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安全架构设计理论与实践

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📄 教材出处 · 第 21 小时《安全》 (书第 177–187 页) ▸ 查看原文摘录 打开教材 PDF ↗
第 177 页 ↗安全架构设计理论与实践 21.0 章节考点分析 主要学习信息系统中安全架构设计的理论和工作中的实践。
第 178 页 ↗在顶层设计框架下,数据与 文件加密、数据完整性、通信安全、访问控制技术、抗攻击技术和安全评估与认证是主要的考查内容。
第 179 页 ↗黑客大多是采用假冒的方式进行攻击。
第 180 页 ↗ 21.3 安全模型 【基础知识点】 1.信息系统安全目标 信息系统安全目标是控制和管理主体对客体的访问,从而实现: (1)保护系统可用性。
第 181 页 ↗ 21.4 信息安全整体架构设计 【基础知识点】 (1)WPDRRC信息安全模型。
第 182 页 ↗21.5 网络安全架构设计 【基础知识点】 (1)OSI/RM 信息安全架构,如图 21.3 所示。

知识点目录(共 7 项)

  1. 信息安全威胁与风险分类;安全体系范围(设备 / 数据 / 内容 / 行为安全)
  2. 安全模型:BLP(机密性)/ BIBA(完整性)/ Clark-Wilson / Chinese Wall / RBAC
  3. WPDRRC 模型六环节;OSI 安全架构:五类服务 / 八种机制
  4. 网络安全架构设计:防火墙 / IDS / IPS / VPN / WAF / 网络隔离
  5. 数据库系统安全设计
  6. 系统架构脆弱性分析:分层 / 微内核 / C-S / B-S / 事件驱动 / 微服务(案例高频)
  7. 安全架构设计实践(混合云安全生产管理系统)

知识点详解

一、信息安全面临的威胁

威胁来源 6 个:物理环境、通信链路、网络系统、操作系统、应用系统、管理系统。

风险类别 4 大类:① 人为蓄意破坏(分为被动型攻击与主动型攻击)、② 灾害性攻击(水灾/火灾/地震/雷击/战争)、③ 系统故障(硬件/软件/链路/供电故障)、④ 人员无意识行为(编程错误/操作错误/无意泄密)。

被动型攻击(只窃取) 网络监听 · 信息截取 主动型攻击(会修改伪造) 非法登录 · 假冒身份 · 数据篡改 · 拒绝服务 · 重放 · 散播病毒 · 主观抵赖 ← 人为蓄意破坏的两大分支 →
图 1 被动攻击 vs 主动攻击
⚠️ 真题判断标准:主动攻击会对信息进行修改、伪造;被动攻击只是非法获取信息,不修改。所以"网络监听、信息截取"是被动攻击,"非法登录、假冒身份"是主动攻击。常见安全威胁 19 种中重点记忆:信息泄露、破坏完整性、拒绝服务、非授权访问、窃听、业务流分析、假冒(黑客多用此方式)、旁路控制、授权侵犯(内部攻击)、特洛伊木马(含察觉不出的程序段,执行时破坏安全)、陷阱门(设置"机关",特定输入时允许违反安全策略)、抵赖、重放、计算机病毒、人员渎职、媒体废弃、物理侵入、窃取、业务欺骗。

二、安全体系架构的范围

三、典型安全模型(选择 + 案例双高频)

安全目标:控制和管理主体(人/进程)对客体(数据/资源)的访问,实现保护系统可用性、网络服务连续性、防范非法授权访问、防范恶意攻击、保护传输机密性完整性、防病毒、实现安全管理。

模型保护目标核心规则
状态机模型通用系统总从安全状态启动,所有迁移中保持安全状态,只允许与安全策略一致的方式访问
BLP 模型
Bell-LaPadula
机密性(防泄密)依据机密性划分安全级别,强制访问控制。不上读(低级别主体读高级别客体受限);不下写(高级别主体写低级别客体受限);强星规则(不同级别读写受限);自主规则(自定义访问控制矩阵)
BIBA 模型完整性(防篡改)建立在完整性级别上,防止数据从低完整性流向高完整性。星完整性规则(低级别主体不能写高级别客体);简单完整性规则(高级别主体不能读低级别客体);调用属性规则(低级别主体不能调用高级别客体的程序/服务)
CWM 模型
Clark-Wilson
完整性完整性目标/策略/机制融为一体,职责分离,成型事务处理机制,常用于银行系统。特征:①主体-程序-客体三元素,主体只能通过程序访问客体;②权限分离原则;③具有审计能力
Chinese Wall 模型多边安全
防利益冲突
混合策略模型,为投资银行设计,常见于金融领域。通过 DAC 选择安全域,通过 MAC 完成域内访问控制。规则:墙内客体可读取;不同利益冲突组客体可读取;访问其他公司客体和其他利益冲突组客体后,写入受限
💡 BLP vs BIBA 一秒区分:BLP 管机密性——"不上读、不下写",防止信息从高密级流向低密级;BIBA 管完整性——规则正好反过来"不上写、不下读",防止低可信数据污染高可信数据。口诀:"B 密 L 全反,Biba 保完反着写"——即 BLP 保秘密(No Read Up / No Write Down),Biba 保完整(No Read Down / No Write Up)。
BLP 模型(机密性) 高级别主体(机密) 低级别客体(秘密) 禁止"下写" (防泄密) 禁止"上读" BIBA 模型(完整性) 高完整性主体(可信) 低完整性客体(不可信) 禁止"上写" (防污染) 禁止"下读" 信息流:BLP 只许从低到高流(保密);BIBA 只许从高到低流(保真)
图 2 BLP 与 BIBA 规则方向完全相反

四、WPDRRC 模型与信息安全整体架构

WPDRRC 六环节(我国"八六三"信息安全专家组提出):预警 W → 保护 P → 检测 D → 响应 R → 恢复 R → 反击 C。

三要素:人员(核心)、策略(桥梁)、技术(保证)——三要素落实在六个环节的各个方面,将安全策略变为安全现实。

预警 W事前风险感知 保护 P加密/访问控制 检测 D入侵检测/审计 响应 R报警/隔离/封堵 恢复 R备份/冗余/修复 反击 C取证/依法打击 六环节具有较强的时序性和动态性,构成闭环 人员(核心) 策略(桥梁) 技术(保证)
图 3 WPDRRC:6 环节 + 3 要素(人员核心、策略桥梁、技术保证)

信息安全体系架构设计 5 个方面(必背):

方面定位内容
物理安全前提环境安全、设备安全、媒体安全
系统安全基础网络结构安全、操作系统安全、应用系统安全
网络安全关键访问控制、通信保密、入侵检测、网络安全扫描、防病毒
应用安全—资源共享、信息存储
安全管理—健全的体制、管理平台、人员安全防范意识
💡 记忆:"物系网应管;物是前提、系是基础、网是关键"。案例中"数据库容灾"归入应用安全(信息存储)+ 网络安全。

五、网络安全架构设计(OSI 深度防御)

OSI/RM 信息安全架构(分层多点安全技术体系架构,又称深度防御)通过 3 种方式将防御能力分布至整个信息系统:① 多点技术防御(网络和基础设施、边界防御——流量过滤/控制/入侵检测、计算环境);② 分层技术防御(内外边界嵌套防火墙 + 入侵检测);③ 支撑性基础设施(公钥基础设施 PKI、检测与响应基础设施)。

五大安全框架:

六、数据库系统安全设计

完整性设计原则 7 条(理解记忆):① 依据完整性约束类型设计实现层次与方式并考虑性能;② 在保障性能前提下尽可能应用实体完整性和引用完整性约束;③ 慎用触发器;④ 制订并使用完整性约束命名规范;⑤ 尽早测试以排除冲突和性能隐患;⑥ 设立数据库设计团队参与全过程;⑦ 使用 CASE 工具提高效率。

作用:防止不合语义的数据入库;降低开发复杂性、提高运行效率;通过测试尽早发现缺陷。

七、系统架构脆弱性分析(案例高频)

脆弱性组成:物理装备脆弱性、软件脆弱性、人员管理脆弱性、规章制度脆弱性、安全策略脆弱性。

典型架构脆弱性表现
分层架构① 层间脆弱性:某个底层发生错误,整个程序无法正常运行;② 层间通信脆弱性:大量对象成员方法调用层层传递,造成性能下降
C/S 架构客户端脆弱性、网络开放性脆弱性、网络协议脆弱性
B/S 架构使用 HTTP 协议,更容易被病毒入侵
事件驱动架构组件脆弱性、组件间交换数据的脆弱性、组件间逻辑关系的脆弱性、容易死循环、高并发脆弱性、固定流程脆弱性
MVC 架构① 复杂性脆弱性(严格分离增加结构复杂性、过多更新操作降低效率);② 视图与控制器连接紧密脆弱性(相互分离却联系紧密,妨碍独立重用);③ 视图对模型低效率访问脆弱性(视图可能需多次调用才能获得足够显示数据)
微内核架构① 整体优化脆弱性(外部程序独立运行,难以整体优化);② 进程通信开销脆弱性(进程间通信开销比单内核大得多);③ 通信损失脆弱性(功能块拆分降低设计难度但损失通信效率)
微服务架构① 分布式结构复杂带来的脆弱性;② 服务间通信带来的脆弱性(须处理消息传递过慢、局部失效);③ 服务管理复杂性带来的脆弱性(生产环境管理多个服务实例需全局统筹)
⚠️ 真题还原:分层架构的脆弱性 = "底层发生错误会导致整个系统无法正常运行 + 层与层之间引入通信机制势必造成性能下降"两方面(注意是底层错误,不是上层)。

八、安全架构设计实践

1. RADIUS(远程认证拨号用户服务):应用最广泛的高安全级别 AAA 协议(认证 Authentication、授权 Authorization、审计 Accounting),高性能高可扩展。采用层次式架构三层组成:

层职责
协议逻辑层分发处理功能,相当于转发引擎
业务逻辑层实现认证、授权、审计三种类型业务及服务进程间通信
数据逻辑层统一的数据访问代理池,降低数据库依赖、减少数据库压力、增强数据库适应能力

2. 基于混合云的工业安全生产管理系统:混合云融合公有云和私有云——工厂内部的产品设计、数据共享、生产集成用私有云;公司总部与智能工厂间的业务管理、协调、统计分析用公有云。整个系统采用层次式架构四层:

层组成
设备层智能传感器、智能仪器仪表、工业机器人、其他生产设备
控制层SCADA(数据采集与监视控制系统)、DCS(分布式控制系统)、FCS(现场总线控制系统)、PLC(可编程控制器)、HMI(人机接口)
设计/管理层MES(制造执行)、CAD/CAE/CAM、SCM、ERP、CRM、SRM、BI、PLM
应用层云平台信息处理:数据处理与管理、数据与行业应用结合(定制业务、协同业务、产品服务)

需考虑的安全问题 5 方面:设备安全、网络安全、控制安全、应用安全、数据安全。

💡 本节框架:"威胁四类 → 模型五个 → WPDRRC 六环三素 → 体系五方面 → OSI 深度防御三方式 → 脆弱性七架构 → 实践两例(RADIUS 三层 + 混合云四层)"。安全模型记"BLP 保密、BIBA 保全";WPDRRC 记"警保检应恢反 + 人策技"。