随着信息化进程的深入和互联网的迅速发展,人们的工作、学习和生活方式正在发生巨大变化,效率大为提高,信息资源也得到最大程度的共享。但在网络给人们带来巨大便利的同时,紧随信息化发展而来的网络安全问题也日渐突出,如果不能很好地解决这个问题,必将阻碍信息化发展的进程,也会给我国地震事业的发展带来很大影响。

2008年汶川8.0级大地震发生时,广大民众为了得到最新的地震信息,纷纷登录地震信息网,结果造成网络过度拥挤,使得国家地震信息网和各省地震局官方网站不堪重负,可见当今信息社会网络建设的重要性和进行行业网安全风险防范及风险评估的必要性。

网络技术发展日新月异,尽管人们采取了防火墙、入侵检测系统等各种方法来加强网络安全,但还是有黑客能够通过一些系统漏洞找到新的办法绕过防御体系进行攻击。传统的防御方式是通过发放系统补丁来防止该漏洞被黑客利用,而对未知的漏洞则无应对措施,这样防御就永远落后于攻击,是一种被动式的安全措施。相比较而言,自适应网络安全模型能够根据网络动态变化情况及时做出相应的调整,进而维持网络系统相对安全稳定的状态。

鉴于自适应网络安全模型的优势,本文就地震信息网目前存在的一些安全隐患做了初步调研,在此基础上,提出针对地震信息网的自适应网络安全模型,以确保网络安全以合理代价控制在可以接受的范围内。

中国地震局地震信息系统的建设始于1994年,“八五”期间设立专项,在北京建立了小型的计算机网络系统,并通过我国当时的NCFC工程的科教网和INTERNET联结,成为我国最早与国际互联网接轨的行业网之一。

“九五”期间中国地震局建设了行业信息网——中国地震信息网络,中国地震信息网络通过中国电信的CHINAPAC信道将29个省级地震局计算机网络联结起来,构成了中国地震局全国地震通信网络。中国地震信息网络干线使用速率为64 Kbps的分组交换网信道(X.25)进行省地震局计算机网络之间互联,中国地震局自建Vsat卫星系统为省级节点提供了不低于9.6 Kbps的信道(阴朝民,2001)。

20世纪末,中国地震局开始组织“十五”项目的立项,全国地震信息通信系统的建设作为中国数字地震观测网络工程的6大系统之一,成为中国数字地震观测网络工程各个系统的信息基础设施。全国地震信息服务系统在“九五”全国地震信息网络建设的基础上,将中国地震信息网络扩大到709个节点,即41个省级节点,60个大中城市节点,300个县和303个地震台站节点以及5个大专院校、科研院所节点。全国主干信道采用8 MB的SDH链路,大部分省级地震计算机网络采用SDH链路联结到台站,为地震观测系统提供网络化平台,全面支持数字地震网络观测工程的“网络到台站,IP到仪器”的要求(陈会忠,2007)。

2008年该项目顺利通过验收,这一项目的建成,提升了我国地震监测能力,增强了大城市地震烈度速报能力以及强震动流动观测能力,提高了地震应急指挥的多级联动和应急信息的协同共享能力。

从覆盖范围来看,地震信息网是一个广域网,因为它覆盖了全国的31个省、市、自治区; 如果从用途上来进行划分,应归属于专用网,因为它是地震部门为本单位的特殊工作需要而建立的网络。从这两方面来看它有着与其他部门如电力、税务、金融等专用网相似的地方,但业务性质的不同决定了它有着与这些专用网的不同之处。这些部门的专用网与互联网是物理隔离的,只是在行业网内部交换信息,而地震信息网在建设初期,考虑到业务工作展开的便利性,并没有将行业网和互联网完全隔离,大部分工作人员既处在行业网内,又挂在互联网上,这一特点使得地震信息网的安全状况比较复杂,不可避免地存在安全隐患。

我国地震信息网是大规模的、综合性的、高性能的大型网络系统(中国地震局监测预报司,2003)。从体系架构上分为骨干网和区域网,即在全国范围内包括1个国家中心,41个区域中心以及京区直属单位,在区域中心下设市县节点及台站节点。整套系统在建设规模、系统功能、各项技术指标方面均到达了国内同行业的先进水平。行业网实现了地震系统行业内部各区域中心节点、直属单位与国家中心节点的高速互联互通,为系统内各业务应用提供基础网络平台。

(1)全国骨干网

地震局行业系统全国骨干网,涉及国家中心和41个单位区域中心,信道数量163条,包括:1条互联网出口、1条内部光缆、8条京区直属单位的100 MB专线、153条区域中心、省直属单位的长途专线。网络拓扑结构见图1。

图1 地震信息网络拓扑示意图
Fig.1 Topological diagram of earthquake-information network

区域地震信息服务节点包括31个区域防震减灾中心地震信息服务部和10个直属单位地震信息节点,分别建在各省、自治区、直辖市地震局和中国地震局有关直属单位。区域地震信息服务节点担负省级地震局和直属研究单位的地震通信系统枢纽和地震数据信息共享服务的职责和任务。

通信需求是网络结构设计的主要依据,网络结构设计是系统集成工作的主要内容。中国地震台网中心等单位根据前兆、测震、应急、活断层等子项的业务需求,结合区域的具体情况,进行了以信息服务系统为基础平台的网络结构设计,对各个子项的通讯需求进行了资源整合和网络优化。典型区域中心网络整体网络结构设计为三层,设计如下:

①一级节点为核心层,即区域中心;

②二级节点为汇聚层,主要由城市、县、台站节点组成,除承担本节点的信息服务任务外,还承担三级节点的汇聚任务;

③三级节点为接入层,主要是无人值守台站,包括测震台站和前兆台站。

现代安全观强调安全的整体性,安全被看成一个与环境相互作用的动态循环过程,在此思想指导下,笔者提出如图2所示的动态防御模式。

图2 自适应网络安全模型(a)流程图;(b)拓扑图
Fig.2 Topological diagram of self-adaptable network security model(a)Flow chart;(b)Topography

图2为基于动态跟踪的主动防御系统的总体架构,该主动防御系统部署在内部网中。下面对每部分作简单说明。

(1)蜜罐网络。蜜罐网络的工作原理就是采用蜜罐技术,用特有的特征吸引攻击者,“诱敌深入”,对攻击者的各种攻击行为进行分析处理,找到有效的应对方法。通过部署这样的网络,对黑客攻击进行追踪和分析,能够捕获黑客的击键记录,了解黑客所使用的攻击方法等(赵晓飞,2008),为防御入侵提供实时、动态的策略。在蜜罐网络中,使用蜜墙作为蜜网与外界的交互。

(2)网络入侵防御系统。网络入侵防御系统部署在蜜墙上,是蜜网与外界交互的通道。该系统对外能识别已知攻击,对内则对黑客从蜜网发出的攻击进行过滤和修改,使之无法威胁其他网络设备。可使用Linux下的netfilter/iptables和snort-inline联动的方式进行设计(The honeynet project,2004)。

(3)安全监控系统。安全监控系统是负责主机安全和攻击检测的关键模块,部署在蜜罐上,用于监控黑客行为,检测未知攻击。可利用Linux下的开源工具DTrace实现(Mallela,2006),它是一个强大的动态跟踪框架,用户通过它能够对正在运行的系统跟踪来查看问题。

(4)系统日志。系统日志分为2类,分别是本地日志和系统日志数据库。本地日志部署在蜜罐上,用于保存DTrace对蜜罐主机的监控记录(Nakhimovsky,Herrington,2006); 系统日志数据库部署在蜜墙上。

(5)攻击还原。攻击还原部署在系统管理主机上,对网络攻击行为进行还原。可根据系统日志数据库中的记录,利用Linux下的开源工具重建攻击数据包,然后对相应的蜜罐进行攻击试验以确定该攻击行为。

(6)重定向器。重定向器部署在真正的应用服务网络上。该模块的主要功能是将异常通信转移至提前设计和部署好的蜜网诱骗模块中进行监测,并保证正常访问和工作的网络连通。可以通过智能路由器重定向交换机或者重定向防火墙来具体实现。

以上思路只考虑了技术方面的因素,而忽略了法规和管理因素。尽管技术措施是实施网络安全防护的基础,但仅依靠技术来实现网络安全是不可能的,完善的网络安全体系需要合理地协调法规、技术和管理三者之间的关系。因为网络安全本身就是一个集技术、管理和法规综合作用为一体的系统工程,只有三者相互配合才能增强网络系统抵御风险的能力。

因此我们应该建立以法规为依据,以安全管理为核心,以技术为手段的网络安全体系(图3),由图3可见,该体系的核心是安全管理,可将人工智能领域中的Agent技术融入到安全管理体系中。Agent 表示具有一定智能,在不确定的环境中根据自身能力、状态、资源、相关知识以及所处外部环境信息,通过规划、推理和决策实现问题求解,并进行相应的活动,自主地完成特定任务送达某一目标的实体(段鹏等,2003)。单个Agent的智能是有限的,通过适当的结构可以把Agent组织起来形成包含多Agent的系统,从而弥补单个Agent的不足,使得整个系统的能力超过单个的Agent(齐跃斗,2006)。该框架通过各Agent 之间自独立,自治地、主动地、实时地,通过通讯的

图3 基于管理的网络安全体系
Fig.3 Network security system based on management

在对地震信息网存在的安全隐患做了初步调研后,笔者针对地震信息网的行业安全需求,提出了基于安全管理的动态自适应网络安全模型。该模型系统不但能够对已知攻击进行防御,而且能够对未知攻击进行检测。这样,就能够对传统的被动防御式网络安全技术(如防火墙等)提供改进措施,不断完善它们的入侵特征库以及时应对新的入侵行为,弥补其在安全防范领域的不足。这种主动防御的安全模式是信息时代发展的需要,是未来网络安全发展的趋势。

需要注意的是,信息网络安全管理与技术,对信息网络的安全具有同等重要的作用,因此,管理与技术协调发展才能有效保障地震信息网络的安全。

地震信息网这样一个庞大的网络系统,运行着许多关键业务,其安全管理任务是相当重要且艰巨的,并且由于网络安全问题的特殊性,网络安全是永恒的话题。网络安全问题可以在一定程度上解决但是不可能彻底解决。随着技术的进步以及管理手段的进一步跟进,网络安全完全可以以合理代价控制在可接受的范围内。