据。

   比如在设计物理安全时，根据不同的地理位置、不同的政治环境等，需要考虑台风、地震、战争等因素。但在考虑、设计这些安全方案时，根据其发生的可能性，需要有不同的侧重点。比如在大陆深处，考虑台风的因素则显得不太实际；同样的道理，在大陆板块稳定的地区，考虑地震的因素也会带来较高的成本。而极端的情况比如“彗星撞击地球后如何保证机房不受影响”的问题，一般都不在考虑之中，因为发生的可能性太小。

   从另一个角度来说，一旦我们作为决策依据的条件被打破、被绕过，那么就会导致安全假设的前提条件不再可靠，变成一个伪命题。因此，把握住信任条件的度，使其恰到好处，正是设计安全方案的难点所在，也是安全这门学问的艺术魅力所在。

   破除迷信，没有银弹

   在解决安全问题的过程中，不可能一劳永逸，也就是说“没有银弹”。

   一般来说，人们都会讨厌麻烦的事情，在潜意识里希望能够让麻烦越远越好。而安全，正是一件麻烦的事情，而且是无法逃避的麻烦。任何人想要一劳永逸地解决安全问题，都属于一相情愿，是“自己骗自己”，是不现实的。

   安全是一个持续的过程

   自从互联网有了安全问题以来，攻击和防御技术就在不断碰撞和对抗的过程中得到发展。从微观上来说，在某一时期可能某一方占了上风；但是从宏观上来看，某一时期的攻击或防御技术，都不可能永远有效，永远用下去。这是因为防御技术在发展的同时，攻击技术也在不断发展，两者是互相促进的辩证关系。以不变的防御手段对抗不断发展的攻击技术，就犯了刻舟求剑的错误。

   很多安全厂商在推销自己产品时，会向用户展示一些很美好的蓝图，似乎他们的产品无所不能，购买之后用户就可以睡得安稳了。但实际上，安全产品本身也需要不断地升级，也需要有人来运营。产品本身也需要一个新陈代谢的过程，否则就会被淘汰。在现代的互联网产品中，自动升级功能已经成为一个标准配置，一个有活力的产品总是会不断地改进自身。

   记得微软在发布Vista时，曾信誓旦旦地保证这是有史以来最安全的操作系统。我们看到了微软的努力，在Vista下的安全问题确实比它的前辈( Windows XP、Windows 2000、Windows 2003 等）少了许多，尤其是高危的漏洞。但即便如此，在2008年的Pwn2own竞赛上，Vista也被黑客们攻击成功。Pwn2own竞赛是每年举行的让黑客们任意攻击操作系统的一次盛会，一般黑客们都会提前准备好Oday漏洞的攻击程序，以求在Pwn2own上一举夺魁。

   黑客们在不断地研究和寻找新的攻击技术，作为防御的一方，没有理由不持续跟进。微软近几年在产品的安全中做得越来越好，其所推崇的安全开发流程，将安全检查贯穿于整个软件生命周期中，经过实践检验，证明这是一条可行的道路。对每一个产品，都要持续地实施严格的安全检查，这是微软通过自身的教训传授给业界的宝贵经验。而安全检查本身也需要不断更新，增加针对新型攻击方式的检测与防御方案。

   安全三要素

   既然安全方案的设计与实施过程中没有银弹，注定是一个持续进行的过程，那么我们该如何开始呢？其实安全方案的设计也有着一定的思路与方法可循，借助这些方法，能够理清我们的思路，帮助我们设计出合理、优秀的解决方案。

   因为信任关系被破坏，从而产生了安全问题。我们可以通过信任域的划分、信任边界的确定，来发现问题是在何处产生的。这个过程可以让我们明确目标，那接下来该怎么做呢？

   在设计安全方案之前，要正确、全面地看待安全问题

   要全面地认识一个安全问题，我们有很多种办法，但首先要理解安全问题的组成属性。前人通过无数实践，最后将安全的属性总结为安全三要素，简称CIA安全三要素是安全的基本组成元素，分别是机密性（Confidentiality)、完整性（Integrity)、可用性（Availability)。

   机密性要求保护数据内容不能泄露，加密是实现机密性要求的常见手段

   比如在前文的例子中，如果文件不是放在抽屉里，而是放在一个透明的玻璃盒子里，那么虽然外人无法直接取得文件，但因为玻璃盒子是透明的，文件内容可能还是会被人看到，所以不符合机密性要求。但是如果给文件增加一个封面，掩盖了文件内容，那么也就起到了隐藏的效果，从而满足了机密性要求。可见，我们在选择安全方案时，需要灵活变通，因地制宜，没有一成不变的方案。

   完整性则要求保护数据内容是完整、没有被篡改的。常见的保证一致性的技术手段是数字签名

   传说清朝康熙皇帝的遗诏，写的是“传位十四子”，被当时还是四阿哥的胤稹篡改了遗诏，变成了“传位于四子”。姑且不论传说的真实性，在故事中，对这份遗诏的保护显然没有达到完整性要求。如果在当时有数字签名等技术，遗诏就很难被篡改。从这个故事中也可以看出数据的完整性、一致性的重要意义。

   可用性要求保护资源是“随需而得”

   假设一个停车场里有100个车位，在正常情况下，可以停100辆车。但是在某一天，有个坏人搬了 100 块大石头，把每个车位都占用了，停车场无法再提供正常服务。在安全领域中这种攻击叫做拒绝服务攻击，简称DoS (Denial of Service)。拒绝服务攻击破坏的是安全的可用性。

   在安全领域中，最基本的要素就是这三个，后来还有人想扩充这些要素，增加了诸如可审计性、不可抵赖性等，但最最重要的还是以上三个要素。在设计安全方案时，也要以这三个要素为基本的出发点，去全面地思考所面对的问题。

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