CN111478970A - 一种电网Web应用拟态防御系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电网Web应用拟态防御系统，构建功能等价的、多样化的、动态化的异构虚拟Web服务器池，采用多余度表决、动态执行体调度、数据库指令异构化等技术，阻断攻击链，增大漏洞或后门的利用难度，保证Web服务的可用性和安全性。通过网络、平台、系统、软件、应用等不同层面软硬件要素的主动变迁实现动态环境，从而破坏网络攻击对运行环境确定性、持续性的依存条件，在带有漏洞和后门的“有毒带菌”软硬件要素环境中实现可控的主动防御，解决利用未知漏洞、未知后门的未知攻击防御问题，有效增强电力行业关键Web应用系统的网络安全性。

Description

一种电网Web应用拟态防御系统
技术领域
本发明涉及电力信息安全领域，特别是一种电网Web应用拟态防御系统。
背景技术
伴随着电力信息系统普及和数据不断积累，电力生产、调度、营销对信息系统的依赖度越来越高，越来越多的基于B/S架构的Web应用系统不断建成并投入使用。与之相伴随的是基于应用层的攻击手段呈爆炸性增长趋势并不断翻新，为业务系统的安全性带来了严重隐患。电力企业Web应用系统的主要风险源自于操作系统漏洞和系统自身开发上存在的漏洞和缺陷，攻击者可以借助这些漏洞和缺陷对应用系统发起攻击，当前主要的Web应用安全漏洞包括SQL注入、XSS跨站、Cookies漏洞、访问控制错误、PHP特有漏洞、变量滥用、上传漏洞等，根据这些漏洞和缺陷衍生和发展而来的主要攻击手段包括：SQL注入（SQLinjection)、跨站脚本（XSS）攻击、Cookie欺骗攻击、应用层DoS攻击、网页挂马攻击、恶意程序（后门）、缓冲区溢出等。
当前广泛应用或部署在国网公司及其所属电力企业的防火墙、安全网关、入侵检测系统、病毒查杀、用户认证、访问控制等技术或设备提高系统安全性的网络安全防御体系，其本质是一种基于先验知识（包括已知攻击者的特征、行为、指纹等）的被动式安全防护体系，其应对不确定性威胁存在基因缺陷，只有“后天获得性免疫”，只能“不停地找漏洞，不断的打补丁”，“不断地亡羊，不停地补牢”，对于预先安插后门的检出和防范没有有效的办法，对未知漏洞、未知后门的未知攻击无法进行防御。在网络攻击趋向自动化、智能化、组合化、软硬件协同的态势下，上述传统被动式防御体系更难以有效抵御利用未知漏洞的攻击，难以防御潜在的利用各类未知后门的攻击。在这种形势下，在国网公司存在“攻易守难”严重攻防不对称的情况，难以有效应对各类越来越复杂和智能化的渗透式网络入侵，导致最终难以保障电力企业关键Web应用的安全。
如何突围这种攻防不对称的困境，实现“有毒带菌”环境下的网络安全正是现在要解决的主要问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电网Web应用拟态防御系统，解决针对电力web系统的未知漏洞、未知后门、未知攻击检测和防御问题，有效增强电力行业关键Web应用系统的网络安全性。
本发明采用以下方案实现：包括信息碎片随机化传输模块、请求分发均衡模块、响应多余度表决器、动态执行体调度器、多个非相似Web虚拟机池和数据库指令异构化模块；所述信息碎片随机化传输模块位于用户访问入口与所述请求分发均衡模块之间，用于将数据分割为若干份，沿随机路径将每一份信息发送给请求分发均衡模块，直至数据全部到达；所述请求分发均衡模块作为用户请求的真实入口，用于将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至所述非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体中；所述响应多余度表决器作为WEB后端服务器响应的真实出口，用于采用同/异步自适应大数表决算法对同一请求的多个异构执行体响应进行交叉判决，从中滤除错误信息；所述多个非相似Web虚拟机池彼此独立且隔离，每个非相似Web虚拟机池存储异构的、多样的、冗余的Web服务执行体，用于在运行环境下依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体，多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器；所述动态执行体调度器用于对非相似Web服务子池内执行体状态进行控制管理；所述数据库指令异构化模块作为对底层数据库系统的中间业务逻辑代理层，对上层应用来说暴露数据读写访问的业务接口，上层应用不用关心底层数据库的类型、以及SQL语句写法问题，只需按约定传入或取得指定格式数据即可；对下层来说则根据数据库类型的差异性提供不同的数据库操作语句。
进一步地，本发明还提供一种基于电网Web应用拟态防御系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤S1：所述请求分发均衡模块获取用户请求，并将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至所述非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体中；
步骤S2：所述动态执行体调度器控制对不同Web应用异构执行体的动态选择，即通过采用面向对象编程多态行为设计的多余度表决器，使得调度器能够根据WEB前端发出的数据访问请求来自动选择合适的执行体来处理业务逻辑；
步骤S3：所述非相似Web虚拟机池依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体，多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器；
步骤S4：由所述响应多余度表决器根据给定的表决策略对多个不同Web应用异构执行体的响应进行表决，并查看表决结果是否一致；
步骤S5：如果侧重于业务逻辑处理的响应多余度表决器得出的表决结果一致，则将表决结果返回给用户；如果表决结果不一致，则先将表决产生的不一致信息发送到动态执行体调度器，中断响应，产生告警并将表决结果返回给用户和系统管理员。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明电力Web应用拟态防御系统通过异构性、动态性设计，在空间、时间维度上增大系统的不确定性，破坏了攻击所依赖的漏洞利用可行性，降低了系统被攻击成功的概率。信息碎片随机化传输模块负责数据传输路径“随机化”、数据内容“碎片化”，在整个通信过程中，若攻击者能够截获数据，仅能获取部分数据，无法解析出有效信息，可防止利用单一节点的漏洞攻破节点时，引起的数据泄露，达到攻击者控制单一节点，而无法解析出完整数据的效果。
（2）本发明通过多余度表决机制的设计，能够对跨站脚本（XSS）攻击、Cookie欺骗攻击、应用层DoS攻击、网页挂马攻击、恶意程序（后门）、缓冲区溢出等意图进行识别和处理，并在数据库异构化模块中可进一步对SQL注入、试探读取等恶意攻击行为进行验证处理，从而有效有效抵御对系统的恶意攻击，提高系统的健壮性。检测、过滤攻击的异常反馈信息，使得传统防御基于未知漏洞带来的威胁。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构框图。
图2为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，一种电网Web应用拟态防御系统，包括信息碎片随机化传输模块、请求分发均衡模块、响应多余度表决器、动态执行体调度器、多个非相似Web虚拟机池和数据库指令异构化模块；所述信息碎片随机化传输模块位于用户访问入口与所述请求分发均衡模块之间，用于将数据分割为若干份，沿随机路径将每一份信息发送给请求分发均衡模块，直至数据全部到达；所述请求分发均衡模块作为用户请求的真实入口，用于将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至所述非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体中；所述响应多余度表决器作为WEB后端服务器响应的真实出口，用于采用同/异步自适应大数表决算法对同一请求的多个异构执行体响应进行交叉判决，从中滤除错误信息；所述多个非相似Web虚拟机池彼此独立且隔离，每个非相似Web虚拟机池存储异构的、多样的、冗余的Web服务执行体，用于在运行环境下依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体，多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器；所述动态执行体调度器用于对非相似Web服务子池内执行体状态进行控制管理；所述数据库指令异构化模块作为对底层数据库系统的中间业务逻辑代理层，对上层应用来说暴露数据读写访问的业务接口，上层应用不用关心底层数据库的类型、以及SQL语句写法问题，只需按约定传入或取得指定格式数据即可；用以防止SQL注入、试探读取等恶意攻击行为；对下层来说则根据数据库类型的差异性提供不同的数据库操作语句。用以提高系统对数据库类型的兼容性应用，有效降低因数据库的变化而造成的系统改造成本。
如图2所示，较佳的，本实施例还提供一种基于电网Web应用拟态防御系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤S1：所述请求分发均衡模块获取用户请求，并将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至所述非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体中；
步骤S2：所述动态执行体调度器控制对不同Web应用异构执行体的动态选择，即通过采用面向对象编程多态行为设计的多余度表决器，使得调度器能够根据WEB前端发出的数据访问请求来自动选择合适的执行体来处理业务逻辑；
步骤S3：所述非相似Web虚拟机池依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体，多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器；
步骤S4：由所述响应多余度表决器根据给定的表决策略对多个不同Web应用异构执行体的响应进行表决，并查看表决结果是否一致；
步骤S5：如果侧重于业务逻辑处理的响应多余度表决器得出的表决结果一致，则将表决结果返回给用户；如果表决结果不一致，则先将表决产生的不一致信息发送到动态执行体调度器，中断响应，产生告警并将表决结果返回给用户和系统管理员。
较佳的，在本实施例中，所述防御系统中各个模块的具体功能如下：
a.信息碎片随机化传输模块构建
位于用户访问入口与请求分发均衡模块之间，由分布在不同主机上的传输代理进程构成信息碎片随机传输网络。负责数据传输路径“随机化”、数据内容“碎片化”，把数据分割为若干份，沿随机路径发送每一份信息，直至数据全部到达目的代理。在整个通信过程中，若攻击者能够截获数据，仅能获取部分数据，无法解析出有效信息，可防止利用单一节点的漏洞攻破节点时，引起的数据泄露，达到攻击者控制单一节点，而无法解析出完整数据的效果。
b.请求分发均衡模块构建
作为用户请求的真实入口，将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体（拟态安全Web服务器一级动态性调度），是实现执行体动态性、多样性、异构性的前提。
c.响应多余度表决器构建
作为服务器响应的真实出口，根据安全等级要求，采用同/异步自适应大数表决算法对同一请求的多个异构执行体响应进行交叉判决，从中滤除错误信息，保证输出结果的一致性和正确性，是电力Web应用拟态防御系统最为关键的组成部分之一。
d.非相似Web虚拟机池构建
是Web服务的真实提供者，由异构的、多样的、冗余的Web服务执行体组成，聚合为物理上彼此独立且隔离的子池。运行环境下，系统依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体。多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器。Web服务执行体的异构性和多样性、子池间的独立性和隔离性是拟态安全Web服务器的实现基础。非相似Web虚拟机池依据Web服务器从硬件到软件的实现过程，可以从主机平台、系统软件、虚拟机、Web服务中间件等多个层面进行Web服务执行体的逻辑构建。
e.动态执行体调度器构建
为实现对非相似Web服务子池内执行体状态的控制管理，通过执行体在线/离线状态切换，减小执行体持续暴露时间，提高了Web服务执行体的安全性；通过执行体异常状态感知，采用事件或定时触发策略进行执行体的清洗或回滚，保证了Web服务执行体的完整性；通过对子池内执行体进行拟态安全Web服务器二级异构性调度，进一步增加参与同一次多余度表决的执行体间的差异性。
f.数据库指令异构化模块构建
设计包括SQL保留字指纹化检测、注入指令过滤、数据库一致性离线表决器三大功能。SQL保留字指纹化检测功能对Web应用程序中SQL保留字进行指纹化处理，实现了Web应用程序SQL指令的特征化检测；注入指令过滤模块依据指纹对数据库读写操作指令进行过滤，剔除攻击者注入的非法指令；数据库一致性离线表决器对数据库的操作结果进行比对，对不一致的数据库访问操作进行表决。
电力Web应用拟态防御系统工作机制构建具体包括以下过程：
（1）获取用户的请求；
（2）将用户的请求复制多份，随机分发至多个Web应用异构执行体中。Web应用异构执行体的选择由动态执行体调度器控制；
（3）获取不同Web应用异构执行体的响应信息；
（4）由响应多余度表决器根据给定的表决策略对多个不同Web应用异构执行体的响应进行表决，并查看表决结果是否一致；
（5）如果表决结果一致，则将表决结果返回给用户。如果表决结果不一致，则先将表决产生的不一致信息发送到动态执行体调度器，中断响应，产生告警并将表决结果返回给用户和系统管理员。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种电网Web应用拟态防御系统，其特征在于：包括信息碎片随机化传输模块、请求分发均衡模块、响应多余度表决器、动态执行体调度器、多个非相似Web虚拟机池和数据库指令异构化模块；所述信息碎片随机化传输模块位于用户访问入口与所述请求分发均衡模块之间，用于将数据分割为若干份，沿随机路径将每一份信息发送给请求分发均衡模块，直至数据全部到达；所述请求分发均衡模块作为用户请求的真实入口，用于将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至所述非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体中；所述响应多余度表决器作为WEB后端服务器响应的真实出口，用于采用同/异步自适应大数表决算法对同一请求的多个异构执行体响应进行交叉判决，从中滤除错误信息；所述多个非相似Web虚拟机池彼此独立且隔离，每个非相似Web虚拟机池存储异构的、多样的、冗余的Web服务执行体，用于在运行环境下依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体，多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器；所述动态执行体调度器用于对非相似Web服务子池内执行体状态进行控制管理；所述数据库指令异构化模块作为对底层数据库系统的中间业务逻辑代理层，对上层应用来说暴露数据读写访问的业务接口，上层应用不用关心底层数据库的类型、以及SQL语句写法问题，只需按约定传入或取得指定格式数据即可；对下层来说则根据数据库类型的差异性提供不同的数据库操作语句。
2.一种基于权利要求1所述的一种电网Web应用拟态防御系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：所述请求分发均衡模块获取用户请求，并将用户访问请求按照资源异构性最大化策略，动态分发至所述非相似Web虚拟机池中的多个互相独立且隔离的Web服务执行体中；
步骤S2：所述动态执行体调度器控制对不同Web应用异构执行体的动态选择，即通过采用面向对象编程多态行为设计的多余度表决器，使得调度器能够根据WEB前端发出的数据访问请求来自动选择合适的执行体来处理业务逻辑；
步骤S3：所述非相似Web虚拟机池依据异构性最大化原则，选取合适的web服务执行体作为激活运行的异构冗余执行体，多个隶属不同子池的异构冗余执行体非协同地处理来自前端的同一个Web服务请求，并将各自的响应信息返回给响应多余度表决器；
步骤S4：由所述响应多余度表决器根据给定的表决策略对多个不同Web应用异构执行体的响应进行表决，并查看表决结果是否一致；
步骤S5：如果侧重于业务逻辑处理的响应多余度表决器得出的表决结果一致，则将表决结果返回给用户；如果表决结果不一致，则先将表决产生的不一致信息发送到动态执行体调度器，中断响应，产生告警并将表决结果返回给用户和系统管理员。
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