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無(wú)線網(wǎng)關(guān)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與布線網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁,所有的通信都必須經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)的審計(jì)與控制.在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中,無(wú)線網(wǎng)關(guān)放置在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的邊緣,相當(dāng)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的大門,當(dāng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)遭到攻擊和入侵時(shí),災(zāi)難會(huì)殃及整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不能工作或異常工作,由此可見(jiàn),對(duì)無(wú)線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行安全審計(jì)是十分有意義的.

本文中研究的安全審計(jì)系統(tǒng)是北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科、研項(xiàng)目“智能化無(wú)線安全網(wǎng)關(guān)”的一部分.智能化無(wú)線安全網(wǎng)關(guān)在無(wú)線網(wǎng)關(guān)上集成具有IDS和防火墻功能的模塊,以及控制和阻斷模塊,這些功能模塊在統(tǒng)一操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,既各司其職,又密切合作,共同完成防范、預(yù)警、響應(yīng)和自學(xué)習(xí)的功能,構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的安全體系.

無(wú)線網(wǎng)關(guān)的安全審計(jì)系統(tǒng),其主要功能就是在事后通過(guò)審計(jì)分析無(wú)線安全網(wǎng)關(guān)的日志信息,識(shí)別系統(tǒng)中的異常活動(dòng),特別是那些被其它安全防范措施所遺漏的非法操作或入侵活動(dòng),并采取相應(yīng)的報(bào)告,以有利于網(wǎng)絡(luò)管理員及時(shí)有效地對(duì)入侵活動(dòng)進(jìn)行防范,確保網(wǎng)絡(luò)的安全[1].

1、系統(tǒng)功能概述

無(wú)線網(wǎng)關(guān)安全審計(jì)系統(tǒng)是針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)作而提出的,主要包括數(shù)據(jù)控制、數(shù)據(jù)采集、日志歸類、日志的審計(jì)與報(bào)警等幾大基本功能.首先,審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制模塊對(duì)進(jìn)出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行嚴(yán)格的控制,根據(jù)預(yù)定義的規(guī)則進(jìn)行必要的限制,適當(dāng)?shù)亟档惋L(fēng)險(xiǎn).其次,安全審計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊收集無(wú)線安全網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)日志、系統(tǒng)日志及用戶和應(yīng)用日志.隨后,采集部件收集到的日志記錄被送到日志歸類模塊,根據(jù)日志記錄行為的不同層次來(lái)進(jìn)行分類.最后,使用審計(jì)與報(bào)警模塊對(duì)日志記錄進(jìn)行審計(jì)分析.這時(shí)可以根據(jù)預(yù)先定義好的安全策略對(duì)海量的日志數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,以檢測(cè)出無(wú)線網(wǎng)關(guān)中是否存在入侵行為、異常行為或非法操作.管理員可以初始化或變更系統(tǒng)的配置和運(yùn)行參數(shù),使得安全審計(jì)系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性和可操作性.

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.2設(shè)計(jì)思想

系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采集數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后放入審計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù),采用有學(xué)習(xí)能力的數(shù)據(jù)挖掘方法,從“正常”的日志數(shù)據(jù)中發(fā)掘“正常”的網(wǎng)絡(luò)通信模式,并和常規(guī)的一些攻擊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,達(dá)到檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)入侵行為和非法操作的目的.

2.3系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的處理流程

2.3.1數(shù)據(jù)的控制.數(shù)據(jù)控制模塊使用基于Netfilter架構(gòu)的防火墻軟件ipbrs對(duì)進(jìn)出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行嚴(yán)格的控制,適當(dāng)?shù)亟档惋L(fēng)險(xiǎn).

2.3.2數(shù)據(jù)的采集.數(shù)據(jù)采集模塊,即日志的采集部件.為了實(shí)現(xiàn)日志記錄的多層次化,需要記錄網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、應(yīng)用和用戶等各種行為來(lái)全面反映黑客的攻擊行為,所以在無(wú)線安全網(wǎng)關(guān)中設(shè)置了多個(gè)數(shù)據(jù)捕獲點(diǎn),其中主要有系統(tǒng)審計(jì)日志、安全網(wǎng)關(guān)日志、防火墻日志和入侵檢測(cè)日志4種.2.3.3日志的歸類.日志歸類模塊主要是為了簡(jiǎn)化審計(jì)時(shí)的工作量而設(shè)計(jì)的,它的主要功能是根據(jù)日志記錄行為的不同層次來(lái)進(jìn)行分類,將其歸為網(wǎng)絡(luò)行為、系統(tǒng)行為、應(yīng)用行為、用戶行為中的一種,同時(shí)進(jìn)行時(shí)間歸一化.進(jìn)行日志分類目的是對(duì)海量信息進(jìn)行區(qū)分,以提高日志審計(jì)時(shí)的分析效率.

2.3.4日志審計(jì)與報(bào)警.日志審計(jì)與報(bào)警模塊側(cè)重對(duì)日志信息的事后分析.該模塊的主要功能是對(duì)網(wǎng)關(guān)日志信息進(jìn)行審計(jì)分析,即將收到的日志信息通過(guò)特定的策略進(jìn)行對(duì)比,以檢測(cè)出不合規(guī)則的異常事件.隨著審計(jì)過(guò)程的進(jìn)行,若該異常事件的可疑度不斷增加以致超過(guò)某一閾值時(shí),系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信息.該模塊包括日志信息的接收、規(guī)則庫(kù)的生成、日志數(shù)據(jù)的預(yù)處理、日志審計(jì)等幾個(gè)功能.

3、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境

智能無(wú)線安全網(wǎng)關(guān)安全審計(jì)系統(tǒng)是基于linux操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的B/S模式的日志審計(jì)系統(tǒng).開(kāi)發(fā)工具為:前臺(tái):WindowsXPprofessional+html+php,后臺(tái):Linux+Apache+Mysql+C++.

3.2日志歸類模塊的實(shí)現(xiàn)[2-3]

無(wú)線網(wǎng)關(guān)的日志采用linux的syslog機(jī)制進(jìn)行記錄,sys-log記錄的日志中日期只包含月和日,沒(méi)有年份.在該模塊中,對(duì)日志記錄的syslog機(jī)制進(jìn)行一些改進(jìn),克服其在日志中不能記錄年的問(wèn)題.

下面以無(wú)線網(wǎng)關(guān)的日志為例,說(shuō)明其實(shí)現(xiàn)過(guò)程.網(wǎng)關(guān)日志的保存文件為gw.log,用一個(gè)shell腳本,在每月的第一天零點(diǎn),停止syslogd進(jìn)程,在原來(lái)的文件名后面加上上一個(gè)月的年和月,如gw.log200603,再新建一個(gè)gw.log用于記錄當(dāng)月的日志,再重啟syslogd記錄日志.這樣就把每月的日志存放在有標(biāo)志年月的文件中,再利用C++處理一下,在記錄中加入文件名中的年份.

3.3日志審計(jì)與報(bào)警模塊的實(shí)現(xiàn)

3.3.1日志審計(jì)模塊的處理流程

3.3.2規(guī)則庫(kù)生成的實(shí)現(xiàn).安全審計(jì)系統(tǒng)所采用的審計(jì)方法主要是基于對(duì)日志信息的異常檢測(cè),即通過(guò)對(duì)當(dāng)前日志描述的用戶行為是否與已建立的正常行為輪廓相背離來(lái)鑒別是否有非法入侵或者越權(quán)操作的存在.該方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需了解系統(tǒng)的缺陷,有較強(qiáng)的適應(yīng)性.這里所說(shuō)的規(guī)則庫(kù)就是指存儲(chǔ)在檢測(cè)異常數(shù)據(jù)時(shí)所要用到的正常的網(wǎng)絡(luò)通信及操作規(guī)則的數(shù)據(jù)庫(kù).規(guī)則庫(kù)的建立主要是對(duì)正常的日志信息通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)算法進(jìn)行挖掘來(lái)完成.

首先系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采集數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后放入審計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)執(zhí)行安全審計(jì)讀入規(guī)則庫(kù)來(lái)發(fā)現(xiàn)入侵事件,將入侵時(shí)間記錄到入侵時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù),而將正常日志數(shù)據(jù)的訪問(wèn)放入安全的歷史日志庫(kù),并通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘來(lái)提取正常的訪問(wèn)模式.最后通過(guò)舊的規(guī)則庫(kù)、入侵事件以及正常訪問(wèn)模式來(lái)獲得最新的規(guī)則庫(kù).可以不停地重復(fù)上述過(guò)程,不斷地進(jìn)行自我學(xué)習(xí)的過(guò)程,同時(shí)不斷更新規(guī)則庫(kù),直到規(guī)則庫(kù)達(dá)到穩(wěn)定.

3.3.3日志信息審計(jì)的實(shí)現(xiàn).日志審計(jì)主要包括日志信息的預(yù)處理和日志信息的異常檢測(cè)兩個(gè)部分.在對(duì)日志進(jìn)行審計(jì)之前,首先要對(duì)其進(jìn)行處理,按不同的類別分別接收到日志信息數(shù)據(jù)庫(kù)的不同數(shù)據(jù)表中.此外,由于所捕獲的日志信息非常龐大,系統(tǒng)中幾乎所有的分析功能都必須建立在對(duì)這些數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上,而這些記錄中存在的大量冗余信息,在對(duì)它們進(jìn)行的操作處理時(shí)必將造成巨大的資源浪費(fèi),降低了審計(jì)的效率,因此有必要在進(jìn)行審計(jì)分析之前盡可能減少這些冗余信息.所以,在異常檢測(cè)之前首先要剔除海量日志中對(duì)審計(jì)意義不大及相似度很大的冗余記錄,從而大大減少日志記錄的數(shù)目,同時(shí)大大提高日志信息的含金量,以提高系統(tǒng)的效率.采用的方式就是將收集到的日志分為不同類別的事件,各個(gè)事件以不同的標(biāo)識(shí)符區(qū)分,在存放日志的數(shù)據(jù)庫(kù)中將事件標(biāo)識(shí)設(shè)為主鍵,如有同一事件到來(lái)則計(jì)數(shù)加一,這樣就可以大大降低日志信息的冗余度.在日志信息經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后,就可以對(duì)日志信息進(jìn)行審計(jì).審計(jì)的方法主要是將日志信息與規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行對(duì)比,如圖3所示.對(duì)于檢測(cè)出的不合規(guī)則的記錄,即違反規(guī)則的小概率事件,記錄下其有效信息,如源、目的地址等作為一個(gè)標(biāo)識(shí),并對(duì)其設(shè)置一懷疑度.隨著日志審計(jì)的進(jìn)行,如果屬于該標(biāo)識(shí)的異常記錄數(shù)目不斷增加而達(dá)到一定程度,即懷疑度超過(guò)一定閾值,則對(duì)其產(chǎn)生報(bào)警信息.

4、數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是一個(gè)比較完整地分析大量數(shù)據(jù)的過(guò)程,一般包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立數(shù)據(jù)挖掘模型、模型評(píng)估和解釋等,是一個(gè)迭代的過(guò)程,通過(guò)不斷調(diào)整方法和參數(shù)以求得到較好的模型[4].

本系統(tǒng)中的有學(xué)習(xí)能力的數(shù)據(jù)挖掘方法主要采用了3種算法:

1)分類算法.該算法主要將數(shù)據(jù)影射到事先定義的一個(gè)分類之中.這個(gè)算法的結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)以決策樹或者規(guī)則形式存在的“判別器”.本系統(tǒng)中先收集足夠多的正常審計(jì)數(shù)據(jù),產(chǎn)生一個(gè)“判別器”來(lái)對(duì)將來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別,決定哪些是正常行為,哪些是入侵或非法操作.

2)相關(guān)性分析.主要用來(lái)決定數(shù)據(jù)庫(kù)里的各個(gè)域之間的相互關(guān)系.找出被審計(jì)數(shù)據(jù)間的相互關(guān)聯(lián),為決定安全審計(jì)系統(tǒng)的特征集提供很重要的依據(jù).

3)時(shí)間序列分析.該算法用來(lái)建立本系統(tǒng)的時(shí)間順序模型.這個(gè)算法有利于理解審計(jì)事件的時(shí)間序列一般是如何產(chǎn)生的,這些所獲取的常用時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)模型可以用來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)事件是否正常.

5、結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)通過(guò)改進(jìn)syslog機(jī)制,使無(wú)線網(wǎng)關(guān)的日志記錄更加完善.采用有學(xué)習(xí)能力的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)無(wú)線網(wǎng)關(guān)正常日志數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí),獲得正常訪問(wèn)模式的規(guī)則庫(kù),檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)入侵行為和非法操作,減少人為的知覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)的參與,減少了誤報(bào)出現(xiàn)的可能性.該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活,易于擴(kuò)展,具有一定的先進(jìn)性和創(chuàng)新性,此外,使用規(guī)則合并可以不斷更新規(guī)則庫(kù),對(duì)新出現(xiàn)的攻擊方式也可以在最快的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng).下一步的工作是進(jìn)一步完善規(guī)則庫(kù)的生成以及審計(jì)的算法,增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)攻擊的自適應(yīng)性,提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率.