网络攻防实验环境构建培训讲义

1. 网络攻防实验环境构建1. 网络攻防实验环境为什么需要网络攻防实验环境?网络攻防是基础知识和实践紧密结合的技术方向 基础知识: 计算机各个方面专业知识都要“略懂”操作系统、网络的基本结构与底层机制编程语言、汇编语言及软件编译执行机理密码学与信息安全专业基础实践技能: 各种网络和系统实践技能也要“略懂” 系统底层机制进行深入探究的技术能力: 网络、程序 掌握网络渗透测试的实践技能->支持更好的研究和防御 掌握对攻击的分析实践技能->了解安全威胁,支持更好的防范 掌握攻击防御和响应技能专属的网络攻防实验环境学习网络攻防技术需要一个实验环境学打篮球：你就需要篮球场拿Internet直接作为攻防实验学习环境违背传统黑客道德与精神效率低下学习方式，“脚本小子”/低水平骇客专属的网络攻防实验环境环境的可控性、可重复性 “我的地盘我作主”网络攻防实验环境的基本组成o 攻击机: 发起网络攻击的主机n Win32: Windows XPn Linux: more powerful, 建议攻击平台o 攻击目标主机（靶机）n Win32桌面操作系统: Windows XPn Linux服务器操作系统: Ubuntu / n Win32服务器操作系统: Win 2K3 /Win 2K Servero 攻击检测、分析与防御平台n 攻击目标主机网关位置n 网关: 网络流分析、检测、防御n 攻击目标主机: 系统日志采集与分析o 构建一个基本网络攻防环境，需要4-5台主机及相关联网设备V-Net: 基于虚拟蜜网的攻防实验环境o 虚拟机技术 (Virtual Machine)n 通过虚拟化技术在一台主机上构建攻防实验环境n 降低部署成本同时提高易管理性n 虚拟机软件: VMware Workstation/vSphere o 蜜网技术 (Honeynet)n 陷阱网络：诱骗和分析网络攻击n 高交互式蜜罐：提供攻击目标环境n 蜜网网关/Sebek：攻击网络/系统行为捕获与分析o 虚拟机+蜜网=虚拟蜜网 (Virtual Honeynet)基于虚拟蜜网的攻防实验环境拓扑2. 虚拟化技术与云计算热潮虚拟化技术和云计算热潮o Google Trends：虚拟化和云计算查询热度趋势比较o 虚拟化技术： 21世纪以来的IT技术热点o 云计算：近年来IT领域最热点的词汇什么是虚拟化?o 虚拟化(Virtualization)n 创建某种事物的虚拟(非真实)版本的方法和过程.o 虚拟(Virtual)n 通常用于区分纯粹概念上的事物和拥有物理实体的事物.o 计算领域中的虚拟化whatis.comwebopedian 创建某种计算资源的虚拟版本的方法和过程.n 某种事物->某种计算资源n 示例: 处理器, 内存, 磁盘, 完整的计算机, 网络等虚拟化技术的提出与复兴虚拟化技术的发展过程虚 拟 化 技 术 的 复 兴: 第一代虚拟化o 第一代虚拟化技术: x86虚拟化 (1997-2005)n 1997: Virtual PC for Macintosh by Connectix n 1998: Diane Greene和Mendel Rosenblum从Stanford创建VMware公司，申请专利技术n 1999: VMware Virtual Platform (Workstation) for x86n 2001: VMware GSX Server product (Server,2006年免费发布)03: MS并购Connectix (Virtual PC & Virtual Server), EMC并购VMware $635 million第一代虚拟化技术：基于动态翻译技术的完全虚拟化虚 拟 化 技 术 的 复 兴: 第二代虚拟化o 第二代虚拟化技术: 硬件/操作系统支持的虚拟化技术(05-)o 硬件支持虚拟化技术-native virtualizationn 2005: Intel在芯片中开始支持虚拟机 IVT(Vanderpool/Silvervale)n 2006: AMD在芯片中开始支持虚拟机 AMD-V (Pacifica)o 操作系统支持虚拟化技术-paravirtualization n 2002: Denali by Washington U.n 2003: Xen by XenSource (from U. of Camb.)n 2005: Virtual Machine Interface by VMwaren 2008: XenSource is also developing a compatibility layer for MS Windows Server 2008o 虚拟基础设施2005-: Virtual Infrastructure by VMware计算机系统最重要的三个接口o ISA: 指令集架构n Interface 3: 系统ISA,OS可见, 用于管理硬件n Interface 4: 用户ISA,应用程序可见o ABI: 应用程序二进制接口n Interface 2: 系统调用接口n Interface 4: 用户ISAo API: 应用程序编程接口n Interface 1: 高级编程语言库函数调用n Interface 4: 用户ISA什么是虚拟机？机器(“machine”)的虚拟版本 那什么是机器"Machine"?从一个进程的角度定义机器n 一个逻辑内存地址空间; 用户级的指令和寄存器; I/O (仅通过操作系统系统调用可见)实际上, ABI接口定义了进程角度所看到的机器; API接口定义了一个高级编程语言程序所看到的机器.o 从操作系统的角度定义机器n 底层硬件特性定义了机器.n ISA提供了操作系统和机器之间的接口.进程级虚拟机和系统级虚拟机o 进程级虚拟机进程级虚拟机是执行单一进程的虚拟平台.Java VM, FVM Sandbox,etc.o 系统级虚拟机系统级虚拟机提供了支持操作系统和上层众多应用进程的一个完整、持久稳固的系统环境.VMware, Qemu, etc.o 基本概念guest, host, runtime,VMM系统级虚拟机实现需求和目标o 系统级虚拟机实现需求n 向Guest OS提供与真实硬件相类似的硬件接口n 硬件接口: CPU, Memory, I/O (Disk, Network, 外设)o 系统级虚拟机实现目标n 兼容性: 具备运行历史遗留软件的能力n 性能: 较低的虚拟化性能开销n 简单性: 支持安全隔离 (没有/很少安全缺陷), 可靠性 (不失效)n 多种不同技术, 分别提供不同的设计平衡CPU虚拟化技术o CPU 架构可虚拟化:n 如果支持基础的虚拟化技术直接执行(direct execution)o 直接执行n 在VMM保持对CPU的最终控制权前提下，能够让虚拟机中的指令直接在真实主机上运行n 实现直接执行需要:o 虚拟机特权级和非特权级代码: CPU的非特权模式执行o VMM: CPU特权模式执行o 虚拟机执行特权操作时: CPU traps到VMM, 在模拟的虚拟机状态上仿真执行特权操作o 提供可虚拟化的CPU体系框架的关键n 提供trap semantics,使得VMM可以安全的、透明地、直接的使用CPU执行虚拟机.CPU虚拟化的挑战o 大部分modern CPU 并不支持可虚拟化, 如x86o 需直接访问内存和硬件的操作系统特权代码必须在Ring 0执行o CPU虚拟化必须在Guest OS下面添加VMM(Ring 0)o 一些关键指令在非Ring 0权限级执行具有不同语义: 不能有效虚拟化,Figure: x86 privilege levelo 非特权级指令可以查询CPU的当前 architecture without virtualization特权级, x86并不trap这些指令CPU虚拟化技术: 动态代码翻译o 结合直接执行和动态代码翻译n 运行普通程序代码的CPU模式可虚拟化:直接运行保证高性能n 不可虚拟化的特权级CPU模式: 代码翻译器o 快速: 相同ISA架构时, 较低延迟o 动态: paravirtualization(静态)o 兼容: 对Guest OS全透明，可以运行无需修改的历史遗留软件 Figure: the binary translationo 动态代码翻译技术是无需硬件和OS支 approach to x86 virtualization持实现对特权指令虚拟化唯一选择.CPU虚拟化技术: Paravirtualization o Paravirualization n alongside virtualizationn OS支持的虚拟化n VMM设计者需要定义虚拟机接口，将不可虚拟化的指令替换为可虚拟化/可高效直接执行的等价指令优势: 消除trap等虚拟化overhead, 高效弱势: 不兼容, 需要修改操作系统, 对商业OS第三方无法移植o Xen, Windows Svr 2008,VMware Virtual MachineInterfaceCPU虚拟化技术: Native VirtualizationFigure: the native virtualization approach to x86 virtualizationCPU虚拟化技术: Native Virtualizationo 可虚拟化CPU架构n 随着虚拟化技术复兴, 硬件厂商快速跟进并推出简化虚拟化技术的CPU新特性n Intel Virtualization Technology (VT-x)n AMDs AMD-Vo 针对特权代码的虚拟化n 在Ring 0之下增加一个新的root mode (VMM)n 特权代码会自动trap至hypervisor, 无需paravirtualization或动态代码翻译n guest state存储于Virtual Machine Control Structures (VT-x) / Virtual Machine Control Blocks (AMD-v)n 弱势: 较高的hypervisor到guest的转换延迟n VMware使用场景受限 (64-bit guest support), Xen 3.0CPU虚拟化技术: 小结o 三种现有的CPU虚拟化技术动态代码翻译ParavirtualizationNative Virtualization兼容性优秀差优秀性能好优秀一般简单性差一般好n 动态代码翻译, Paravirtualization, Native Virtualizationn 各种技术具有独特的优势和弱势n CPU