云计算IaaS平台的信息安全和运维服务设计

随着云计算技术的不断发展及云计算商业模式的不断明晰，其完整的产业链也在不断地完善，无论是公有云、私有云还是混合云，均得到进一步深化。云计算的信息安全和运维服务问题越来越被人们所关注，一直是云计算实施的国际热点问题，在企业私有云领域，更是成为是否采纳云计算的首要问题。在我国云计算标准工作中，信息安全、运维服务也是被关注的重点。

针对云计算的信息安全、运维服务这些国际热点问题，在IaaS云特别是企业私有云领域，综合平衡商用关键、综合成本、实用易用等因素，设计了信息安全系统和运维服务系统，并在国内多个行业实施取得了良好的效果。

1、IaaS简介IaaS服务的核心思想是以服务产品的形式向用户交付各种能力，而这些能力直接来自各种资源池，因此IaaS服务提供商需要完成资源池化、服务和产品设计与组装以及服务产品交付等方面的工作。

IaaS的技术架构是以数据中心IT基础架构为基础，以满足用户需求的特定IT基础架构为交付物的服务交付过程的层次化模型，如图1所示。

在IaaS的技术架构中，通过采用资源池构建、资源调度、服务封装等手段，可以将IT资产迅速转变为可交付的IT服务，从而实现了IaaS云的随需自服务、资源池化、快速扩展和服务可度量等特性。

IaaS服务交付模型包含资产管理、资源管理、服务管理和交付管理4个层次。在IaaS设计中，逻辑结构如图2所示。

2、IaaS的信息安全系统从表面上看，云计算更注重共享与弹性，而信息安全则考虑信息的封闭与权限，二者似乎是一对矛盾，但只有解决了这个问题，才能实施好云计算。所以如何平衡这两方面是设计的主题。IaaS系统安全体系是以安全域为经、以安全等级框架为纬，对安全域逐个进行威胁和风险分析，从而形成信息系统安全体系。

2.1安全架构(I)策略与组织：安全环境的治理与管理;(2)资产分类：确定出需要保护的资产;(3)风险管理：需要保护的原因;(4)安全保护方法：如何保护这些资产。

2.2安全域信息系统安全域需要对IaaS进行实施环境的评估调查，参照信息保障体系的建模方法，按照威胁与风险分析，将信息资产划分为若干安全域，并根据不同的安全等级部署安全访问策略。

在设计时综合考虑IaaS的等级化安全域，根据信息系统的功能特性、安全价值以及面临威胁的相似性，将其划分成计算区域、网络基础设施、区域边界和安全基础设施四大类安全域。

安全域有两个特征，即同一安全域内的系统有相同安全保护需求并相互信任，同时安全域内部又可以分为安全子域甚至更细。安全域所遵循的根本原则是：业务保障原则、结构简化原则、等级保护原则、立体协防原则及生命周期原则。

在设计时，可以根据相关规范，结合IaaS的应用现状，通过VRF技术将IaaS划分为逻辑上的业务网络和网管网络，每个网络均是一个安全域。两个安全域的数据交互将通过内联业务系统区的防火墙来进行控制。下文以某省级电信运营商IaaS为例进行安全域设计，示意图如图3所示。

2.3安全体系IaaS的整体性安全体系基于分层的方法，包括以下所有方面：建筑物(例如非法闯入)、系统(例如角色与安全)、存储(例如访问与转换规则)及网络(例如访问组件，如防火墙，人侵检测等)。

在设施内，采用结构、技术或组织上的方式，使不同功能和/或不同安全等级的区域相互分隔，在区域之间进行人员和货物上的调配应受到控制和监视。

IaaS的安全系统设计主要是将安全防护、安全访问、安全审计等安全属性注人服务总线之中，构建安全系统。

2.3.1安全属性(1)安全防护。主要指防火墙、人侵防护、病毒防护等。设计成2重结构，在网络骨干设置骨干防火墙、IDS/IDP和病毒墙，对整体IaaS进行防护;在每个VDC中，采用分布式防火墙等设备进行个性化防护。

(2)安全访问。IaaS主要有管理员、服务经理和用户3个角色。欲保证这些角色的安全访问，设计基于LDAP的用户访问管理，应用SSO单点登录技术、PKI/CA技术、权限管理技术等，为用户提供高安全等级的安全服务。这些服务包括用户管理服务、统一用户身份、认证服务、加/解密服务及数字签名服务。

2.3.2安全审计安全审计在信息安全中容易被忽视，但却是商用系统信息安全最关键的部分。根据IaaS的特点，需要对各类操作建立日志并分析审计，包括虚拟机、数据库、数据传输、VDC及各种配置与管理信息。通过建立安全审计中心完成安全审计，以保证系统安全。

3、IaaS的运维服务通过在IaaS部署轻量级的网管和数据采集系统，采集IT环境告警信息和监控数据到运维中心，运维中心实时监控IaaS环境;如遇到故障，运维工程师在企业用户允许的前提下远程登录到企业用户IT环境并处理故障，从而提供IaaS的运维服务。

系统分为运维中心和ubox两部分。运维中心是整个系统的核心，主要为企业用户、运维工程师、管理员提供一个工作界面。ubox是一个轻量级的网管系统，收集监控信息并上传到运维中心。

3.1运维中心设计运维中心是整个系统的核心，主要为企业客户、运维工程师、业务管理员和系统管理员提供一个工作界面，包括企业客户portal、运维工程师portal、运维管理、公共信息和系统管理等模块。

企业客户portal是企业客户登录运维中心以后可以访问的内容，包括告警管理、设备管理、服务订单查询、服务请求、故障报告查询和运维报表查询。

运维工程师portal是运维工程师登录后工作的界面，包括工作台、客户管理、客户设备监控、远程协同、任务管理和在线问答。

运维管理模块主要有订单管理、Case管理、任务调度、服务目录管理、运维报表管理、分析统计等功能;公共信息模块主要描述公共网站的功能，包括首页、用户注册、服务产品列表、购物车等功能;系统管理包括人员管理、权限管理、角色管理等功能。

3.2 ubox设计ubox主要作为运维中心的客户端，一方面为运维中心收集告警和监控数据，另一方面作为远程协同的网关;此外，ubox还是一个轻型的网管系统，企业用户使用它来监控IT环境，定制运维报表。

ubox包括监控管理、报警管理、拓扑管理、报表管理、远程协同操作服务、数据上传服务等模块。

本系统运维中心主要采用SOA面向服务的架构方法论和基于jquery+spring+hibernate ( SSH架构)的J2EE架构。

SSH框架是目前较流行的一种Web应用程序开源框架，以帮助开发人员在短期内搭建结构清晰、可复用性好、维护方便的Web应用程序。ubox采用开源网管软件zenoss，实现企业客户IT环境设备监控、告警及数据采集。运维中心与ubox之间通信采用加密的hops和sftp安全协议。

4、实践效果根据以上IaaS平台实现原理及设计，在调研某电信用户的实际需求之后，实现了集成VMware X86虚拟化平台和IBM Power小型机虚拟化平台的IaaS综合运营支撑平台。

此IaaS平台共有五大功能模块：资产管理、资源管理、服务管理、交付管理和系统管理模块。目前，系统用户实施已完成并安全运行了1年，得到用户的好评，是国内不多的、稳定运行的IaaS。

本文设计主要的优势与特点是：

(1)在IaaS的实施中，大多数方案只关注虚拟化的实施、资源池化等问题，而信息安全与运维服务问题往往得不到解决，使得云计算停留在虚拟化层次，只发挥了部分效能。本文针对信息安全及运维服务，总结了方法路线及相关实施路径，特别设计的信息安全系统和运维服务系统，解决了困扰IaaS落地实施的关键问题，经过在电信等行业实际应用，并进一步改进，有力地保障了IaaS系统的稳定可靠运行，得到了用户的好评。

(2)在信息安全方面的安全域规划创新地解决了共享与安全的矛盾，平衡了系统的成本、操作、合规各方面。

(3)将多个虚拟化计算平台统一在同一个管理平台之上，统一了虚拟化资源视图，使得管理更加便捷方便。

(4)将多个虚拟化计算平台统一在同一个管理平台之上，可以更加有效地帮助用户梳理业务流程，帮助业务的发展。