CN109147447A - 一种基于虚拟化技术的网络攻防靶场实战系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟化技术的网络攻防靶场实战系统，包括应用层、资源管理接口层、资源管理层和资源层，应用层包括用于执行资源管理层中的相关资源，提供一系列的实验教学、综合实训、教学管理、攻防对抗等服务；资源管理接口层给应用层与资源管理层相互调用提供接口支持；资源管理层负责对资源层的虚拟化资源进行管理，且向应用层提供相应的资源接口；资源层包括承载平台系统的硬件及虚拟化资源层，对整个系统提供基础虚拟化功能的支持。本发明集攻防对抗和信息安全知识培训于一体，通过教学培训板块学习电网的网络攻防专业知识，并搭建出电网安全漏洞攻防和对抗平台，提升电网人员的安全防护知识技能，更有效的对电网信息系统进行安全防护。

Description

一种基于虚拟化技术的网络攻防靶场实战系统

技术领域

本发明涉及计算机网络信息安全技术领域，具体涉及一种基于虚拟化技术的网络攻防靶场实战系统，以及利用该平台系统进行信息安全支持培训及攻防演练的方法。

背景技术

信息安全是国家安全的重要组成部分，已经上升到与政治安全、经济安全、领土安全等并驾齐驱的战略高度。信息安全产业是支撑和保障国家信息安全的重要基础，肩负着为国家信息化基础设施和信息系统安全保障提供安全产品及服务的战略任务。随着国内外环境的不断发展和变化，国家安全的范围已经不仅仅限于国防、军事和外交，其内涵涉及经济、金融、能源、科技、信息、文化、社会等各个领域。

网络安全战略现如今已事关国家安全层面，近年来，各国的网络安全人才培养目标已经成为国家的重大安全战略的重要组成部分，人才培养是必备基础和先决条件。作为电网信息系统安全管理人员，必须具备较强的专业知识和技能，只有熟练的掌握各种脆弱点的攻击原理，才能更好的有针对性的对电网信息系统进行有效防御。因此，电网培养信息安全管理员人的重点在于提供较广阔的知识培训，并能根据电网现有安全问题的仿真环境进行实际演练。该套网络攻防靶场实战核心系统旨在通过模拟电网现在实际情况，将安全问题在虚拟环境进行复现，提供攻击和防护演练实操。同时，根据业界不断爆发的安全漏洞，由支撑团队不断开发新的课件并搭建相应的演练环境提供学院学习和演练。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述问题，提供一个开放、共享、创新的，可随时随地进行信息安全知识学习、安全技能演练和攻防对抗的网络攻防靶场实战系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于虚拟化技术的网络攻防靶场实战系统，包括应用层、资源管理接口层、资源管理层和资源层，所述应用层包括用于执行资源管理层中的教学资源，提供一系列的实验教学、综合实训、教学管理、攻防对抗等服务；所述资源管理接口层给应用层与资源管理层相互调用提供接口支持；所述资源管理层负责对资源层的虚拟化资源进行管理，并且向应用层提供相应的资源接口；所述资源层包括承载平台系统的硬件及虚拟化资源层，对整个系统提供了基础虚拟化功能的支持。

作为优选，所述应用层包括综合管理、教学管理、教学平台与综合实训和攻防对抗四个模块，所述综合管理模块包含了物理机管理、虚拟机管理、课程管理、题库管理等相关管理功能；所述教学管理模块用于用户进行教学管理，包含课程管理、班级管理、教学管理；所述教学平台与综合实训模块包括基础知识的学习及实训，基础知识通过基础知识训练库学习；所述攻防对抗模块用于支持安全相关竞赛，包括CTF夺旗赛、闯关赛、攻防对抗赛等。

作为优选，所述资源管理层包括任务管理器、任务执行器、服务管理器和状态管理器。

作为优选，所述教学管理模块可以新增或编辑自定义课程、班级、管理学习、考核评分。

作为优选，所述资源管理层中的教学资源来源于网络资源或教员的增补创建。

作为优选，所述教学资源支持以pdf、markdown、word、视频的方式进行添加。

作为优选，所述教学管理模块还包括教学交互界面，对每个用户提供其个人信息主页、所选课程的课程管理页面、答疑交流页面、备忘录、收藏夹页面。

作为优选，所述教学平台与综合实训模块实时记录教学过程中，学员学习、实训的每一个状态和教员教学的每一个细节，并对记录信息进行自动汇总、智能分析，得出针对每一个学员的个性化教学方案，以使用不同深度的教学材料和不同难度的实训题型。

作为优选，所述应用层还包括用户界面模块，用户界面模块包括教员界面、学员界面，根据不同用户显示不同的界面，其判断用户分类在于不同身份的用户定义不同，每一用户在平台系统注册时进行分类判定。

作为优选，所述该系统采用B/S架构，虚拟化管理层采用JAVA，资源管理层采用PHP进行开发。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明集专业化、系统化、网络化于一体，极大拓展了学习时间、地点、方式，把培训工作简单化，可以使教员、学员快速找到自己所需；本发明作为新型的网络攻防演练及信息安全人才培训革命性产品，集攻防对抗和信息安全知识培训于一体；另外，本发明支持更多层级的用户管理，方便相关单位根据各自的组织架构进行管理。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，一种网络攻防靶场实战系统，包括应用层、资源管理接口层、资源管理层和资源层，所述应用层包括用于执行资源管理层中的教学资源，提供一系列的实验教学、综合实训、教学管理、攻防对抗等服务；所述资源管理接口层给应用层与资源管理层相互调用提供接口支持；所述资源管理层负责对资源层的虚拟化资源进行管理，并且向应用层提供相应的资源接口；所述资源层通过虚拟化管理标准接口API给整个平台系统提供承载平台系统的硬件及虚拟化资源层，对整个系统提供了基础虚拟化功能的支持。

其中，所述应用层包括综合管理、教学管理、教学平台与综合实训和攻防对抗四个模块，所述综合管理模块包含了物理机管理、虚拟机管理、课程管理、题库管理等相关管理功能；所述教学管理模块用于用户进行教学管理，包含课程管理、班级管理、教学管理，教学管理模块还包括教学交互界面，对每个用户提供其个人信息主页、所选课程的课程管理页面、答疑交流页面、备忘录、收藏夹页面；所述教学平台与综合实训模块包括基础知识的学习及实训，教学平台与综合实训模块实时记录教学过程中，学员学习、实训的每一个状态和教员教学的每一个细节，并对记录信息进行自动汇总、智能分析，得出针对每一个学员的个性化教学方案，以使用不同深度的教学材料和不同难度的实训题型；所述攻防对抗模块用于支持安全相关竞赛，包括CTF夺旗赛、闯关赛、攻防对抗赛等。

其中，教学管理模块支持以下功能：

a)支持以向导的形式自定义课程；

b)课程资源支持以pdf、markdown、视频等方式进行添加；

c)支持班级管理，通过班级管理可以将课程定向的下发给相应的人员进行学习；

d)支持作业功能，可以实现在线下发作业，在线打分，让整个教学集合教学与考核；

e)支持将教学平台与综合实训中的相应课程章节直接作为资源引用到自己的课程中；

f)全面区分教员、学员的角色，让系统用户定位更明确，操作更方便，用户界面模块包括教员界面、学员界面，根据不同用户显示不同的界面，其判断用户分类在于不同身份的用户定义不同，每一用户在平台系统注册时进行分类判定。

竞赛模块支持以下功能：

a)平台比赛模式进行优化，支持在简单网络条件下进行攻防对抗竞赛；

b)支持比赛结果成绩自动导出；

c)添加新版本比赛大屏，减少单次比赛题目限制，并且支持自定义地图背景。

所述资源管理层包括任务管理器、任务执行器、服务管理器和状态管理器，任务管理器包括任务解析器、任务调度，服务管理器包括物理机管理服务、虚拟机管理服务、许可管理服务和网络管理服务，状态管理器包括任务状态、虚拟机状态、物理机状态、系统状态和许可状态。

本发明需要用户根据不同的需求，按需构建各种漏洞场景，以满足用户通过平台学习、掌握、提升信息安全相关知识和技能。基于此类需求特点，网络安全实训人才培养平台采用虚拟化技术，动态构建各种漏洞实验场景来满足用户的信息安全学习、练习、比赛需求。虚拟化技术采用成熟的虚拟化平台，以虚拟机为核心，并结合docker等轻量化虚拟技术，实现快速靶机构建和实现按需服务，并且采用SDN技术，以满足平台实现复杂漏洞场景的需要。

本系统采用B/S架构，虚拟化管理层采用JAVA进行开发，实现各种复杂的管理逻辑。资源管理层采用PHP进行开发，实现系统的各种管理工作，实现把前端用户操作，转化为后成虚拟化管理层实际的虚拟机创建、回收等动作。本发明的数据库分为永久存储和数据暂存，永久存储采用MYSQL数据库，数据暂存采用REDIS，实现了数据存储管理和高性能访问的需要。应用层采用smart框架，并且采用nodejs，实现动态变化数据的实效性推送，以满足激烈的攻防比赛过程中大量实时动态的展现。

本系统已经在电网投入使用，本系统可进行定制化设计，结合电网具体业务将网络攻防功能集成到一体化靶场平台，对题库和攻防演练环境进行动态更新。系统开放统一接口，可融合客户自行开发的工具、第三方商业检测工具及其他课题内容。

本系统结合电网实际情况，实现如下主要技术内容：

(1)场景管理

根据不同的实训实验演练需求，搭建相应的虚拟场景，根据电网现网情况，将现实存在的安全漏洞、安全设备等进行仿真复现，提供学员进行学习和操作演练。

(2)考题管理

根据不同层次的学员，开发不同难度层次的考题，使学员从基本信息安全知识到高难度专业知识技能都能进行学习和操作演练，还将电网现实存在的安全漏洞进行开发搭建，提供学员攻防演练，以找出自身信息系统的安全漏洞、防护措施并运用到实际的防护工作中。

(3)单兵作战

将不同难度的考题有针对性的进行组合排序，提供学员进行单兵闯关作战演练，以考核提升学员专业技能的熟练度。

(4)红蓝对抗

根据电网显示安全漏洞情况，将现网安全设备、网络设备、信息资产等进行仿真复现，搭建仿真平台，提供红蓝团队合作的攻防演练，无论是攻击方还是防御方，均要求对相应的安全漏洞非常熟悉。攻击方必须通过各种方法找出系统的脆弱点并将其攻下；防御方也必须使用现有的资源进行安全防护部署，防止被成功攻击。

电网使用的系统是采用业内先进的云计算虚拟化技术，通过云计算虚拟化调度和管理为计算机教学虚拟各种实验操作环境，让学员进行各种计算机、网络设备和安全设备等实际操作，了解计算机、网络设备和安全设备的原理，掌握计算机系统、网络和安全信息知识和实际操作技能，真实体验计算机系统、网络和安全信息知识和实际操作演练过程。

本系统采用了如下关键技术：

●3V-CloudLab技术(Virtual OS,Virtual App,Virtual Environment)

服务软件运行在虚拟OS层，有硬件虚拟化支持，保证服务的一致性、可迁移性与基本性能。

虚拟应用技术带来的直接好处实验工具软件免安装，实验主机直接从网络路径下载远程应用至本地运行。

虚拟实验环境，在虚拟OS与虚拟APP的基础上，进一步模拟各类实验组网，根据课程内容需要动态完成。

实验环境虚拟化：以云的方式提供在线培训服务。

●WebTerm技术

使用Web浏览器接入远程桌面，无需其它软件，实验与课程在流程上结合得更紧密。

●AutoDeploying技术

方便实验，通过CF卡上的网络安装程序，完成本地资源规划与软件部署，实现无人值守。

●SelfRecover技术

借助虚拟化与自部署技术，在系统出现严重故障时，智能恢复。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种基于虚拟化技术的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，包括应用层、资源管理接口层、资源管理层和资源层，所述应用层包括用于执行资源管理层中的教学资源，提供一系列的实验教学、综合实训、教学管理、攻防对抗等服务；所述资源管理接口层给应用层与资源管理层相互调用提供接口支持；所述资源管理层负责对资源层的虚拟化资源进行管理，并且向应用层提供相应的资源接口；所述资源层包括承载平台系统的硬件及虚拟化资源层，对整个系统提供了基础虚拟化功能的支持。

2.如权利要求1所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述应用层包括综合管理、教学管理、教学平台与综合实训和攻防对抗四个模块，所述综合管理模块包含了物理机管理、虚拟机管理、课程管理、题库管理等相关管理功能；所述教学管理模块用于用户进行教学管理，包含课程管理、班级管理、教学管理；所述教学平台与综合实训模块包括基础知识的学习及实训，基础知识通过基础知识训练库学习；所述攻防对抗模块用于支持安全相关竞赛，包括CTF夺旗赛、闯关赛、攻防对抗赛等。

3.如权利要求1所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述资源管理层包括任务管理器、任务执行器、服务管理器和状态管理器。

4.如权利要求2所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述教学管理模块可以新增或编辑自定义课程、班级、管理学习、考核评分。

5.如权利要求1所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述资源管理层中的教学资源来源于网络资源或教员的增补创建。

6.如权利要求5所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述教学资源支持以pdf、markdown、word、视频的方式进行添加。

7.如权利要求2所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述教学管理模块还包括教学交互界面，对每个用户提供其个人信息主页、所选课程的课程管理页面、答疑交流页面、备忘录、收藏夹页面。

8.如权利要求2所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述教学平台与综合实训模块实时记录教学过程中，学员学习、实训的每一个状态和教员教学的每一个细节，并对记录信息进行自动汇总、智能分析，得出针对每一个学员的个性化教学方案，以使用不同深度的教学材料和不同难度的实训题型。

9.如权利要求1或2所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述应用层还包括用户界面模块，用户界面模块包括教员界面、学员界面，根据不同用户显示不同的界面，其判断用户分类在于不同身份的用户定义不同，每一用户在平台系统注册时进行分类判定。

如权利要求1所述的网络攻防靶场实战系统，其特征在于，所述该系统采用B/S架构，虚拟化管理层采用JAVA，资源管理层采用PHP进行开发。