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浅谈网络靶场的关键能力与应用方向

2020-09-23

 

一、背景

网络空间已成为第五大主权领域空间。随着网络空间的对抗日益实战化、体系化、智能化,针对各国关键基础设施的攻击更是层出不穷。网络靶场作为网络空间安全研究、学习、测试、验证、演练等必不可少的重要基础设施,日益受到各国政府和企业的重视。网络靶场作为网络安全市场的一个新兴投资方向,其重要地位也在日益加强。在赛迪顾问发布的“2019网络安全最具价值增长潜力十大方向”中,对当前网络靶场的发展潜力和效能给予了较高的评价。

图片来源:赛迪顾问“2019网络安全最具价值增长潜力十大方向”

二、网络靶场的定义

针对于网络靶场的定义,国内暂没有形成统一的共识。其中比较具有代表性的是Techopedia(IT领域在线词典),它认为网络靶场是针对网络攻防演练和网络新技术评测的重要基础设施,用来提高网络和信息系统的稳定性、安全性和性能。在百科中,网络靶场被释义为通过虚拟环境与真实设备相结合,模拟仿真出真实赛博空间攻防的环境,能够支撑网络对抗能力研究和对抗工具验证的试验平台。虽然这两种定义的角度不同,但总体来看,对网络靶场的理解差距不大。

结合以上两种说法以及绿盟科技的实践,我们认为,网络靶场是通过虚拟化,虚实结合,安全编排,行为及流量仿真,效果评估等技术综合构建而成的一个真实“冗余环境”。类似于我们印象中的“训练基地”。这个环境可以用于完成人才培养、竞赛演练、应急演练、实战演练、设备测试、技术研究和效能评估等任务,响应国家网络强国战略,批量培养网络安全人才队伍,同时加快网络安全基础建设,提高现有网络环境的稳定性、安全性和性能。

三、网络靶场的关键能力与应用方向

网络靶场核心价值,是提供近乎真实的练兵场。这里可以从关键能力和应用方向两个角度来讨论。

3.1 网络靶场的关键能力

网络靶场的能力包括网络和业务环境仿真、用户和攻防行为仿真、数据采集和效果评估等。

网络和业务环境仿真是网络靶场平台的基础能力。网络和业务仿真主要通过虚拟化技术来实现,而仿真环境的规模及种类是衡量网络靶场能力的重要技术指标之一。因为现阶段虚拟化技术还不能够实现对工控、物联网等环境足够理想的仿真,所以需要通过虚实结合技术将真实环境和仿真环境进行连接。

用户和攻防行为仿真是网络靶场有效性的关键。如何将用户真实操作行为和受到攻击情况进行完整复现是仿真的难点。行为仿真除了使用手动方式产生外,还可借助流量发生器及自动化攻击工具等来完成。只有最大程度实现了用户和攻防行为的仿真,才能在网络靶场发现真实环境中可能出现的问题。

数据采集和效果评估是目标。只是完成对环境或者行为的仿真还是不够的,还需能够对仿真的网络环境、攻防行为进行数据采集,并根据这些行为所造成的影响进行评估,才能真正就现化真实网络环境中会发生的情况,找到应对策略,提高真实环境的稳定性、安全性和性能。

3.2 网络靶场的应用方向

现阶段,网络靶场的应用方向主要有人才培养、攻防演练和科研测试三类。

l  人才培养:快速培养大批网络安全攻防人才;满足本单位网络安全人才需求。

l  攻防演练:提升员工的攻防对抗能力;提高企业的安全防护水平;提升企业的区域影响力。

l  科研测试:提升企业的安全研究能力;降低设备的测试成本;提升企业的攻防技术水平。

四、绿盟网络靶场简析

绿盟科技自研的网络空间安全仿真平台(NSFOCUS Cyberspace Security Simulation Platform,即网络靶场)通过虚拟化、虚实结合、安全编排、行为及流量仿真、效果评估、智慧安全知识图谱等技术构建各类应用场景,并对场景中生成的用户行为和攻防行为进行评估分析,以满足用户进行人才培养、竞赛演练、应急演练、实战演练、设备测试、技术研究及效能评估的需求。

绿盟网络空间安全仿真平台框架

该平台按照逻辑架构可分为四个层面,分别为大规模网络仿真、数据采集及效果评估、用户及业务仿真和网络空间测试场,每个层包括若干模块。

4.1 大规模网络仿真

       大规模网络仿真层主要作用是为上层能力或场景提供资源和实验环境支撑,其中虚拟资源主要包括基础虚拟资源池和外接实体资源。虚拟资源除包括虚拟机资源、网络设备和安全设备资源池外,也支持与工控、测试等实体设备进行连接。虚拟化资源及网络管理对底层资源的细粒度操作进行封装,向上提供对宿主机、虚拟机、虚拟网络的管理,支持通过安全能力编排配置虚拟安全设备,并提供向导模式便捷构建靶场实验环境。

4.2 数据采集及效果评估

       数据采集及效果评估层面主要作用为采集实验数据和对实验效果进行评估。大数据平台通过群集管理多个计算节点,使用消息队列实时采集多种来源的实验数据并使用流式计算框架进行数据处理,支持分布式文件存储、索引数据库、图数据库或关系数据库等多种类型的存储方式进行数据存储。态势感知模块利用大数据基础子系统采集的实验数据进行态势要素收集,通过态势理解进行数据融合,通过态势推理预测输出态势推理结果。效果评估模块根据大数据基础子系统采集的数据和态势感知的推理结果,进行效果动评估、Flag校验评估、考试评估,也支持手动评估介入,并集成了反作弊系统进行作弊行为和异常行为的检测。

4.3 用户及业务仿真

       用户及业务仿真层面主要对用户权限管理和业务场景仿真。用户管理模块负责对靶场用户的权限进行限定,包含角色、用户组、域等多类内容。业务仿真模块分为业务仿真和用户行为仿真两部分。业务仿真主要包括知识库、课程库、赛题资源、靶标资源等,并支持用户快速构建靶场业务场景。用户行为仿真通过情报库、知识图谱、流量仿真等技术或工具对用户的业务和行为进行仿真。

4.4 网络空间测试场

       网络空间测试场层面主要是具体的靶场应用场景。目前包括实训演练靶场,竞赛演练子靶场、应急演练靶场、APT场景还原、测试验证靶场、实战演练靶场、科研合作靶场、工控仿真靶场等,并可根据客户的实际情况进行定制。各个靶场由平台态势展示、业务性能监控、场景课件构建、效果评分、日志审计等通用功能支撑。

其中,实训演练靶场主要用于教学培训,提供实训课程以供用户上机操作。竞赛演练靶场主要提供竞赛及演练环境,提供理论、CTF、CFS和AWD等竞赛模式。应急演练靶场主要针对提供运营商、金融、能源等行业典型仿真场景,可在此场景上开展应急演练、战术推演等任务。

特别,APT场景还原较为特殊。该应用由绿盟科技伏影实验室提供知识支持,包括Wannacry勒索病毒传播场景、APT32海莲花攻击演练场景、乌克兰停电攻击演练场景,在真实的入侵场境中训练攻防双方的能力。

此外,实战演练靶场为用户开展真实环境上的攻防对抗提供对抗态势展示、攻击行为监控、攻击结果评判等功能。测试验证靶场可根据用户需求生成各类仿真场景来进行相关技术验证或产品测试,并提供攻防工具库,靶标资源、漏洞资源、自动化测试工具,流量仿真工具等。科研合作靶场提供漏洞挖掘、威胁狩猎研究、知识图谱等研究课题提供场景。工控仿真靶场则是通过虚实结合,构建电力、水务、轨交等仿真场景。可支持用户在此场景上开展攻防演练、测试验证等任务。其它定制靶场,可根据用户需求定制车联网、物联网等方向的靶场。

4.5核心价值

对客户而言,绿盟网络空间安全仿真平台的核心价值,可以概括为以下四点:

1.      靶场种类丰富,并支持自定义选配

平台提供实训演练、竞赛演练、应急演练、APT攻防演练、实战演练、测试验证、工控仿真、科研合作、定制等多个方向的靶场,用户可根据实际情况进行选配。

2.      网络安全设备仿真,贴合实际应用环境

平台提供多类虚拟安全设备,覆盖设施安全、数据安全、工控安全、物联网安全等领域,而包含网络安全设备的仿真网络环境更加符合用户实际情况。

3.      攻防行为仿真,复现真实攻防场景

通过流量仿真、自动化漏洞检测和验证等工具对攻防行为进行模拟,同时结合用户的实际操作行为,最大程度的仿真攻防情况。

4.      基于态势感知的效果评估

基于绿盟科技态势感知能力,不仅可对攻防效果进行评分,也可对攻防态势进行研判,为后续安全事件的响应提供决策依据。

五、网络靶场发展展望

随着国家和各行业对网络安全和人才培养的重视,网络靶场也将逐渐成为用户的基础设施,市场角度也具有很大的增长空间。

未来,网络靶场可能的发展方向,可以概述为以下三个趋势:

1.     网络靶场应用仿真种类会越来越多

网络靶场的核心是应用仿真。随着企业上云、智能制造、新基建、5G的快速发展,会产生很多革命性的应用,与之对应的需要在网络靶场中仿真测试、研究、培训的场景就越来越多,靶场的种类也会更加细化,功能更加聚焦。如在人才培养方面,会出现密码学、无线、数据安全等靶场;在行业应用方面会出现金融、运营商、能源等靶场;在科研方面会出现漏洞研究、车联网、工控等靶场。

2.     网络靶场能够提升关键基础设施的响应能力

随着网络空间的基础设施安全日益受到重视,国内外的监管单位也在针对关键基础设施企业开展各种演练活动,如美国银行业的“量子黎明”,美国国土安全部的“网络风暴”(Cyber Storm),演练各个关基企业的响应水平。与之对应的,建设了“关键基础设施指挥决策分布式演练环境(DECIDE)”网络靶场,演练关基单位响应体系以及主管单位的应急指挥能力。更作为NIST网络安全框架(CSF)中关键基础设施部分的研究场,指导各个单位构建防御体系和响应协调体系。而国内的一些创新企业,也把网络靶场作为企业网络安全运营和响应的一部分来进行建设。通过网络靶场与企业内部环境的联动,提高企业整体的安全运营和响应水平。

3.     网络靶场云服务等新服务模式快速发展

因网络靶场的建设需要投入较大的资源,对于一些预算有限和使用频率不高的客户来说,采购的意愿不会很大。而网络靶场云服务等各种服务化的产品,可减少企业的建设投入和运维成本,满足不同投入程度客户的需求。因此,基于网络靶场的各种新服务也将获得较快发展。

后续,绿盟科技也将根据网络靶场的发展状况及客户需求,适时推出不同方向的网络靶场产品及服务,满足客户的个性化需求,推动网络安全人才培养和网络安全建设,为网络强国战略提供有力保障。

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