基于信息异化下的信息安全中可信网络分析研究

柳世豫，郭东强

基于信息异化下的信息安全中可信网络分析研究

柳世豫，郭东强

互联网逐渐成为我们生活中不可或缺的同时，其弊端也开始出现。未来网络应该是可信的，这一观点已成为业界共识。因此，文章首先对信息异化和网络可信性的内涵进行了分析，并对可信网络进行综述。然后，通过分析可信网络的本质与体系架构来得知可信网络未来的发展趋势。

信息异化；可信网络；信息安全

一、绪论

进入21世纪以来，信息已成为人类社会文明发展的要素资源之一，成为现代社会持续发展的基本条件。信息网络空间已成为继陆、海、空和太空之后的第五大国家主权疆域，成为世界各国战略竞争的重要领域。网络技术和应用的飞速发展，互联网日益呈现出复杂、异构等特点，当前的网络体系己经暴露出严重的不足，信息社会的到来除了带来正面效益，同时也带来相关危害，网络面临着严峻的安全和服务质量(QoS)保证等重大挑战，保障网络的可信成为网络进一步发展的迫切需求。最初网络应用的绝对自由主义理念和管理的无政府状态，己不适应当前实际的网络发展，需要建立网络可信行为的新秩序。

在网络领域里，“高可信网络”的创意来自中国，旨在以高可信网络满足“高可信”质量水准的应用服务需要。如今，“高可信网络”己确定写入中国国务院公布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(06-20年)》，明确指出:“以发展高可信网络为重点，开发网络信息安全技术及相关产品，建立信息安全技术保障体系，防范各种信息安全突发事件”。本文从网络与用户行为的可信模型、可信网络的体系结构、服务的可生存性、网络的可管理性等进行研究。

二、信息异化、信息安全与可信网络的概念

目前，对信息异化概念有不同的说法，多是处于人的视角，认为信息异化是人类创造了信息，信息在生产、传播和利用等活动过程中有各种的阻碍，使得信息丧失其初衷，反客为主演变成外在的异化力量，反过来支配、统治和控制人的力量。其意针对的是人们创造的那部分信息，研究的是信息所拥有的社会属性，说到底是研究人造成的异化问题，只是使用了限定词的一个信息而已，疑似把“信息异化”当作“信息过程中人的异化”同一个归类。这样，使得异化的被动内涵被隐藏起来，结果造就了“信息对人的异化”方面的研究，疏忽对信息自然属性及“信息被异化”的研究，最后使信息异化研究具有片面性。笔者最后选择一个信息异化概念。“信息异化”是指信息在实践活动(包括信息的生产、制造，传播及接收等)过程中，在信息不自由的状态下变为异在于其本真活动结果的现象。

关于信息安全，部分专家对信息安全的定义为：“一个国家的社会信息化状态不受外来的威胁与侵害；一个国家的信息技术体系不受外来的威胁与侵害。”这个定义，包含现有对信息安全的先进认识，又包含了更加广泛的信息安全领域，是目前较为全面且被认可的定义。信息安全本身包括的范围极大，其中包括如何防范企业商机泄露、防范未成年人对不良信息的浏览、个人信息的泄露损失等。所以网络信息安全体系的建立是保证信息安全的重要关键，其中包含计算机安全操作系统、各种的安全协议、安全机制(数字签名、消息认证、数据加密等)，直至安全系统，只要一环出现漏洞便会产生危险危害。

如今，网络安全技术杂乱零散且繁多，实现成本相应增加，对网络性能的影响逐渐增大。其复杂性使得它的臃肿的弊端慢慢显现出来，业界需要相应的创新的理念和战略去解决网络安全问题以及它的性能问题，在这种背景下可信网络开始出现在世人的眼中。现在大众可信网络有不同理解与观点，有的认为可信应该以认证为基础，有的认为是以现有安全技术的整合为基石；有的认为是网络的内容可信化，有的认为可信是网络是基于自身的可信，有的认为是网络上提供服务的可信等，虽说众说纷纭，但其目的是一致的:提升网络以及服务的安全性，使人类在信息社会中受益。可信网络可提升并改进网络的性能，减少因为不信任带来的监视、不信任等系统的成本，提高系统的整体性能。

三、可信网络国内外研究

（一）可信网络国外研究

在可信网络的研究中，Clark等学者在New Arch项目的研究中提出了“信任调节透明性”(trust-modulated transparency)原则，他们期望在现实社会的互相信任关系能够反映在网络上。基于双方用户的信任需求，网络可以提供一定范围的服务，如果双方彼此完全信任，则他们的交流将是透明化、没有约束的，如果不是则需要被检查甚至是被约束。美国高级研究计划局出的CHAT(compostablehigh-Assurance trustworthysystems)项目研究了在指定条件下运行如何开发出可快速配置的高可信系统及网络来满足关键的需求，其中包含了安全性、可生存性、可靠性、性能和其他相关因素。TRIAD(trustworthyrefinement throughintrusion-awaredesign)项目研究了以策略为中心的入校检测模型，他们利用模型去提高网络系统的可信性。但因为网络有着复杂性的特点，如何构建可信网络是需要研究的。因此TCG先进行较为简单的可信网络连接问题。它将可信计算机制延伸到网络的技术，在终端连入网络前，开始进行用户的身份认证;若用户认证通过，再进行终端平台的身份认证；若终端平台的身份认证也通过，最后进行终端平台的可信状态度量，若度量结果满足网络连入的安全策略，将允许终端连入网络，失败则将终端连入相应隔离区域，对它进行安全性补丁和升级。TNC是网络接入控制的一种实现方式，是相对主动的一种网络防御技术，它能够防御大部分的潜在攻击并且在他们攻击前就进行防御。2004年5月TCG成立了可信网络连接分组 (trustednetwork connectionsubgroup)，主要负责研究及制定可信网络连接TNC(trusted networkconnection)框架及相关的标准。2009年5月，TNC发布了TNC 1.4版本的架构规范，实现以TNC架构为核心、多种组件之间交互接口为支撑的规范体系结构，实现了与Microsoft的网络访问保护(networkaccessprotection,NAP)之间的互操作，他们将相关规范起草到互联网工程任务组(internationalengineertask force,IETF)的网络访问控制(networkaccesscontrol,NAC)规范中。如今已有许多企业的产品使用TNC体系结构，如Extreme Networks,HP ProCureve,Juniper Networks,OpSwat,Patchlink,Q1Labs,StillSecure,WaveSystems等。

（二）可信网络国内研究

我国也有学者进行了可信网络的研究。林闯等进行了可信网络概念研究以及建立相关模型，提出网络可信属性的定量计算方法。期望基于网络体系结构自身来改善信息安全的方式来解决网络脆弱性问题，通过保护网络信息中的完整性、可用性、秘密性和真实性来保护网络的安全性、可控性以及可生存性。利用在网络体系结构中的信任机制集成，使安全机制增强，在架构上对可信网络提出了相关设计原则。闵应骅认为能够提供可信服务的网络是可信网络，并且服务是可信赖和可验证的。这里的可信性包括健壮性、安全性、可维护性、可靠性、可测试性与可用性等。

TNC进行设计过程中需要考虑架构的安全性，同时也要考虑其兼容性，在一定程度上配合现有技术，因此TNC在优点以外也有着局限性。TNC的突出优点是安全性和开放性。TNC架构是针对互操作的，向公众开放所有规范，用户能够无偿获得规范文档。此外，它使用了很多现有的标准规范，如EAP、802.1X等，使得TNC可以适应不同环境的需要，它没有与某个具体的产品进行绑定。TNC与NAC架构、NAP架构的互操作也说明了该架构的开放性。NC的扩展是传统网络接入控制技术用户身份认证的基础上增加的平台身份认证以及完整性验证。这使得连入网络的终端需要更高的要求，但同时提升了提供接入的网络安全性。

虽然TNC具有上述的优点，但是它也有一定的局限性：

1.完整性的部分局限。TNC是以完整性为基础面对终端的可信验证。但这种可信验证只能保证软件的静态可信，动态可信的内容还处于研究中。因此TNC接入终端的可信还处于未完善的阶段。

2.可信评估的单向性。TNC的初衷是确保网络安全，在保护终端的安全上缺乏考虑。终端在接入网络之前，在提供自身的平台可信性证据的基础上，还需要对接入的网络进行可信性评估，否则不能确保从网络中获取的服务可信。

3.网络接入后的安全保护。TNC只在终端接入网络的过程中对终端进行了平台认证与完整性验证，在终端接入网络之后就不再对网络和终端进行保护。终端平台有可能在接入之后发生意外的转变，因此需要构建并加强接入后的控制机制。在TNC1.3架构中增加了安全信息动态共享，在一定程度上增强了动态控制功能。

4.安全协议支持。TNC架构中，多个实体需要进行信息交互，如TNCS与TNCC、TNCC与IMC、IMV与TNCS、IMC与IMV，都需要进行繁多的信息交互，但TNC架构并没有给出相对应的安全协议。

5.范围的局限性。TNC应用目前局限在企业内部网络，难以提供多层次、分布式、电信级、跨网络域的网络访问控制架构。在TNC1.4架构中增加了对跨网络域认证的支持，以及对无TNC客户端场景的支持，在一定程度上改善了应用的局限性。

我国学者在研究分析TNC的优缺点的同时结合中国的实际情况，对TNC进行了一些改进，形成了中国的可信网络连接架构，如图1所示。

我国的可信网络架构使用了集中管理、对等、三元、二层的结构模式。策略管理器作为可信的第三方，它可以集中管理访问请求者和访问控制器，网络访问控制层和可信平台评估层执行以策略管理器为基础的可信第三方的三元对等鉴别协议，实现访问请求者和访问控制器之间的双向用户身份认证和双向平台可信性评估。该架构采用国家自主知识产权的鉴别协议，将访问控制器以及访问请求者作为对等实体，通过策可信第三方的略管理器，简化了身份管理、策略管理和证书管理机制，同时进行终端与网络的双向认证，提供了一种新思路。

在国家“863”计划项目的支持下，取得了如下成果:

（1）在对TNC在网络访问控制机制方面的局限性进行研究分析后，同时考虑可信网络连接的基本要求，提出了一种融合网络访问控制机制、系统访问控制机制和网络安全机制的统一网络访问控制LTNAC模型，对BLP模型进行动态可信性扩展，建立了TE-BLP模型，期望把可信度与统一网络访问控制模型结合起来。

（2）通过研究获得了一个完整的可信网络连接原型系统。该系统支持多样认证方式和基于完整性挑战与完整性验证协议的远程证明，来实现系统平台间双向证明和以远程证明为基础的完整性度量器和验证器，最后完成可信网络连接的整体流程。

图1 中国可信网络连接架构

四、可信网络模型分析

（一）网络与用户行为的可信模型

可信是在传统网络安全的基础上的拓展:安全是外在的表现形式，可信则是进行行为过程分析所得到的可度量的一种属性。如何构建高效分析刻画网络和用户行为的可信模型是理解和研究可信网络的关键。这是目前网络安全研究领域的一个新共识。构建网络和用户的可信模型的重要性体现于:它只准确而抽象地说明了系统的可信需求却不涉及到其他相关实现细节，这使得我们能通过数学模型分析方法去发现系统在安全上的漏洞。可信模型同时也是系统进行研发的关键步骤，在美国国防部的“可信计算机系统的评价标准(TCSEC)”中，从B级阶段就需要对全模型进行形式化描述和验证，以及形式化的隐通道分析等。我们还需要可信模型的形式化描述、验证和利用能够提高网络系统安全的可信度。最后，构建理论来说明网络的脆弱性评估和用户遭受攻击行为描述等的可信评估，这是实现系统可信监测、预测和干预的前提，是可信网络研究的理论所有基础。

完全安全的网络系统目前还无法实现，因此网络脆弱性评估的最终目的不是完全消除脆弱性，而是找到一个解决方案，让系统管理员在“提供服务”和“保证安全”之间找到平衡，主动检测在攻击发生之前，如建立攻击行为的设定描述，通过在用户中区分隐藏的威胁，以可信评估为基础上进行主机的接入控制。

传统检测多为以规则为基础的局部检测，它很难进行整体检测。但我们现有的脆弱性评估工具却绝大多数都是传统基于规则的检测工具，顶多对单一的主机的多种服务进行简陋的检查，对多终端构建的网络进行有效评估还只能依靠大量人力。以模型为基础的模式为整个系统建立一个模型，通过模型可取得系统所有可能发生的行为和状态，利用模型分析工具测试，对整个系统的可信性评估。图2说明了可信性分析的元素。网络行为的信任评估包括行为和身份的信任，而行为可信又建立在防护能力、信任推荐、行为记录、服务能力等基础之上。

图2 一种分析模式的可信模型

（二）可信网络的体系结构

互联网因技术和理论的不足在建立时无法考量其安全周全，这是网络脆弱性的一个重要产生因素。但是如今很多网络安全设计却常常忽略网络体系的核心内容，大多是单一的防御、单一的信息安全和补丁补充机制，遵从“堵漏洞、作高墙、防外攻”的建设样式，通过共享信息资源为中心把非法侵入者拒之门外，被动的达到防止外部攻击的目的。

在黑客技术日渐复杂多元的情况下，冗长的单一防御技术让系统规模庞大，却降低了网络性能，甚至破坏了系统设计的开放性、简单性的原则。因此这些被动防御的网络安全是不可信的，所以从结构设计的角度减少系统脆弱性且提供系统的安全服务特别重要。尽管在开放式系统互连参考模型的扩展部分增加了有关安全体系结构的描述，但那只是不完善的概念性框架。

网络安全不再只是信息的可用性、机密性和完整性，服务的安全作为一个整体属性被用户所需求，因此研究人员在重新设计网络体系时需考虑从整合多种安全技术并使其在多个层面上相互协同运作。传统的补丁而补充到网络系统上的安全机制已经因为单个安全技术或者安全产品的功能和性能使得它有着极大地局限性，它只能满足单一的需求而不是整体需求，这使得安全系统无法防御多种类的不同攻击，严重威胁这些防御设施功效的发挥。如入侵检测不能对抗电脑病毒，防火墙对术马攻击也无法防范。因为如此，网络安全研究的方向开始从被动防御转向了主动防御，不再只是对信息外围的非法封堵，更需要从访问源端就进行安全分析，尽量将不信任的访问操作控制在源端达到攻击前的防范。因此我们非常需要为网络提供可信的体系结构，从被动转向主动，单一转向整体。可信网络结构研究必须充分认识到网络的复杂异构性，从系统的角度确保安全服务的一致性。

新体系结构如图3所示，监控信息(分发和监测)以及业务数据的传输通过相同的物理链路，控制信息路径和数据路径相互独立，这样监控信息路径的管理不再只依赖于数据平面对路径的配置管理，从而可以建立高可靠的控制路径。其形成的强烈对比是对现有网络的控制和管理信息的传输，必须依赖由协议事先成功设置的传输路径。

图3 可信网络的体系结构示意图

（三）服务的可生存性

可生存性在特定领域中是一种资源调度问题，也就是通过合理地调度策略来进行服务关联的冗余资源设计，通过实时监测机制来监视调控这些资源的性能、机密性、完整性等。但网络系统的脆弱性、客观存在的破坏行为和人为的失误，在网络系统基础性作用逐渐增强的现实，确保网络的可生存性就有着重要的现实意义。

由于当时技术与理论的不足，使得网络存在着脆弱性表现在设计、实现、运行管理的各个环节。网络上的计算机需要提供某些服务才能与其他计算机相互通信，其脆弱性在复杂的系统中更加体现出来。除了人为疏忽的编程错误，其脆弱性还应该包含网络节点的服务失误和软件的不当使用和网络协议的缺陷。协议定义了网络上计算机会话和通信的规则，若协议本身就有问题，无论实现该协议的方法多么完美，它都存在漏洞。

安全服务是网络系统的关键服务，它的某个部分失去效用就代表系统会更加危险，就会导致更多服务的失控甚至是系统自身瘫痪。因此必须将这些关键服务的失效控制在用户许可的范围内。可生存性的研究必须在独立于具体破坏行为的可生存性的基本特征上进行理论拓展，提升系统的容错率来减少系统脆弱性，将失控的系统控制在可接受范围内，通过容侵设计使脆弱性被非法入侵者侵入时，尽可能减少破坏带来的影响，替恢复的可能性创造机会。

（四）网络的可管理性

目前网络已成为一个复杂巨大的非线性系统，具有规模庞大、用户数量持续增加、业务种类繁多、协议体系复杂等特点。这已远超设计的初衷，这让网络管理难度加大。网络的可管理性是指在内外干扰的网络环境情况下，对用户行为和网络环境持续的监测、分析和决策，然后对设备、协议和机制的控制参数进行自适应优化配置，使网络的数据传输、用户服务和资源分配达到期望的目标。

现有网络体系结构的基础上添加网络管理功能，它无法实现网络的有效管理，这是因为现有的网络体系与管理协议不兼容。可信网络必须是可管理的网络，网络的可管理性对于网络的其他本质属性，如安全性、普适性、鲁棒性等也都有着重要的支撑作用。“网络管理”是指对网络情况持续进行监测，优化网络设备配置并运行参数的过程，包括优化决策和网络扫描两个重要方面。（如图4所示）

研究管理性是通过改善网络体系中会导致可管理性不足的设计，达到网络可管理性，实现网络行为的可信姓，再解决网络本质问题如安全性、鲁棒性、普适性、QoS保障等，提供支撑，使网络的适应能力加强。

图4 网络管理示意图

五、结论

综上所述，互联网有着复杂性和脆弱性等特征，当前孤立分散、单一性的防御、系统补充的网络安全系统己经无法应对具有隐蔽多样可传播特点的破坏行为，我们不可避免系统的脆弱性，可以说网络正面临重要的挑战。我国网络系统的可信网络研究从理论技术上来说还处于初级阶段，缺乏统一的标准，但是它己经明确成为国内外信息安全研究的新方向。

随着大数据的到来，全球的头脑风暴让信息技术日新月异，新技术带来的不只有繁荣，同时也带来异化。昨日的技术已经无法适应今日的需求，从以往的例子中可以得知信息安全的灾难是广泛的、破坏性巨大、持续的，我们必须未雨绸缪并且不停地发展信息安全的技术与制度来阻止悲剧的发生。

信息异化带来的信息安全问题是必不可免的，它是网络世界一个严峻的挑战，对于可信网络的未来我们可以从安全性、可控性、可生存性来创新发展，新的防御系统将通过冗余、异构、入侵检测、自动入侵响应、入侵容忍等多种技术手段提高系统抵抗攻击、识别攻击、修复系统及自适应的能力，从而达到我们所需的实用系统。

可以通过下述研究方向来发展可信网络：

（一）网络系统区别于一般系统的基本属性之一是复杂性，网络可信性研究需要通过宏观与微观上对网络系统结构属性的定性，定量刻画，深入探索网络系统可靠性的影响，这样才能为网络可信设计、改进、控制等提供支持。因此，以复杂网络为基础的可信网络会成为一个基础研究方向。

（二）网络系统区别于一般系统的第二个重要属性是动态性，其包含网络系统历经时间的演化动态性和网络失去效用行为的级联动态性。如今，学术上对可信网络静态性研究较多，而动态性研究较少，这无疑是未来可信网络研究的一大方向。

（三）网络系统的范围与规模日渐庞大，节点数量最多以百万计算，在可信网络研究中我们需要去解决复杂性问题计算，这是一个可信网络研究需要解决的问题。如今重中之重是研究构建可靠地可信模型与相应的算法，而近似算法、仿真算法将成为主要解决途径。

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柳世豫，男，台湾人，华侨大学工商管理学院硕士研究生；

郭东强，男，回族，华侨大学工商管理学院教授，博导，研究方向：信息管理与企业管理信息化。

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1008-4428（2015）05-97-04