网络靶场:网络安全练兵场

2019.06.06

2019年5月2日,美国总统特朗普签署了一项总统行政令,包括通过新总统杯网络安全竞赛来促进政府内部的网络安全工作;鼓励政府广泛采用网络安全劳动力框架来识别、招聘、开发和保留网络安全人才,该行政命令旨在填补美国所面临的网络安全技能人才缺口,更好地支持国防和关键基础设施所依赖的网络系统。4月24日,美国东部时间周三晚上10点左右,美军未经宣布切断最大军事基地布拉格堡的电源,测试基础设施遭到网络攻击下的真实反应。俄罗斯也于2019年2月通过包含“断网测试”内容的法案,应对西方国家发起网络战的威胁,备战网络空间危急时刻。网络空间风起云涌,网络安全已经成为大国博弈的重要战场,网络空间成为国家继陆、海、空、天四个疆域之后的国家安全第五疆域,新国家安全法首次明确网络空间主权纳入战略疆域,网络安全人才需求出现指数级增长。

网络攻击肆虐发展,各式各样的攻击流量跨越国界影响着每一台互联网设备,网络空间安全已经上升成为国家安全战略的重要组成部分,网络安全人才建设不断提出新的要求,网络空间的攻防演练开始受到各方的重视,网络靶场应运而生。网络靶场概念最初由美国在军事领域提出,靶场提供仿真虚拟环境来模拟真实的网络空间攻防实战,提升网络安全威胁响应实战能力,确保网络及信息安全。2008年,美国启动“国家网络靶场”项目,明确提出“国家网络靶场”是国家网络安全计划的一部分。随后英国也正式启动国家级网络实验场,还将实验场的部分靶场与美国“国家网络靶场”联网,建立了联合网络靶场,进行网络作战的全球演练。此外,日本、加拿大和北约等相继建立了自己的网络靶场,欧洲防务署专门批准了网络攻防测试靶场的建设计划。我国也十分重视网络靶场的建设,网络靶场,已成为网络强国的基础标配。

网络靶场概念提出的初期,网络靶场主要服务于国家机关,但随着技术的普及提升,出现了不少高效能的网络靶场产品,越来越多的企业和机构也开始建立和使用网络靶场促进自身网络的安全,这些行业包括通信、能源、交通、金融以及网络安全测评等。

一、网络靶场是网络空间安全需求的必然产物

1、基础设施安全受到严重威胁

2006年至2010年,著名的震网病毒曾经入侵伊朗核工厂长达五年之久,严重破坏了伊朗核计划。美国和以色列在“震网”病毒的合作,开启了将网络攻击损害现实世界的先河。2019年2月7日下午5点,委内瑞拉因向全国提供80%电力的古里水电站疑遭到网络攻击蓄意破坏,造成全国23个州中的21个州停电,引起严重的社会动荡。

随着关键基础设施系统越来越多地与互联网连接,网络攻击对物理基础设施的风险与影响与日骤增。网络攻击对关键基础设施的破坏不仅会造成“灾难性故障”,更有甚至者会引起社会动荡不安,造成政局不稳,这些损坏往往需要耗费大量的人力财力进行灾后恢复,而且难度很大。关键基础设施网络安全保障已成为网络空间防御的主战场。

2、企业网络安全面临威胁

2017年5月12日爆发的永恒之蓝(WannaCrypt)作为荼毒全球的重量级病毒,当时至少有150个国家、30万名用户中招,造成损失达80亿美元,影响到了金融、能源、医疗等众多行业,给社会和民生安全造成了严重的危机。

世界顶级互联网公司Facebook同样因为网络攻击不胜其扰,2018 年3月,被曝出 5000 万用户个人数据被剑桥数据分析机构利用, 9月份,又爆出安全系统的漏洞遭到黑客攻击,导致 3000 万用户信息暴露;年末,又一个软件漏洞,让 6800 万用户的私人照片面临泄露的风险。一年间,因为网络安全问题, Facebook 声誉与股价齐跌, 2018 年全年下跌 25.7%。还有调查显示,那些没有被成功拦截的网络攻击,会让60%的遭受攻击的中小企业六个月内倒闭。数据统计触目惊心,后果也让人难以承受,因此,从知名大企业到中小企业,确保网络安全都至关重要,迫在眉睫。

3、企业安全运维与应急响应对网络靶场需求迫切

业务网络是企业信息系统运行的基础,业务网络一旦依赖的某种原因中断,所有信息业务服务将无法进行,因此通信运营商、金融等行业的企业对网络安全有极高的要求,确保企业业务服务连续性、数据的安全性,提升企业的网络安全运维能力和应急响应水平至关重要。但是如果在真实系统环境中进行安全运维能力测试及应急响应模拟演练,可能会使业务安全遭受重大威胁,因此,企业对在高仿真环境下进行安全运维测试和应急响应演练有迫切需求,网络靶场可为此提供很好的解决方案。

4、军队、公安等特种行业缺少真实的综合演练环境

早在上世纪90年代,美国就最先提出了“网络战”的概念,并逐步将国家间网络空间对抗公开化、合法化,美国对伊朗实施“震网”病毒攻击时,实际上已经开启了网络攻击的新时代。网络空间对抗已由单纯的互联网发展到了泛在网络空间,攻击方式也向着复杂攻击方向发展,网络攻防的仿真模拟已成为各军事强国保护国家网络空间安全、训练网络战士的一种重要方式。然而军队、公安等特种行业到目前为止仍然缺少成体系的、规范的网络空间仿真训练系统。这些问题制约了网络空间作战模拟训练水平和实战能力的提升。

5、网络安全工具及设备缺少有效的测试床

信息安全测评中心、各网络安全产品生产企业、特种任务执行单位承担着各类系统及安全工具和设备的信息安全风险测试和评估任务,是项极富挑战性的工作。基于风险评估的测试、安全态势评估与测试、信息安全脆弱性评估等研究,多局限于评估的特定方面,缺少与安全实践的结合,由于信息安全攻击的破坏性和不可控性,直接在真实环境下进行信息安全分析测试可能会对系统造成破坏。

6、科研创新及网安实战人才培养的迫切需求

各类网络安全科研及教育培训机构,对网络靶场有迫切的需求。科研创新工作中需要:重复复现典型网络拓扑以及各类存在弱点的应用环境,针对性研究网络攻防对策;在高仿真环境中验证研发产品及工具的性能及可用性;构建业务系统高仿真环境,评估各类网络攻击可能对业务系统造成的影响。网络安全教育培训需要网络靶场提供高仿真培训环境,包含安全运维、渗透测试、攻防工具开发、漏洞挖掘与利用、安全编码与代码审计、应急响应与取证等网络安全实战培训体系,全方位提升网络安全人才攻防实战能力。

综上所述,如今网络空间安全被高度重视,但仍有许多问题难以克服:网络攻击可能导致关键基础设施崩溃和企业安全风险,造成重大经济损失及社会安全风险;企业网络信息系统关系到企业的正常连续运营,难以在真实系统中进行测试及应急响应演练;信息安全系统及安全工具和设备的测试缺少真实的测试环境;军队、公安等特种行业也由于缺少贴合实际的综合演练环境,导致任务执行风险不可控。这些都需要依赖模拟真实网络信息系统环境的仿真实验系统—网络靶场,构建网络靶场是应对上述威胁的有效途径。网络靶场提供虚拟环境来模拟真实的网络空间攻防对抗,有效提升网络空间安全防护能力。

二、网络靶场的典型应用实践

网络靶场经历了实体物理网络靶场、小型虚拟化靶场及大规模可拓展虚实结合靶场等几个重要发展阶段。网络靶场主要应用环境包括:

l模拟重大安全事件爆发,训练应急响应和处置能力。

l构建真实的对抗演练环境,让演练成果贴合实际业务。

l仿真关键信息基础设施,进行持续的安全检测。

l提供专业的测试环境,在真实网络中开展测试。

l网络安全人员专业培训与测评,实际场景训练、测试、认证专业能力。

1、美国“网络风暴”系列演习

由美国国土安全部牵头组织,自2006年持续开展两年一度的“网络风暴”演习,模拟针对重点行业的网络危机,以发生过的真实事件仿真为基础进行演练。从“网络风暴I”到“网络风暴VI”,随着威胁形势不断发生变化,演习重点逐步转移到在多领域响应严重的网络事件,演习规模也不断扩大,到“网络风暴VI”,已发展到包括联邦政府部门、各个行业的信息共享和分析中心、州、国际政府伙伴以及私营合作伙伴(如关键基础设施类企业以及高科技企业)等各行业1000余人参与演习,是美国同类型最大规模的网络安全演习。

在2008年3月,“网络风暴II”演习结束后,2008年5月1日,美国美国国防高级研究计划局(DARPA)发布公告正式开展国家网络靶场(NCR)项目研发。NCR将为美国国防部模拟真实的网路攻防作战提供虚拟环境,针对敌对电子攻击和网络攻击等电子作战手段进行实验。

每一次“网络风暴”演练都紧跟网络安全形势的演变,聚焦各类新型网络攻击样式;通过每一次演练,美国的网络安全技战术水平不断进步,网络对抗能力、网络安全战备和应急处置能力都有明显提升;通过演练,检验了联邦政府、州、地区、国际组织以及私营组织之间的协同应急处置能力,评估了信息共享能力以及美国国家网络事件响应计划(NCIRP)指导事件响应的效果。每一次“网络风暴”演习都是美国厉兵秣马备战网络空间战争的练兵场。

2、北约“锁盾”网络安全演习

2019年4月9日-12日,全球最大规模的网络安全演习北约“锁盾-2019”实战演习在爱沙尼亚展开,包括法国、捷克、瑞典等23个国家的1200名网络安全专家以“红蓝对抗”形式守护虚拟国家Berylia。演习模拟Berylia国家大选期间,国家网络服务系统遭到严重网络协同攻击,国家电网、4G通信系统等多个重要基础设施被破坏,参加演习的人员分组扮演攻击和防御角色。演习网络是为演习特别定制的网络靶场,包括一系列服务和平台,既有军用的,也有民用的。

北约“锁盾”演习始于2010年,每年的演习都有明确的目标,设定特定的场景,参演队伍扮演不同的网络攻防角色,每年演习中靶场构建的网络业务系统以及和国家安全息息相关的网络信息系统都在不断地提升和完善。演习打造的网络靶场为参与演习的各国网络安全专家提供了真实而且安全的训练环境,是各国安全专家挑战对手、挑战自我的绝佳实践机会。通过网络安全演习,各国网络安全专家提高了保护国家信息系统及重要基础设施系统的能力,同时评估大规模网络攻击对各类民用和军用网络系统造成的影响,以及危机处理过程中评估、协调、合作、恢复等应急响应能力。

3、“强网”拟态防御挑战赛,测试自主可控网络安全理论及产品性能

2018年5月首届“强网”拟态防御国际精英挑战赛就是网络靶场在网络安全产品测评方面一个典型应用,网络空间拟态防御(Cyber Mimic Defense,CMD)是邬江兴院士团队首创的主动防御理论,为应对网络空间中不同领域相关应用层次上基于未知漏洞、后门、病毒或木马等未知威胁,提供了具有普适创新意义的防御理论和方法。

为了验证拟态DNS、拟态WEB服务等最新科研成果是否能经得住考验,真实拟态防御设备与网络靶场虚拟环境相结合构建网络平台,举办了首届“强网”拟态防御国际精英挑战赛,赛事采用“白盒与黑盒对比测试、外部突破与注入组合实施”的创新比赛机制,邀请国内外网络安全领域顶尖白帽黑客战队参赛,在接近真实的网络场景中,观测整体拟态防御网络在遭受黑客攻击时的实际表现,对拟态防御进行全方位、高强度的安全检验。最终比赛中没有任何战队突破拟态防御,这次比赛是对拟态防御理论工程实现进行的一次“众测”验证,充分体现了我国在网信技术领域自主创新能力。今年5月,“强网”拟态防御国际精英挑战赛将在南京再次展开角逐。

4、赛博地球杯工业互联网网络靶场

工业互联网变革进程突飞猛进,技术融合带来更加高效生产力的同时,多种接入方式也增加了安全隐患。为建立工业互联网多层次安全保障体系,提升“设备安全、控制安全、网络安全、平台安全、数据安全”的工作要求,建设攻防兼备的工业互联网安全体系,以由我国自主研发的国防工业网络靶场“电科龙云”为基础,搭建工业互联网真实场景,涵盖国家核心能源、国防等重要基础设施,并融入云安全防御等,构建了工业互联网主题的“赛博地球网络靶场”。

“赛博地球网络靶场”设计源于真实应用与实践,吸纳了多次国内外大型工控安全事件的背景原因分析,充分体现了目前工业互联网的脆弱性和后果的复杂、严峻性。“赛博地球网络靶场”的建设,参训人员可以挑战真实工业互联网环境,清晰了解工业互联网的安全现状,实现实战演练技术与防御能力双重提升,促进了产业界网络安全升级,推动了网络安全人才与产业界互相促进融合,为打造良性发展的安全产业新生态起到了重要的推进作用。

三、网络靶场--网络空间安全可控的“练兵场”

面临日益泛滥的网络空间安全威胁,全球都在构建可控环境中进行有效模拟的网络“练兵场”—网络靶场。基于网络靶场各种模式的演习,是直面网络安全风险,应对未来第五疆域战争居安思危、防范于未然的明智做法。

1、感知网络安全风险,提升应急响应能力

通过网络靶场了解和发掘网络体系的脆弱性,并积极寻求对策,使政府、军队、各关键基础设施运营企业等各职能部门能够在复杂、激烈的网络对抗环境下敏锐感知网络安全威胁,迅速形成民事和军事应急响应能力,加强各部门之间的协调、合作,共同应对网络安全攻击,大力提升网络安全事件的应急响应和快速恢复能力。高仿真网络靶场已经成为当今基础设施防护、核心业务系统安全性评测、攻防对抗训练、新技术验证、风险评估不可缺少的基石,是支撑网络空间安全、网络武器试验、攻防对抗演练和网络风险评估的重要手段。

2、实战仿真、安全可控,强化安全防护机制

网络靶场用于网络安全模拟演练、研发以及测试,能够实现在有限的空间内仿真模拟大规模网络攻防行为,演练过程环境可控、风险可控、成果可控,整体行动安全可控、可复盘重演,便于数据采集分析以及安全风险评估和方案决策。

在网络安全防护领域,网络靶场可支持关键信息基础设施及防护演练、核心业务系统安全性评测等应用场景;在网络空间综合演练环节,网络靶场可以支撑基于真实场景的大规模战术级对抗演练、实战攻击任务基础环境快速构建等应用环境;在决策评估阶段,网络靶场可以实现基于真实场景的网络空间武器装备评测、大规模战略联合作战演练、城市级信息基础设施协同安全演练等应用,评估验证安全防护策略的可行性,检测安全防护系统存在的问题,有效指导安全防护的设计和部署,实现网络安全防护的最优配置。

3、网络安全领域的“练兵场”

网络空间对抗已由单纯的互联网发展到了泛在网络空间,攻击方式也向着复杂攻击方向发展。网络靶场也正向着虚实结合网络仿真、场景化网络行为模拟、多层次隔离的安全管控体系等方向发展。随着网络攻击、网络恐怖主义等安全威胁形势日趋复杂严峻,国家级以及国家间的网络安全演练也更为频繁,网络攻防的仿真模拟已成为各领域防范网络安全风险、各军事强国训练网络战士的重要方式。

网络靶场方兴未艾,网络空间战场仿真、红蓝军对抗、导调监控、态势展示等诸多模式,让人如置身“硝烟四起”的真实网络空间攻防作战环境。通过网络攻防演练锤炼网络战的实战能力,网络靶场已成为网络安全人才磨砺网络安全技能的“全功能练兵场”,为培养高水平网络攻防人才提供技术支撑,为国家的网络安全决策提供依据。

(文章来源:战略前言技术微信公众号)