信息安全-操作系统安全保护(一)_操作系统安全基础保障机制

一、操作系统安全概述

1.1 操作系统安全概念

是指满足安全策略要求，具有相应的安全机制及安全功能，符合特定的安全标准，在一定约束条件下，能够抵御常见的网络安全威胁，保障自身的安全运行及资源安全

根据安全功能和安全保障要求，将操作系统分成五个安全等级

1. 用户自主保护级
2. 系统审计保护级
3. 安全标记保护级
4. 结构化保护级
5. 访问验证保护级

操作系统的安全可控：是指用户可以按照预期的安全要求，实现对操作系统的操作和控制，以满足用户的业务需求

• 狭义上来说，操作系统的安全可控侧重于产品安全
• 广义上来说，操作系统的安全可控侧重于产业可控

操作系统的安全可控目标分为两个层面

1. 第一个层面，是指给定一个操作系统，用户能够实现对操作系统的可理解、可修改、可检测、可修复、可保护
2. 第二个层面，商业用户能够自己主导操作系统的产品化，不受恶意的商业利益绑架或遭受知识产权专利陷阱，操作系统不能被利用危及国家安全

1.2 操作系统安全需求

操作系统的安全目标是：能够防范网络安全威胁，保障操作系统的安全运行及计算机系统资源的安全性

操作系统的安全需求包括

1. 标识和鉴别：能够唯一标识系统中的用户，并进行身份真实性鉴别
2. 访问控制：按照系统安全策略，对用户的操作进行资源访问控制，防止用户对计算机资源的非法访问(窃取、篡改和破坏)
3. 系统资源安全：能够保护系统中信息及数据的完整性、保密性、可用性
4. 网络安全：能够进行网络访问控制，保证网络通信数据安全及网络服务的可用性
5. 抗攻击：具有系统运行监督机制，防御恶意代码攻击
6. 自身安全：操作系统具有自身安全保护机制，确保系统安全和完整性，具有可信恢复能力

1.3 操作系统安全机制

操作系统的安全保障集成多种安全机制，主要包括：

• 硬件安全：是操作系统安全的基础保障机制，包括硬件安全可靠性、存储保护、I/O保护、CPU安全、物理环境保护等
• 标识与鉴别：又称为认证机制，用于操作系统的用户及相关活动主体的身份标识，并给用户和相应的活动主体分配唯一的标识符
  • 标识符：具有唯一性，能够防止伪造
  • 鉴别：则指证实用户或活动主体的真实身份的过程
• 访问控制：用于操作系统的资源管理控制，防止资源滥用。常见的访问控制有自主访问控制和强制访问控制
• 最小特权管理：就是操作系统不分配用户超过执行任务所需的权限，防止权限滥用，减少系统的安全风险
• 可信路径：是指操作系统的本地用户和远程用户进行初始登录或鉴别时，操作系统安全系统与用户之间建立的安全通信路径。可信路径保护通信数据免遭修改、泄露，防止特洛伊木马模仿登录过程，窃取用户的口令
• 安全审计：就是操作系统对系统中有关安全的活动进行记录、检查及审核，其主要目的就是核实系统安全策略执行的合规性，以追踪违反安全策略的用户及活动主体，确认系统安全故障
• 系统安全增强：又称为安全加固，通过优化操作系统的配置或增加安全组件，以提升操作系统的抗攻击能力

二、Windows操作系统安全分析与防护

2.1 Windows系统架构

Windows XP的结构：是层次结构和客户机/服务器结构的混合体，系统划分为三层

1. 最底层：硬件抽象层，它为上面的一层提供硬件结构的接口，有了这一层就可以使系统方便地移植
2. 第二层：内核层，它为低层提供执行、中断、异常处理和同步的支持
3. 第三层：由一系列实现基本系统服务的模块组成的，例如虚拟内存管理、对象管理、进程和线程管理、I/O管理、进程间通信和安全参考监督器

Windows 2000系统在安全设计上有专门的安全子系统

安全子系统组成

• 本地安全授权(LSA)：提供了许多服务程序，保障用户获得存取系统的许可权。它产生令牌、执行本地安全管理、提供交互式登录认证服务、控制安全审查策略和由SRM产生的审查记录信息
• 安全账户管理(SAM)：对SAM数据库进行维护，该数据库包含所有组和用户的信息。SAM提供用户登录认证，负责对用户在WeIcome对话框中输入的信息与SAM数据库中的信息比对，并为用户赋予一个安全标识符(SID)。根据网络配置的不同，SAM数据库可能存在于一个或多个Windows NT系统中
• 安全参考监视器(SRM)：负责访问控制和审查策略。SRM提供客体(文件、目录等)的存取权限，检查主体(用户账户等)的权限，产生必要的审查信息
  • 客体的安全属性由访问控制项(ACE)来描述，全部客体的ACE组成访问控制列表(ACL)
  • 没有ACL 的客体意味着任何主体都可访问
  • 有ACL的客体则由SRM检查其中的每一项ACE，从而决定主体的访问是否被允许

2.2 Windows安全机制

1. Windows认证机制

以Windows 2000为例，系统提供两种基本认证类型

1. 本地认证：是根据用户的本地计算机或Active Directory账户确认用户的身份
2. 网络认证：则根据此用户试图访问的任何网络服务确认用户的身份

为提供这种类型的身份验证，Windows 2000安全系统集成三种不同的身份验证技术：Kerberos V5、公钥证书和NTLM

2. Windows访问控制机制

Windows NT/XP的安全性达到了橘皮书C2级，实现了用户级自主访问控制

为了实现进程间的安全访问，Windows NT/XP中的对象采用了安全性描述符(Security Descriptor)

安全性描述符组成：用户SID (Owner)、 工作组SID (Group)、 自由访问控制列表(DACL)和系统访问控制列表(SACL)

3. Windows审计/日志机制

日志文件：是Windows系统中一个比较特殊的文件，它记录Windows系统的运行状况，如各种系统服务的启动、运行、关闭等信息

Windows 日志有三种类型：系统日志、应用程序日志和安全日志，它们对应的文件名为SysEvent.evt、AppEvent.evt和SecEvent.evt

日志文件存放位置：通常存放在操作系统安装的区域“system32\config” 目录下

4. Windows协议过滤和防火墙

针对来自网络上的威胁

• Windows NT 4.0、Windows 2000：提供了包过滤机制，通过过滤机制可以限制网络包进入用户计算机
• Windows XP：自带了防火墙，该防火墙能够监控和限制用户计算机的网络通信

5. Windows文件加密系统

为了防范入侵者通过物理途径读取磁盘信息，绕过Windows 系统文件访问控制机制

微软公司研究开发了加密的文件系统EFS，文件中的数据利用EFS在磁盘上加密，用户如果访问加密的文件，则必须拥有这个文件的密钥，才能够打开这个文件

6. 抗攻击机制

针对常见的缓冲区溢出、恶意代码等攻击，微软公司的新版本操作系统Windows 7、Windows10增加抗攻击安全机制，集成了内存保护机制，主要包括：堆栈保护、安全结构例外处理SafeSEH、数据执行保护DEP、地址随机化ASLR、补丁保护PatchGuard、驱动程序签名等保护机制

Windows 10提供减少攻击面规则配置，具体如下：

2.3 Windows系统安全分析

windows系统可能遭遇以下安全威胁

1. Windows口令：账号和口令是进入 Windows 系统的重要凭证，获取账号和口令信息是入侵者攻击 Windows 系统的重要途径
2. Windows恶意代码：由于 Windows 系统自身的安全隐患，许多计算机病毒、网络蠕虫、特洛伊木马等安全事件都与 Windows 系统相关，例如“冲击波“网络蠕虫、“永恒之蓝＂勒索网络蠕虫
3. Windows 应用软件漏洞：运行在 Windows 平台的应用软件的安全隐患日益暴露，这些安全隐患常常导致 Windows 系统被非授权访问、非法滥用等
4. Windows 系统程序的漏洞：Windows 系统程序的设计、实现过程中的安全隐患通常带来不少安全问题，例如 RPC 序的漏洞导致缓冲区溢出攻击
5. Windows注册表安全：由于所有配置和控制系统的数据都存在于注册表中，而且 Registry 的缺省权限设置是”所有人” (Everyone) “完全控制” (FullControl) 和“创建“ (Create) ，这种设置可能会被恶意用户利用来删除或者替换掉注册表 (Registry) 文件
   1. 注册表 (Registry) ：是有关 Windows 系统配置的重要文件，存储在系统安装目录 "system32\config" 下
6. Windows文件共享安全：Windows 98以后的系统都提供文件共享安全，但是共享会带来信息泄露的问题
7. Windows物理临近攻击：一些攻击者利用物理接近 Windows 系统的条件，借用安全工具强行进入 Windows 系统

2.4 Windows 系统安全增强技术方法与流程

Windows 系统的安全增强是指通过一些安全措施来提高系统的安全防护能力

常见的系统安全增强方法

1. 安全漏洞打补丁(Patch)
2. 停止服务和卸载软件
3. 升级或更换程序
4. 修改配置或权限
5. 去除特洛伊等恶意程序
6. 安装专用的安全工具软件，针对Windows漏洞修补问题，用户可以安装自动补丁管理程序

Windows 系统安全增强基本步骤

1. 确认系统安全增强的安全目标和系统的业务用途：系统安全目标实际上就是用户所期望系统的安全要求，例如防止信息泄露、抗拒绝服务攻击、限制非法访问等。系统的业务用途是后续安全增强的依据，根据系统的业务用途，系统在安装时或设置策略时进行合适的选择
2. 安装最小化的操作系统：最小化操作系统的目的是减少系统安全隐患数目，系统越大，可能的安全风险就越大，而且管理上也难以顾及。安装最小化的操作系统要求:
   1. 尽量使用英文版Windows操作系统
   2. 不要安装不需要的网络协议
   3. 使用NTFS分区
   4. 删除不必要的服务和组件
3. 安装最新系统补丁：系统的漏洞通常成为入侵者进入的途径，因而漏洞的修补是系统安全增强的必要步骤
4. 配置安装的系统服务：根据系统的业务运行的基本要求，做到以下几点：
   1. 不要安装与系统业务运行无关的网络/系统服务和应用程序
   2. 安装最新的应用程序和服务软件，并定期更新服务的安全补丁
5. 配置安全策略：安全策略是有关系统的安全设置规则，在Windows系统中需要配置的安全策略主要有账户策略、审计策略、远程访问、文件共享等。其中，策略中又要涉及多个参数，以配置账户策略为例，策略包含：
   1. 密码复杂度要求
   2. 账户锁定阂值
   3. 账户锁定时间
   4. 账户锁定记数器
6. 禁用NetBIOS： NetBIOS提供名称服务和会话服务，这些服务通常会给攻击者提供入侵切入点。为了系统的安全，一般建议禁用NetBIOS，其方法如下：
   1. 在防火墙上过滤外部网络访问135~139、445端口
   2. 修改注册表，禁用NetBIOS
   3. 禁用NetBIOS over TCP/IP
   4. 禁用Microsoft网络的文件和打印共享
7. 账户安全配置：账户权限设置不当往往会导致安全问题，在Windows系统中，设置账卢权限应做到：
   1. 禁用默认账号
   2. 定期检查账户，尽早发现可疑账户
   3. 锁定Guest账户
8. 文件系统安全配置：文件系统安全是Windows系统重要的保护对象，特别是向外提供网络服务的主机系统。文件系统安全的措施通常如下：
   1. 删除不必要的帮助文件和“%System%\Driver cache” 目录下的文件
   2. 删除不必要的应用程序，例如cmd.exe
   3. 启用加密文件系统
   4. 设置文件共享口令
   5. 修改系统默认安装目录名
9. 配置TCP/IP筛选：安全配置一般考虑：
   1. 过滤不需要使用的端口
   2. 过滤不需要的应用层网络服务
   3. 过滤ICMP数据包
10. 禁用光盘或软盘启动：禁用光盘或软盘启动可以防止入侵者进行物理临近攻击，阻止入侵者进入系统
11. 使用屏幕保护口令：使用屏幕保护口令防止工作主机被他人滥用
12. 设置应用软件安全：应用软件安全不仅会影响到自身的安全，也会给系统带来安全隐患。应用软件安全的设置应做到：
    1. 及时安装应用软件安全的补丁，特别是IE、Outlook、Office办公套件等
    2. 修改应用软件安全的默认设置
    3. 限制应用软件的使用范围
13. 安装第三方防护软件：针对Windows系统的特定安全问题，安装第三方防护软件，如杀毒软件、个人防火墙、入侵检测系统和系统安全增强工具

2.5 Windows 2000系统安全增强实例

1.系统启动安全增强

用户必须关闭软盘及光盘的启动功能

设置方法：启动计算机，在系统自检时进入系统的CMOS设置功能，然后将系统的启动选项设置为“C only”(即仅允许从C盘启动)，同时为COMS设置必要的密码

2.账号与口令管理安全增强

加强用户账号与口令的安全管理，具体安全增强措施如下

1. 停掉guest账号
2. 限制不必要的用户数量
3. 把系统Administrator账号改名
4. 创建一个陷阱账号
5. 设置安全复杂的口令
6. 设置屏幕保护口令
7. 不让系统显示上次登录的用户名
8. 开启口令安全策略
9. 开启账号策略

3.安装最新系统补丁

攻击者常利用系统的漏洞来进行入侵。因此，必须密切关注微软或其他网站发布的漏洞和补丁信息，及时为系统安装上最新的补丁，这样有助于保护操作系统免受新出现的攻击方法和新漏洞的危害

4.网络安全增强

Windows 2000 一般从以下方面进行安全增强

1. 禁止建立空连接：默认情况下，任何用户都可以通过空连接连上服务器，进而枚举出账号，猜测口令，方法是修改注册表LSA-RestrictAnonymous的键值为1，具体操作为： Local_Machine\System\CurrentControlSet\Control\LSA-RestrictAnonymous 的值改成 “1" 即可
2. 关闭默认共享：Windows 2000安装好以后，系统会创建一些隐藏的共享，用户可以在命令窗口下用NET SHARE查看。要禁止这些共享，操作的方法：打开管理工具-计算机管理-共享文件夹-共享，在相应的共享文件夹上右击停止共享即可
3. 关闭不必要的网络服务和网络端口：可以启用Windows 2000的 “TCP/IP筛选”机制关闭服务和端口

5.安装第三方防护软件

使用第三方防护软件，例如个人PC防火墙、个人PC入侵检测IDS、反间谍软件、杀病毒软件以及漏洞扫描工具等，都能有效地提高 Windows 系统的安全性

2.6 Windows 系统典型安全工具与参考规范

Windows 典型安全工具如下

• 远程安全登录管理工具OpenSSH (开源)
• 系统身份认证增强工具Kerberos (开源)等
• 恶意代码查杀工具CIamAV (开源)、360杀毒、火绒剑等
• 系统安全检查工具Nmap (开源)、Fport、Sysintemals (工具集成)等
• 系统安全监测工具Netstat (系统自带)、WinDump (开源)等

针对Windows系统进行安全管理问题，国内外安全组织制定了安全标准规范，以作为Windows操作系统配置的安全基线

目前，可供参考的基准线：有CIS (Center for Internet Security)， SANS TOP 20、NIST SP 800-70、《信息安全技术政务计算机终端核心配置规范》等

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