1. 前言
雲端計算已經是非常火爆的概念了，涉及的服務也非常多，彈性計算服務、檔案儲存服務、關聯式資料庫服務、key-value資料庫服務等等不勝列舉。本文將簡要闡述一下彈性計算服務的安全問題，因為彈性計算是應用得最普遍的雲服務，也是安全風險最大的雲服務。
由於許多東西涉及公司機密，技術細節、實現或者新的方向，本文中不進行講解。有興趣的可以投一份簡歷過來，我們共同為雲端計算努力。
2. 雲端計算帶來的新風險
在雲端計算之前的時代，傳統IDC機房就面臨著許多的安全風險。然後這些問題毫無遺漏的傳遞到了雲端計算時代，不僅如此，雲端計算獨有的運作模式還帶來了更多新的問題。
2.1. 雲內部的攻擊
l 安全域被打破
在對外提供雲端計算業務之前，網際網路公司使用獨立的IDC機房，由邊界防火牆隔離成內外兩塊。防火牆內部屬於可信區域，自己獨佔，外部屬於不可信區域，所有的攻擊者都在這裡。安全人員只需要對這一道隔離牆加高、加厚即可保障安全，也可以在這道牆之後建立更多的牆形成縱深防禦。
但是在開始提供雲端計算業務之後，這種簡潔的內外隔離的安全方案已經行不通了。透過購買雲伺服器，攻擊者已經深入提供商網路的腹地，穿越了邊界防火牆。另外一方面，雲端計算內部的資源不再是由某一家企業獨享，而是幾萬、幾十萬甚至更多的互相不認識的企業所共有，當然也包含一些懷有惡意的使用者。顯然，按照傳統的方式劃分安全域做隔離已經行不通了，安全域被打破。
l 新的攻擊方式
傳統IDC時代攻擊者處於邊界防火牆外部，和企業伺服器、路由器之間只有IP協議可達，也就是說攻擊者所能發起的攻擊，只能位於三層之上。
但是對於雲端計算來說，情況發生了變化。在一個大二層網路裡面，攻擊者所控制的雲伺服器與雲服務提供商的路由器二層相連，攻擊者可以在更低的層面對這些裝置發動攻擊，如基於ARP協議的攻擊，比如說常見的ARP欺騙攻擊，甚至更底層的乙太網頭部的偽造攻擊。
關於乙太網頭部的偽造攻擊，我曾經遇到過一次。攻擊者傳送的資料包非常小，僅僅包含乙太網頭部共14個位元組，源和目的實體地址都是偽造的，上層協議型別為2個位元組的隨機資料，並非常見的IP協議或者ARP協議，對交換機造成了一些不良影響。
l 虛擬層穿透
雲端計算時代，一臺宿主機上可能執行著10臺虛擬機器，這些虛擬機器可能屬於10個不通的使用者。從某種意義上說，這臺物理機的功能與傳統IDC時代的交換機相當，它就是一臺交換機，承擔著這10臺虛擬機器的所有流量交換。
入侵了一臺宿主機，其危害性與入侵了傳統時代的一個交換機新黨。但是與交換機相比，是這臺宿主機更容易被入侵還是交換機更容易被入侵?顯然是宿主機更容易入侵。
首先，攻擊者的VM直接執行在這臺宿主機的記憶體裡面，僅僅是使用一個虛擬層隔離，一旦攻擊者掌握了可以穿透虛擬層的漏洞，毫不費力的就可以完成入侵，常見的虛擬化層軟體如xen、kvm都能找到類似的安全漏洞。
其次，交換機的系統比較簡單，開放的服務非常有限。而宿主機則是一臺標準的Linux伺服器，執行著標準的Linux作業系統以及各種標準的服務，可被攻擊者使用的通道也多得多。
2.2. 大規模效應
l 傳統攻擊風險擴大
為了方便讓VM故障漂移以及其它原因，雲端計算網路一般的都會基於大二層架構，甚至是跨越機房、跨越城市的大二層架構。一個VLAN不再是傳統時代的200來臺伺服器，數量會多達幾百臺、幾千臺。在大二層網路內部，二層資料交換依賴交換機的CAM表定址。當MAC地址的規模達到一定規模之後，甚至可能導致CAM表被撐爆。
類似的，ARP欺騙、乙太網埠欺騙、ARP風暴、NBNS風暴等等二層內部的攻擊手法，危害性都遠遠超過了它們在傳統時代的影響。
l 攻擊頻率急劇增大
由於使用者的多樣性以及規模巨大，遭受的攻擊頻率也是急劇增大。以阿里雲現在的規模，平均每天遭受數百起起DDoS攻擊，其中50%的攻擊流量超過5GBit/s。針對WEB的攻擊以及密碼破解攻擊更是以億計算。
這種頻度的攻擊，給安全運維帶來巨大的挑戰。
2.3. 安全的責任走向廣義
隨著更多的雲使用者入住，雲內部署的應用也更是五花八門。安全部門的需要負責的領域也逐漸擴大，從開始的保護企業內部安全，逐漸走向更上層的業務風險。
l 雲端計算資源的濫用
雲端計算資源濫用主要包括兩個方面，一是使用外掛搶佔免費試用主機，甚至惡意欠費，因為雲端計算的許多業務屬於後付費業務，惡意使用者可能使用虛假資訊註冊，不停的更換資訊使用資源，導致雲服務提供商產生資損。作為安全部門，需要對這種行為進行控制。
另一方面，許多攻擊者也會租用雲伺服器，進行垃圾郵件傳送、攻擊掃描、欺詐釣魚之類的活動，甚至用來做botnet的C&C。安全部門需要能準確、實時的發現這種情況，並透過技術手段攔截。
l 不良資訊處理
不良資訊主要是指雲伺服器使用者提供一些色情、賭博之類的服務，雲服務提供商需要能夠及時識別制止，防止帶來業務風險。
3. 技術挑戰
要解決上述的這些風險，基於傳統的防禦思路，需要在網路中部署訪問控制策略，實施流量監控系統等等東西。但是對於雲來說，實施這些東西會遇到巨大的挑戰。
3.1. 失控的雲
傳統時代，所有的流量都會透過交換機進行。透過netflow、snmp、ACL等手段可以做到足夠完善的流量監控和訪問控制策略。但是在雲時代，不跨越宿主機的VM之間的流量在宿主機的記憶體中直接交換完畢，網路部門、安全部門無法檢視、控制這些流量。
為了解決雲伺服器被入侵的問題，安全部門需要在伺服器上部署各種安全產品，但是不幸的是在雲端計算時代，這些伺服器的所有權並不歸屬雲提供商，安全部門同樣沒有許可權對這些機器進行操作。
也就是說，在雲時代，安全部門只是隔靴搔癢的來解決安全問題。
3.2. 業務多樣化帶來防禦複雜性
傳統IDC時代，安全部門聯合網路部門劃分一個一個的安全域，DNS伺服器歸DNS區域，WEB伺服器歸WEB區域，資料庫伺服器歸資料庫區域，一切都井井有條。但是在雲時代，數以十萬計的使用者在幾十萬的雲伺服器上，執行著各種各樣的服務。他們的PV、QPS、響應時間要求各不相同。
而安全方案又不可能有放之四海皆準的萬能藥，拿DDoS防禦為例，CC攻擊
最常見的防禦方案為客戶端meta跳轉、302跳轉甚至驗證碼。對於普通的以PC為主要客戶的網站來說，這麼做沒有任何問題。但是對於以手機APP為主要客戶的網站來說，這麼做就是滅頂之災，手機APP由於訪問的是WEB API介面，一般不會解析這種客戶端跳轉，更不用說填寫驗證碼了，將導致業務完全不可用。
業務的這種複雜性，給安全防禦帶來不小的挑戰。
3.3. 隱私與監控的平衡
擔心隱私，擔心資料安全是目前上雲的最大阻力，但是為了解決雲端計算資源濫用、個性化安全策略等許多問題，都需要做流量監控，可能引起使用者的擔憂。作為雲端計算安全的設計者，需要小心的把握兩者的平衡。
4. 阿里雲的解決方案
在阿里雲，安全部門是作為公司成立的第一批員工加入的，初期佔公司總員工總數的10%以上。從一開始，我們就將雲的安全性作為首要問題。2013年12月10日訊，英國標準協會(簡稱BSI)宣佈阿里雲端計算有限公司(簡稱阿里雲)獲得全球首張雲安全國際認證金牌(CSA-STAR)，這也是BSI向全球雲服務商頒發的首張金牌。
4.1. 分散式虛擬交換機
為了解決雲VM的網路控制問題，我們設計了一套分散式的虛擬交換機，並提供WEB API供外部呼叫。分散式虛擬交換機部署在每一臺宿主機裡面，與控制中心通訊，上報、接收安全策略。它主要提供兩大功能：
l 自動遷移的安全組策略
在雲時代，不同的使用者共用同一段IP地址，基於IP地址已經難以區分業務了。因此，我們使用使用者ID來做區分，基於使用者ID來實現安全域，實施安全策略。當使用者的VM出現故障遷移到其它宿主機時，這個VM的安全策略會自動遷移過去。
l 動態繫結過濾
我們借鑑思科的DAI技術，實現了對資料包的動態檢查，在VM發出的資料包出虛擬網路卡之前做一次過濾，剔除偽造的報文。如偽造源IP地址的報文，偽造源MAC地址的報文。靠近源端過濾，可以有效的減輕惡意流量對網路造成的影響。
4.2. 基於資料分析的雲盾系統
基於資料分析的個性化安全，與監控惡意行為類似。我們統計並繪製每個雲伺服器的 BPS、PPS、QPS時間曲線圖，掌握終端使用者的訪問規律。根據User-Agent、源IP地址歸屬分析移動APP、PC的訪問分佈。基於這些統計資料，我們定製每個雲VM的WAF防禦策略，DDoS防禦觸發閾值、清洗閾值等，這就是阿里雲的雲盾系統。
其次，由於前文描述過的大規模的原因，我們的雲盾系統每天可以捕獲大量的惡意IP地址，包括WEB攻擊行為、DDoS攻擊行為、密碼破解行為、惡意註冊行為等等。我們的安全系統將這些IP地址作為統一的資源庫提供，所有的安全產品進行聯動，在攻擊者對某個VM進行攻擊之前就完成了防禦。
由於有了這些資料的整合，阿里雲的雲盾形成一個完整的體系，在各個不同的層面形成防禦，組建戰略縱深。各個子產品的資料打通，互相協助，一同進化，保護著雲平臺的安全。
4.3. 宏觀分析統計
鑑於隱私的考慮，我們不對應用層資料做監控，而是透過對五元組之類的資料做宏觀統計，發現惡意使用者對雲主機的濫用。
如上圖是一個典型的埠掃描之後做密碼掃描的例子。凌晨1點到9點之間，雲VM在最外做埠掃描，因為許多主機不存活，導致出流量遠大於進流量，而且具備非常典型的攻擊特徵，他只嘗試訪問大量IP地址的22、、1433、3389埠。在上午10點半左右，進的流量開始大起來，而且目的埠不變，目的IP是前面IP地址的子集。這說明，攻擊者已經提取了開放服務的主機，在進行密碼掃描了。
使用這種方式，我們避免了侵犯隱私，又能夠實現對惡意行為的偵測。
5. 總結
就我個人的理解，雲的安全不會是由雲服務提供商一家來做，一定是將網路開放出來由眾多的安全服務廠商提供自己的產品，為形形色色的使用者提供個性化、定製化的產品和服務。