架构师必知必会系列：网络安全与防护架构
作者：禅与计算机程序设计艺术
1.简介
随着网络攻击的日益加剧、应用越来越广泛、网络安全产品的推出以及各国政府对网络安全的重视，网络安全也成为互联网行业中非常重要的议题。网络安全除了涉及用户隐私、信息泄露等风险外，还面临着边界路由器、中间人攻击（Man-in-the-Middle attack）、DDoS攻击、恶意代码等多种网络攻击方式。如何保障网络通信安全、降低攻击成本并确保业务稳定运行一直是IT领域中的重点难题之一。
在IT界历经了多个十年的发展，技术革新带来的高速发展以及海量数据和人力投入，已经逐渐成为当今世界经济和科技驱动的发展方向。现如今，越来越多的人们开始关注并参与到网络安全的建设当中。无论是在信息技术人员还是网络安全工程师、系统管理员等角色，都需要具备较强的安全意识和能力，掌握网络安全防护相关知识和技能。
网络安全防护是企业保障网络通信安全的最有效手段之一，也是实现业务连续性和运营安全的关键环节。而对于网络安全防护来说，其架构设计与部署也是一个至关重要的问题。
网络安全防护架构是指企业建立起能够抵御网络攻击、提供网络安全的基础平台。网络安全防护架构包括前期规划、设备配置、应用识别、策略制定、审计跟踪、日志分析、报警与应急响应、安全漏洞管理、合规性管理、网络流量监控等方面，每一个环节都是一把利器。
作为架构师，有责任将自己的专业知识和技术能力转换为实际可行的网络安全防护方案，能够帮助企业快速构建起完整的网络安全防护体系。
2.基本概念术语说明
2.1 网络安全定义
网络安全，是指网络管理者为了保证通信线路或互联网上的数据、信息和服务安全、有效、准确地传输、处理、共享和利用，所采取的一系列制度、方法、技术、工具、流程和组织的统称。网络安全涵盖物理、电子、信息、过程等网络安全元素，包括以下五个主要领域：
1) 边界防护 2) 数据安全 3) 访问控制 4) 应用标识 5) 漏洞管理
网络安全的目标是保障网络的正常运行，防止有害信息、损毁设备、泄密数据的发生，以及数据的泄露、丢失、篡改等后果。
2.2 网络防火墙
网络防火墙（Network Firewall），又称网络网闸或网关防火墙，是一种安全设备，用来保护网络内部主机免受外界恶意攻击、病毒和木马的侵害，它分为硬件防火墙和软件防火墙两种类型。
硬件防火墙一般采用集成电路实现，安装在网络边缘，具备高度的安全性能。软件防火墙一般采用软件实现，安装在网络核心，具备高度灵活性、可伸缩性、易于部署和管理等优点。目前市场上主流的网络防火墙有两种类型——商用硬件防火墙和开源软件防火墙。
硬件防火墙主要用于防范入侵、探测、阻断和记录；软件防火墙则可以实现更多的功能，如过滤、分析和包管理。硬件防火墙通常配套有专门的接口卡，用于连接交换机、路由器等网络设备；软件防火墙则可以直接安装在操作系统或服务器上。
2.3 分布式拒绝服务攻击（Distributed Denial of Service Attack， DDoS）
分布式拒绝服务攻击(DDOS)，是一种网络攻击方式，通过向被攻击网站发送超大流量数据包，使网站瘫痪、崩溃甚至完全瘫痪，造成网络拥塞甚至瘫痪。DDOS的主要目的就是通过大量消耗网络资源，占满带宽，导致正常的网络连接无法正常工作，进而危害用户体验或者严重影响公司业务。
2.4 VPN
虚拟专用网络VPN，即Virtual Private Network，是利用Internet在本地创建虚拟加密通道，进行跨越防火墙、路由器的私密通信，隐藏用户IP地址、增加隐私保护的一种技术。VPN的工作模式与传统的Internet协议相似，由VPN客户端软件(VPN Client)和远程VPN服务器端组成。用户通过客户端软件设置VPN，通过VPN服务器建立加密的专用通道，就可以绕过防火墙，从而访问私密网络资源。
2.5 DPI技术
深度包检测技术，Deep Packet Inspection Technology，是一种网络流量检测技术，利用基于机器学习、计算机视觉、信号处理等领域的最新研究成果，对网络流量进行精准分析、实时监测，通过触发相应的预置策略，保护网络信息安全。
DPI技术在网络环境下采用数据包嗅探技术，对流量数据进行采集、解析和分析，根据流量特征、行为模式、上下文等信息对其进行分类、标记和过滤，从而实现对网络活动的监测和控制。
2.6 IDS、IPS
网络入侵检测系统(Intrusion Detection System,IDS)、网络入侵防御系统(Intrusion Prevention System,IPS)是指通过对网络流量进行检测、识别和过滤，实现网络安全的一种技术。IDS是基于主机的入侵检测系统，可以直接实时发现网络上的所有入侵行为，并根据规则生成告警事件；IPS是基于网络层的入侵防御系统，通过对流量进行检测、封锁、清除、限制、屏蔽等，提升网络安全能力。
3.核心算法原理和具体操作步骤
3.1 CIDR与VLSM
3.1.1 CIDR
CIDR(Classless Inter-Domain Routing)，即无类别域间路由。它是一种地址选择方法，由若干不同范围的网络地址通过点状连接符(/)来表示。CIDR允许分配任意数量的连续子网，不管某个范围内有多少可用的IP地址，只要符合CIDR标准即可。比如，192.168.0.0/24表示一个由256个IP地址组成的24位网络，其中前3位192.168.0开头的为网络号，后面的8位为主机号。
3.1.2 VLSM
VLSM(Variable Length Subnet Masks)，即可变长子网掩码。它是一种IP子网划分方法，不同的子网可以具有不同的掩码长度，而且可以是任意的整数倍。VLSM既可以用于IPv4，也可以用于IPv6。
3.2 ACL与端口白名单
3.2.1 ACL
ACL(Access Control List)，即访问控制列表。ACL是一种网络访问控制技术，基于源IP地址或源MAC地址，或目标IP地址或目标MAC地址，将指定IP或MAC地址之间的通信权限控制。ACL可针对不同目的IP地址或目的MAC地址配置不同的策略，以达到精细化控制网络流量的目的。
3.2.2 端口白名单
端口白名单(Port Whitelist)是一种网络访问控制机制，它允许一台计算机上的指定的进程或应用程序接收指定端口上的特定网络连接请求。白名单中的每个端口都有一个唯一的标识符，因此可以精确地控制哪些进程可连接到哪些端口。白名单的机制是基于TCP/UDP协议的，对每一个连接请求，都会检查对应的端口是否出现在白名单中。如果不存在于白名单中，那么该连接请求将被丢弃。
3.3 DMZ与NAT
3.3.1 DMZ
DMZ(Demilitarized Zone)，即非军事区。它是一种网络安全术语，指在公司的内网中，仅限于少数人员、服务器或其他网络资源可访问的区域。DMZ可以使得内网中的敏感信息（例如数据库）受到保护，避免外界的攻击。
3.3.2 NAT
NAT(Network Address Translation)，即网络地址转换。它是一种网络地址转换技术，它允许一个IP地址映射到另一个IP地址，隐藏内网中的真实IP地址。通过这种技术，公司的内部网络就可以显示出一个公共IP地址，同时不会引起对外网的影响。
3.4 BGP流量转发与SSL证书管理
3.4.1 BGP流量转发
BGP(Border Gateway Protocol)，即边界网关协议。BGP协议是一个路径协议，用于寻找一条到达目的地所需的最佳路由。在Internet中，BGP流量的转发是通过BGP路由表完成的。
3.4.2 SSL证书管理
SSL(Secure Socket Layer)，即安全套接层。SSL为互联网通信提供了安全支持，使得网页可以进行加密通信。在SSL中，身份认证和数据加密通过数字证书完成。数字证书是一种包含公钥、私钥和其他元数据的电子文件。SSL证书管理是SSL的重要组成部分，它包括证书的发布、更新和管理。
3.5 HTTP劫持与数据压缩
3.5.1 HTTP劫持
HTTP劫持(HTTP Hijacking)，是指攻击者在不经许可的情况下，截获用户浏览器发出的HTTP请求，并替换为自己构造的恶意请求，达到钓鱼、窃取个人信息等攻击目的。
3.5.2 数据压缩
数据压缩(Data Compression)是指将原始数据按照一定的算法编码成一种效率更高的形式，从而减小数据量、提高网络传输速度的一种技术。数据压缩可提高网络上传输速度、降低网络成本，但也可能造成数据的丢失、错乱等问题。
4.具体代码实例和解释说明
网络防护防火墙的一个典型配置如下图所示：
为了实现上述网络防护方案，需要做好以下几步：
配置设备防火墙参数
在防火墙上启用相应的防火墙规则，调整规则优先级，配置ACL和NAT规则等。
管理设备资产
对设备上架时刻、使用情况、安全漏洞和变更情况，进行合理的管理。
提升网络设备水平认识
善于观察攻击方式，建立相关的应对方案。
4.1 配置设备防火墙参数
# 开启SSH登录
$ sudo sed -i "s/^#PermitRootLogin prohibit-password$/PermitRootLogin yes/" /etc/ssh/sshd_config
$ sudo service ssh restart
# 关闭DHCP
$ sudo systemctl disable dhcpd
# 配置静态IP
$ sudo vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE="eth0"
BOOTPROTO="static"
ONBOOT="yes"
TYPE="Ethernet"
NM_CONTROLLED="no"
HWADDR=00:0C:29:11:AE:F2 # 修改为自己的MAC地址
IPADDR=192.168.0.2
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.0.1
# 配置DNS
$ sudo vi /etc/resolv.conf
nameserver 172.16.58.3
nameserver 8.8.8.8
# 设置ARP代理
$ echo 'proxyarp' | sudo tee --append /proc/sys/net/ipv4/conf/all/proxy_arp
$ sysctl net.ipv4.ip_forward=1
# 安装iptables防火墙
$ sudo yum install iptables-services -y
$ sudo systemctl start iptables && sudo systemctl enable iptables
# 配置防火墙规则
$ sudo vim /etc/sysconfig/iptables
*filter
:INPUT ACCEPT [0:0]
:FORWARD ACCEPT [0:0]
:OUTPUT ACCEPT [1083:64658]
-A INPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
-A INPUT -p tcp -m multiport --dports 22 -j ACCEPT
-A INPUT -i lo -j ACCEPT
-A INPUT -j REJECT --reject-with icmp-host-prohibited
-A FORWARD -j REJECT --reject-with icmp-host-prohibited
COMMIT
# 查看防火墙状态
$ sudo firewall-cmd --zone=public --list-all
# 开放防火墙端口
$ sudo firewall-cmd --zone=public --add-port=80/tcp --permanent
$ sudo firewall-cmd --reload
# 添加HTTPS加密
$ sudo yum install mod_ssl -y
$ sudo vim /etc/httpd/conf.d/ssl.conf
SSLCertificateFile /path/to/your/certificate.crt
SSLCertificateKeyFile /path/to/your/key.key
@ss && systemctl start @ss.
# 使用squid缓存代理
$ sudo yum install squid -y
$ sudo systemctl start squid && systemctl enable squid
# 开启Surelock VPN
$ wget https://www.surelock.de/downloads/software/latest-release/linux-x86_64/surelock-_latest_amd64.tar.gz
$ tar xzf surelock-_latest_amd64.tar.gz
$ cd surelock-*/bin
$./install.sh
$ export PATH=$PATH:/opt/surelock-/*/bin
$ surelock add your__name -u USERNAME -p PASSWORD
$ surelock connect your__name
# 通过WAF防止CSRF、XSS攻击
$ sudo yum install nginx -y
$ sudo yum install modsecurity-nginx -y
$ sudo systemctl start nginx && systemctl enable nginx
$ sudo cat << EOF > /etc/modsec/modsecurity.conf-recommended
SecRule REQUEST_COOKIES|!REQUEST_COOKIES:/__utm/|REQUEST_HEADERS:Content-Type,\
!CONTENT_TYPE:\
text/plain|\
"\x00" "msg:'Cross Site Scripting (XSS)'\
id:943100,\
phase:request,\
t:none,\
logdata:'Matched Data: \\\"\x00\\\" at REQUEST_COOKIES|!REQUEST_COOKIES:/__utm/,\\n within REQUEST_HEADERS:Content-Type.\
No sanitization is done on this value.',\
deny"
SecRule REQUEST_COOKIES|!REQUEST_COOKIES:/__utm/|ARGS:description "@rx script" \
"id:943100,\
phase:request,\
t:none,\
logdata:'Matched Data: script found within ARGS:description',\
deny"
EOF
$ sudo cat << EOF > /etc/nginx/conf.d/modsec.conf
modsecurity on;
modsecurity_rules_file /etc/modsec/modsecurity.conf-recommended;
EOF
# 使用DDos攻击检测与限制
$ sudo yum install ddosdb -y
$ sudo ddupdate config set url http://localhost/ddosdb
# 使用NoSQL injection防范
$ sudo yum install mongodb -y
$ mongo --eval "db.createUser({ user: 'admin', pwd: '', roles: [{ role:'readWriteAnyDatabase', db: 'admin' }]})"
$ vi ~/.bashrc
export MONGODB_URL='mongodb://admin:YOUR_PASSWORD@localhost:27017/admin'
# 用Fail2Ban防范SSH暴力破解
$ sudo yum install fail2ban -y
$ sudo cp /etc/fail2ban/jail.d/defaults-debian.conf /etc/fail2ban/jail.d/sshd.local
$ sudo vim /etc/fail2ban/jail.d/sshd.local
[sshd]
enabled = true
loglevel = 1
destination = /var/log/auth.log
port = ssh
maxretry = 3
$ sudo systemctl start fail2ban && systemctl enable fail2ban
# 为Web应用设置审计规则
$ sudo chmod o+w /var/log/audit/audit.log
$ sudo auditctl -e 1
# 为Web应用添加日志分析规则
$ tail -f /var/log/httpd/access_log | awk '{print $1,$2,$3,$4}' | sort | uniq -c | sort -nr | head -10
4.2 管理设备资产
# 使用rsyslog进行日志管理
$ sudo vim /etc/rsyslog.conf
module(load="imuxsock") # provides support for local system logging (e.g. via logger command)
input(type="imuxsock" port="2514") # start input module listening on a UDP socket
$ sudo systemctl restart rsyslog
# 使用logwatch进行日志审计
$ sudo apt update && sudo apt upgrade -y
$ sudo apt install logwatch logcheck libdate-manip-perl libregexp-common-perl
$ sudo cp etc/cron.daily/logwatch /etc/cron.hourly/logwatch
$ sudo chown root:root /usr/sbin/logwatch /etc/cron.*/*
$ sudo chmod g+rwx /usr/sbin/logwatch /etc/cron.*/*
$ sudo logwatch --mailto [email protected] --range yesterday --problems
# 使用chkrootkit检测漏洞
$ sudo apt install chkrootkit
$ sudo chkrootkit
# 定期对设备进行全盘扫描
$ sudo clamscan -r /
# 定期对web应用进行检测、审计
$ sudo touch app_access.log access.log error.log
$ sudo chmod go-w app_access.log access.log error.log
$ sudo chown apache:apache app_access.log access.log error.log
$ sudo touch scan_report.txt
$ sudo chmod go-wx scan_report.txt
$ sudo chown scanner:scanner scan_report.txt
$ crontab -e
0 */4 * * * /home/user/scan.sh >/dev/null 2>&1 || true4.3 提升网络设备水平认识
# 使用ettercap实施恶意攻击
$ sudo ettercap -T -M arp // target ip address
send: sending packet from (wlan0):...
sniffing traffic on wlan0...
# 使用tcpdump记录攻击流量
$ sudo tcpdump -i wlan0 ether proto 0x88cc and src host source IP or dst host destination IP -w capture.pcap
# 使用wireshark进行网络流量分析
# 使用ntop进行网络流量监控
$ sudo su
# apt-get remove -y snmpd
# bash setup.sh
# mysql -u root -p
mysql> FLUSH PRIVILEGES;
# exit
$ firefox http://localhost:3000
# 使用nessus进行漏洞扫描
$ sudo apt install nessus
$ sudo nano /etc/nessus/nessus.cfg
set server.port=8834
set server.interface=0.0.0.0
set auth.login=username
set auth.password=password
$ sudo systemctl restart nessusd
$ firefox https://localhost:8834
# 使用wazuh进行安全检测
$ wget https://github.com/wazuh/wazuh/raw/3.10.1/repo/apt/stable/pool/main/w/wazuh-manager/wazuh-manager_3.10.1-1_amd64.deb
$ sudo dpkg -i wazuh-manager_3.10.1-1_amd64.deb
$ sudo systemctl start wazuh-manager
$ sudo systemctl status wazuh-manager
# 使用osquery进行主机资产收集
$ wget https://osquery-packages.s3.amazonaws.com/centos/osquery_latest_x86_64.rpm
$ sudo rpm -ivh osquery_latest_x86_64.rpm
$ osqueryi --enroll --config_path=/etc/osquery/osquery.conf
$ sudo systemctl stop osqueryd
# 使用snort进行网络流量分析
$ sudo apt-get install snort
$ sudo snort -Q -c /etc/snort/snort.conf -i eth0 -l /var/log/snort/alert -A unsock -R txt -K ascii
# 使用clamav进行木马查杀
$ sudo freshclam
$ sudo systemctl start clamav-freshclamd
$ sudo systemctl enable clamav-freshclamd
$ sudo clamscan --infected -v /
Scanning files in /
----------------------------------------------
/dev/sda1 OK
----------- SCAN SUMMARY -----------
Known viruses: 2655526 FOUND
Engine version: 0.100.2
Scanned directories: 6
Scanned files: 1
Infected files: 0
Time: 27.019 sec (1 m 27 s)