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关于“零信任”的一些学习和思考

三沐

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2024-07-13

一、什么是好的安全体系

一个好的安全体系的前提是为合法主体建立信任关系,通过信任在保证业务的前提下降低安全成本,在运行时及时检测并消除非法主体的恶意行为,所以信任是网络安全的前提要求。

二、什么是信任

维基百科上对信任(Trust)的定义为:

一方(信任方)在未来依赖另一方(被信任方)行动的意愿。

假设给定三方A、B、C,三者之间都有交互,如下图所示。

那么信任是指主体A对主体B未来发生行为action(B)的依赖意愿,这里有两层含义:

信任是对主体B是否会做出行为action(B)的判断,包含了对主体本身B及其行为action(B)的双重判断。其中主体A对主体B的判断为信誉,记为Reputation(A,B)。

信任是用于判断主体B未来的行为的可能性(B以前的行为都已经成为A的经验)。说明信任度本身是主观的、不确定的(需要管理员根据具体的业务场景和安全合规需求,主观性地进行定义与配置)。模糊数学、证据理论等都是支撑信任度量的数学模型。

那么,主体A对B的信任度Trust(B,A)可形式化表述为:

Trust(B,A)=t({action (B)},Reputation(B,C)),其中t为信任评估函数

可见,主体A对B的action(B)行为的信任是结合了

A对B的历史行为的观察{action(B)}

第三方(如主体C)对其信誉评价Reputation(B,C)的综合评估

事实上,信任度的度量会更复杂一些,需要考虑到观察行为(即证据)的可靠度,以及信任度随着时间推移衰减等因素。

而信任机制在应用时,根据不同的场景和需求会有多种形态,如IAM(Identity and AccessManagement)、访问控制、边界控制等,具体产品就更是五花八门。但核心上看,信任管理有四个要素(如上图所示):

主体身份属性确认,即Identification。

资源的属性确认,即Attribute Enumeration。

主体对资源操作的授权,即Authorization。

操作控制,即Enforcement。

行业内主流的信任管理机制都是采用了确定性的信任评估方式,设置后长期不变、控制面和数据面混合在一起,虽然简化了策略制定、系统运行时机制,但没有考虑到上下文变化,这是造成现在网络安全事件频发的根本原因之一。

从主体身份的角度看,主体身份是可能被假冒的,或合法主体在某些条件下会作恶。更具体可参考密码验证登录系统的操作,虽然系统安全策略要求用户设置复杂的密码,并要求定期更新,也不能完全假定用户是可信的。攻击者可以使用钓鱼、拖库等常见的攻击手段,获得用户密码。此外,虽然用户更新的密码复杂,但为了便于记忆,每次使用的密码存在规律性,也容易被破解。所以,现在越来越多的IAM方案采用无密码(Passwordless)、多因子认证MFA、生物技术Biotech等方式。

从资产属性的角度看,防火墙策略中五元组的目的地址所指示的就是被访问资源,但随着业务变更等环境变化,资源的属性也会随之变化,但如果安全策略没有及时更新,还是以之前的网络地址作为五元组的目的地址,显然会出现访问控制失效。事实上,在很多缺乏有效安全运营的大机构,这种现象是非常常见的。现在在一些以风险为基础的模型中,如Gartner的自适应访问控制,安全策略需要根据主体行为等上下文动态调整,这也体现了信任是主观、动态、不确定的。

从策略控制点的角度看,如云中的访问控制,随着虚拟机迁移,主体和资源属性、安全策略都没有发生变化,但资源所在的宿主机变化了,如果还在原宿主机的虚拟网络上执行策略控制,显然无法控制主体的访问行为。又如云中虚拟子网内部的流量不会经过虚拟路由器或虚拟防火墙,如果将这些虚拟设备作为子网内部访问行为的策略控制点,也是不合适的。可见,访问控制点应根据主体和资源间的访问路径进行动态部署,且其数据平面的处置应与控制平面的安全策略一致。

从控制面和数据面分离的角度看,传统的OSI TCP7层协议存在原生地安全问题,鉴权/授权的通道和数据传输的通道是混合在一起的(ip直连),这间接导致了网络缓冲区溢出、暴力破解、内网横向渗透等问题。

所以,一个好的信任管理机制,在控制平面需要保证主体、资源属性与安全策略在运行过程中保持一致;在数据平面,操作控制点能时刻在主体和资源的访问路径上;同时还要注意控制面和数据面要保持合理的独立隔离。

目前为止我们分析了信任管理,那么“零信任”又是什么呢?我们不禁要问,世界上到底有没有零信任?

答案是:“没有”,也“有”。

首先,从人性的角度看,世界上“没有”零信任。信任亘古以来就是一切人类重要活动的前提,论语有云:人无信不立,业无信不兴,国无信则衰。我们经常看到,当一个机构的安全管理者认为业务存在风险时,动辄限制合法用户的访问权限,或将业务功能降级,以期满足风险合规的要求。但这种做法没有区分合法用户和恶意攻击者,一概认为用户是不可信的,从结果上看约束了业务的正常开展,降低了企业各项业务的收益。

其次,从技术的角度看,世界上是“有”零信任的。至少到现在为止,我们看到区块链及其之上的应用可以是零信任的。正因为区块链有去中心化的共识机制,能让上层的智能合约全局一致地执行,从而支撑了事前无信任或弱信任的多方进行复杂交易。可以说,共识算法是公有链零信任的基础,但这样的零信任基本是建立在机器与机器之间的关系,显然不是当前业界在谈的“零信任”。以人为本的业务的信任机制还应是基于传统的信任模型。

从上面的分析可见,“零信任”从字面上看是有误导性的,世界上不存在完全不信任任何主体的业务,所谓“零信任”安全,更准确的说法应该是“默认不信任,时时处处验证”安全。

三、零信任的技术路线

到底什么事您想要的“零信任”,各位甲方朋友PPT看了无数版,各方的售前汇报听了好多场,方案过了N版,交付难得头疼也经历了。要想做好这件事,我们需要去对这个底层技术有个了解,反过头再去看我们的“零信访”是不是花拳绣腿,是不是忽悠其中。

从技术上看,要做到信任管理,或在身份上下功夫,或在控制上下功夫。现有业界的零信任方案必定落到某个具体的技术领域内,如

身份和权限管理

网络访问控制

区域隔离

应用安全等

需要注意的是,以上技术路线之间只是一种概念和侧重点上的划分,在实际的技术方案和产品中,往往是融合多种不同的技术路线。

0x1:身份和权限管理 技术路线

身份和权限管理(IAM、IDaaS和PAM)作为信任的第一个环节,也很自然地得到了业界重视,如Cisco收购的Duo Security,就是IAM起家,并融入到Cisco的零信任方案中。此外,如Centrify于2018年年底将IDaaS业务拆分为独立的公司Idaptive,在其方案中使用了零信任的概念,还有国内的九州云腾也有相似的方案。

0x2:网络访问控制 技术路线

在主体执行动作时,对主体权限和行为进行判断,最常见的是网络访问控制,这类零信任方案统称为零信任网络访问(Zero Trust Network Access,ZTNA),细分的流派有CSA SDP和BeyondCorps两类。不过Gartner在最新的报告中将这两类又统称为软件定义边界(SDP),所以文中将前者称为CSA SDP,表示它是最早由CSA提出的狭义SDP流派。

CSA SDP见下图,认证请求是由客户端Initiating SDP Host(IH)发起的,控制器经过访问控制策略判断下发指令,最终由Accepting SDP Host(AH)根据指令放行或阻断。

BeyondCorps的路线最早见Google BeyondCorps项目,其流程见下图,认证请求是由用户访问的服务发起的,控制点也在服务侧,所以该服务的角色就是代理。

从效果看,这两种技术路线都是隐藏后面的应用,除非用户提供了自己的身份和访问资源,否则用户是无法访问应用的。从部署上看,CSA SDP需要客户端安装Agent,所以环境要求较高,目前主要是应用于替代VPN的场景中,这类公司较多,如Cyxtera、Meta Network、Verizon等。

0x3:区域隔离 技术路线

从结果看,“零信任”与隔离有很大的相关度。一些云厂商借助微隔离技术,可天然按照不同粒度隔离业务,例如VMware在NSX产品中提出用微隔离减少攻击面。

0x4:应用安全 技术路线 

在SaaS场景中,随着敏捷开发、高效运营的驱动,用户越来越多地使用云原生的架构来开发应用。在云原生场景中,应用的颗粒度会被切得非常细,一个容器通常只运行一个或少数若干进程,故服务称为微服务。所以,通常实现一个业务需要多个微服务的交互,在云原生场景中,服务之间的访问关系非常复杂,不能依靠固化的访问控制逻辑,而是应该按照业务的逻辑确定微服务间的安全策略,划分微服务的边界进行持续有效的隔离,以及在微服务之间应用一致的访问权限控制,就变得非常重要。为了解决这个问题,云原生的系统通常都会有数据和管理平面的鉴权机制。

而在服务网格场景下,零信任还应覆盖微服务间的交互,这部分需要使用面向云原生的服务零信任机制。比较典型的方案是Google的Istio。从功能上看,Istio可为微服务无缝加入认证授权和加密通信的功能。其思想是通过策略控制器,使用Kubernetes的RBAC授权机制,对资源粒度细化到单个服务的访问控制,从而所有的服务交互都是可信的。

  • Istio在控制平面上由Citadel组件做认证,Pilot组件做授权

  • Istio在数据平面上,在源目的服务旁插入Sidecar容器,截获进出流量,在进行加解密的同时也根据Pilot的策略进行访问控制。

从效果看,如果攻击者没有合法身份,是无法在数据平面横向移动的。因为在网络层设置了网络策略白名单后,网络层的非法访问就被禁止了;而在服务层,微服务Pod的开放服务较少,且都引入了认证和业务层访问控制,攻击者也很难发起非授权的连接。

从数据平面分析,Istio和SDP都需要对网络做比较大的修改。如SDP需要添加IH和AH,客户端需要添加组件,服务端也需要部署代理,而Istio的Sidecar容器也需要部署在所有业务容器旁,且截获流量,通过重写IPTABLES的NAT表的方式将处理完的流量送回业务容器。

从结果观察,因为上述原因,SDP在传统企业网络中部署遇到了非常大的挑战,但可预计Sidecar的部署模式会在服务网格环境中成为主流的安全防护技术。原因是Sidecar虽然是一种侵入性部署模式,但全程自动化、用户友好:Istio主动监听k8s-api服务获得新服务部署事件,通过仓库自动部署Sidecar容器,通过Init容器劫持流量,最后Sidecar使用Citadel和RBAC策略进行认证授权。一方面,业务方对安全机制毫无感知,所有开发、测试和运维均保持不变;另一方面,应用间能实现完备的认证和授权,最终达到内生安全。

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