CN112085988A - 一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法，涉及虚拟仿真实验技术领域，渗透攻击的虚拟仿真实验系统包括：控制层、服务层和应用层；所述控制层用于根据用户信息进行身份认证，并根据身份认证的结果确定所述应用层的操作界面；所述应用层用于显示所述操作界面；所述服务层用于根据所述身份认证的结果和所述应用层的操作界面，建立虚拟桌面；所述虚拟桌面用于统一仿真实验的环境以及提供虚拟仿真实验的参数和工具。本发明提供的渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法，能够统一实验环境，提高实验效率。

Description

一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法

技术领域

本发明涉及虚拟仿真实验技术领域，特别是涉及一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法。

背景技术

针对网络空间安全、信息安全、信息对抗等相关专业课程中，缺少相关实验操作的问题。渗透攻击是此类专业中一项重要的操作实验，现有的渗透攻击实验系统主要在windows操作系统下，实现web渗透、逆向分析、密码学等，这些实验可以在网页中进行，利用实验提供的服务器无需考虑自带设备所处环境是否可以进行实验。然而面向Android系统，实验大多是apk逆向等，关于此系统的漏洞挖掘，多系统攻击上仍然依赖用户设备。现如今移动设备越来越丰富，手机、物联网等安全问题越来越多，但是以Android系统的实验操作平台以及配套的实验知识却非常匮乏。

在渗透攻击实验中，常常需要用户以同一网段、同一设备环境进行实验，尤其以Android系统等移动设备系统最为特殊，在实验过程中容易因用户的设备不符合要求，导致无法顺利配置实验环境，以及存在无法进行单一实验的情况。

以渗透攻击为目而开发的虚拟仿真实验多为客户端形式，单一用户为符合系统的运行要求，必须要购买相关硬件或进行复杂配置；群体用户由于无法统一使用者的配置情况，会造成实验交互的失败。

发明内容

本发明的目的是提供一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法，能够统一实验环境，提高实验效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统，包括：

控制层、服务层和应用层；

所述控制层用于根据用户信息进行身份认证，并根据身份认证的结果确定所述应用层的操作界面；

所述应用层用于显示所述操作界面；

所述服务层用于根据所述身份认证的结果和所述应用层的操作界面，建立虚拟桌面；所述虚拟桌面用于统一仿真实验的环境以及提供虚拟仿真实验的参数和工具。

可选的，所述渗透攻击的虚拟仿真实验系统，还包括：

数据层；

所述数据层用于存储数据信息，所述数据信息包括：用户信息、实验报告信息、课程信息、教学信息、程序组件信息和实验数据信息。

可选的，所述渗透攻击的虚拟仿真实验系统，还包括：

Unity3D、VNC和Docker；

所述Unity3D用于将所述课程信息转化为动画；

所述VNC用于将远程服务器和所述虚拟桌面连接；

所述Docker用于构建所述虚拟桌面。

可选的，所述控制层，具体包括：

虚拟控制模块和仿真控制模块；

所述虚拟控制模块用于根据所述操作界面的操作信息启动所述Unity3D；

所述仿真控制模块用于根据所述操作界面的操作信息启动所述VNC。

可选的，所述服务层，具体包括：

实验虚拟化模块；

所述实验虚拟化模块用于利用所述VNC和所述虚拟桌面进行虚拟仿真实验。

可选的，所述服务层，还包括：

课程仿真化模块；

所述课程仿真化模块用于获取Unity3D转化的动画，并将所述动画传输至所述应用层。

可选的，所述控制层，还包括：

数据管理模块；

所述数据管理模块用于对所述数据层的数据进行管理。

可选的，所述控制层，还包括：

身份认证模块；

所述身份认证模块用于根据用户信息进行用户身份验证。

一种渗透攻击的虚拟仿真实验方法，包括：

获取用户信息；

根据所述用户信息进行身份认证，得到身份认证的结果；

根据所述身份认证的结果确定应用层的操作界面；

根据所述身份认证的结果和所述应用层的操作界面，建立虚拟桌面。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法，该实验系统设置控制层和服务层，控制层根据用户信息进行身份认证，按照统一格式对数据进行整理，分别对课程实验进行虚拟仿真控制。服务层根据身份认证的结果和应用层的操作界面，建立虚拟桌面和3D教学环境。其中，通过虚拟桌面统一仿真实验的环境和提供虚拟仿真实验的参数和工具，从而实现统一实验环境，提高实验效率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明渗透攻击的虚拟仿真实验系统结构示意图一；

图2为本发明渗透攻击的虚拟仿真实验系统结构示意图二；

图3为本发明渗透攻击的虚拟仿真实验方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法，能够统一实验环境，提高实验效率。

渗透攻击：是在授权下对网络或系统进行安全性检测，发现安全性漏洞。

虚拟仿真：又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。

Unity3D：Unity Technologies开发的一个让用户轻松创建诸如三维视频、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型开发工具，是一个全面整合的专业物理引擎。

VNC：是虚拟网络控制台的缩写。在其基础上开源项目noVNC实现了web方式的控制。

Docker：Docker是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，可以实现操作系统虚拟化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统，包括：控制层、服务层、数据层、应用层、Unity3D、VNC和Docker。

控制层用于根据用户信息进行身份认证，并根据身份认证的结果确定应用层的操作界面。应用层用于显示操作界面。服务层用于根据身份认证的结果和应用层的操作界面，建立虚拟桌面；虚拟桌面用于统一仿真实验的环境以及提供虚拟仿真实验的参数和工具。

数据层用于存储数据信息，数据信息包括：用户信息、实验报告信息、课程信息、教学信息、程序组件信息和实验数据信息。

Unity3D用于将课程信息转化为动画。

VNC用于将远程服务器和虚拟桌面连接。

Docker用于构建虚拟桌面，具体是虚拟化Linux系统桌面。

其中，控制层，具体包括：虚拟控制模块、仿真控制模块、数据管理模块和身份认证模块。

虚拟控制模块用于根据操作界面的操作信息启动Unity3D。

仿真控制模块用于根据操作界面的操作信息启动VNC。

数据管理模块用于对数据层的数据进行管理。

身份认证模块用于根据用户信息进行用户身份验证。

其中，服务层，具体包括：实验虚拟化模块和课程仿真化模块。

实验虚拟化模块用于利用VNC和虚拟桌面相结合进行虚拟仿真实验。

课程仿真化模块用于获取Unity3D转化的动画，并将动画传输至应用层。

本发明还提供一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统的具体方式。

本系统的实现主要以MVC架构为主要架构，其中M(模型)将数据分为用户信息、实验报告、课程信息、程序组件、实验数据、教学数据；V(用户界面)以HTML\CSS\JAVASCRIPT语言进行界面设计，其中在实验教学系统中加入Unity3D插件，在虚拟仿真实验系统加入VNC插件实现浏览器远程访问服务器；C(控制器)主要负责管理各类数据，将教学数据展示在实验教学系统中，将实验信息展示在虚拟仿真试验系统中。

以MVC架构，其中加入服务层为系统提供虚拟仿真服务，用户不仅可以在系统进行仿真虚拟实验，也可以提交自己的实验报告、查看自己的实验成绩，不仅仅是一个实验教学系统，还融入了多身份的用户信息管理为各个身份的用户提供良好的支撑。总统架构图为四层，分别是应用层，服务层，控制层，数据层。每层都为上一层服务。

(1)数据层

数据层是对各类数据进行管理。其中，用户信息模块用于存储学生和教师的信息，数据元素包括姓名、学号/教师编号、角色、密码。用户写入姓名和选择角色后自动生成学号/教师编号存入用户信息。

实验报告模块用于存储实验报告模板和学生已提交实验报告的存储路径，数据元素包括学号/教师编号，课程代码，实验报告路径，成绩；对应学号/教师编号、课程代码将实验报告进行文件统一命名、位置(数据管理)，学习用户有教学用户提交的成绩。

课程信息模块用于存储搭建展示课程内容的数据，数据元素包括课程代码，课程题目，课程类别，实验代码；用户提交题目类别后，课程代码自动生成，在上传实验数据后于课程代码相对应的存入实验代码。

教学数据模块用于课程中仿真实验的数据，数据元素包括课程代码，课程实现参数位置，作者；与课程信息中课程代码对应，存入实现课程的参数文件位置(数据管理统一命名、位置)。

程序组件用于存储服务器实现虚拟仿真相关组件，实验中使用的工具，数据元素包括组件代码，组件名称，组件用途；本数据库中的数据已提前设置。

实验数据模块用于存储每个实验展示内容相应数据，数据元素包括实验代码，实验步骤文档位置，实验环境参数，实验工具位置，作者。与课程信息中课程代码对应，自动生成实验代码存入课程信息，并将实验步骤文档位置(数据管理形成文档并统一命名、位置)，实验环境参数(数据管理统一命名、位置)，实验工具列表(数据管理统一命名、位置)存入实验数据中。

(2)控制层

控制层是对数据层的第一步处理。控制层将对访问网站的用户进行身份认证，学习/教学用户将会以此身份推到应用层，两种用户将会直接看到主界面，管理员将会在应用层中对数据进行管理，包括信息维护与工具审核。

学习用户和教学用户在登陆时，填入编号和密码利用控制层的身份认证进行认证，确定用户角色(学习用户和教学用户)。

对采集的数据、实验数据、实验报告数据等数据库数据进行管理，在应用层中作者建立的实验数据与课程数据比较混乱，数据管理将会按照统一格式对数据进行整理并存入数据层的数据库中；功能一：生成编号，包括用户编号、课程代码、实验代码。功能二：统一命名及位置，包括实验报告以“XX课程编号-XX实验编号-实验报告模板”、“XX课程编号-XX实验编号-XX学号-实验报告”命名，Unity3D课程参数以“XX课程编号-Unity3D”命名，实验步骤文档以“XX课程编号-XX实验编号-步骤”命名，实验环境参数以“XX课程编号-XX实验编号-参数”命名。Unity3D的文件包括HTML文件、Unity3D脚本以及大量的文件资源，数据管理将文件打包、统一文件名、存放至某位置中；实验数据中用户会使用大量工具，用户选择系统事先已存入的工具，如若工具不足，需要上传工具，工具需要经过管理员审核后上传使用。

虚拟控制模块与仿真控制模块分别以课程和实验两个角度对课程实验进行虚拟仿真控制。通过数据层的数据，启动Unity3D或启动VNC连接远程服务器地址进行初始化。

(3)服务层

服务层提供本系统的实验虚拟化、课程仿真化的服务。控制层在用户界面对Unity3D和VNC初始化，服务层是取出的数据加载Unity3D，以及利用Docker建立虚拟桌面，令VNC连接这个虚拟桌面，实现3D服务和虚拟桌面服务。渗透攻击实验利用虚拟技术令用户通过网页访问虚拟机，其一，用户通过页面利用VNC远程登陆利用Docker建立的虚拟桌面，在点击虚拟桌面中的Android系统虚拟机实现实验环境的统一，其二，虚拟桌面中保存着教学用户设置的实验参数和工具，用户可以利用虚拟机上的工具进行实验，无需考虑自带设备条件混乱的问题。通过在控制层对VNC的初始化，加载数据层中的数据，页面左侧放入实验步骤文档，页面右侧加载Docker容器虚拟化操作系统，并放入相关实验工具；实验课程利用Unity3D技术将理性的代码转换为动画，通过层级等利用动画交互的形式将知识展现出来。通过在控制层对Unity3D进行初始化，在课程开始后加载数据层的数据，令数据转换为Unity3D画面。

(4)应用层

应用层为用户展示本系统，其中用户分为教师和学生，每个角色的可操作功能各不相同。教师可以开启虚拟实验课程、设计虚拟实验、上传实验报告、提交实验成绩等功能；学生端可以进行虚拟实验、下载/上传实验报告、查看实验成绩等。通过上述操作所产生的数据都会通过数据管理后存至数据库中。

用户所使用的基于Unity3D技术的实验教学系统由控制层输出的3D动画实现交互，虚拟仿真实验系统由控制层中结合VNC与docker的虚拟机中进行实验操作。实验报告管理系统由控制层中身份管理和数据管理联合控制，教学用户上传实验报告模板，学习用户上传下载实验报告。用户管理系统由控制层中身份管理控制，用于三种用户身份控制，界面的不同展示。

如图2所示，本渗透攻击的虚拟仿真实验系统在服务器中利用虚拟技术实现多人并发，实现渗透攻击的虚拟仿真实验，其中包括基于Unity3D技术的实验教学系统、虚拟仿真实验系统、用户管理系统、实验报告管理系统四个子系统，系统主体架构为数据层、控制层、服务层、应用层四个层次。

渗透攻击的虚拟仿真实验系统将用户分为三类：学习用户(学生)、教学用户(教师)、管理员。

学习用户(学生)主要使用：基于Unity3D技术的实验教学系统、虚拟仿真实验系统、实验报告管理系统。其中学习用户在实验教学系统和虚拟仿真实验系统中可以点选进行实验；学习用户在实验报告管理系统下载/上传实验报告，查看实验成绩；

教学用户(教师)主要使用：基于Unity3D技术的实验教学系统、虚拟仿真实验系统、实验报告管理系统。教学用户在实验教学系统和虚拟仿真实验系统进行课程设计、教学内容设计；教学用户在使用实验报告管理系统下载/上传实验报告，提交实验成绩。

管理员主要使用：用户管理系统。主要是对整个系统进行维护，包括利用用户管理系统进行用户信息、权限等管理。

基于Unity3D技术的实验教学系统是利用Unity3D技术设计教学内容，实现沉浸式教学体验。学习用户在进行实验操作之前对实验过程进行学习，用户通过点击动画实现教学交互，让学习用户了解实验知识；对于教学用户可以再次教学系统中选择教学内容、进行教学指导；管理员主要是向系统上传教学内容，维护系统。实验教学系统的相关内容包括但不限于Android渗透原理、系统组成原理、APK组成原理、逆向分析原理、社会工程学等。

教学用户利用Unity3D制作课程，上传课程后，自动生成课程代码以及课程名称、类别等存入课程信息中，课程代码与Unity3D的课程数据存入教学数据中；学习用户使用时，系统读取学习用户选择的课程，利用课程代码将课程数据经过Unity3D展示在界面。

虚拟仿真实验系统是利用虚拟化技术以Android系统为目标进行虚拟仿真实验。学习用户依赖实验教学系统中所学的知识、虚拟仿真实验系统左侧的实验过程以及教学用户上传的实验报告内容进行实验操作，通过虚拟仿真实验系统，学习用户无需担心自带设备是否符合实验要求，实现学习与操作平台的统一。教学用户在虚拟仿真实验系统中可以建立教学课程，在管理员审核允许的情况下上传实验所需的工具。管理员主要是维护服务器中虚拟环境、审核教学用户提交的实验工具。为系统安全考虑，可以上传实验工具的教学用户通常为系统内部教学人员或具有安全意识的教学人员。虚拟仿真实验系统的相关内容包括但不限于Android系统渗透攻击、Android系统分析、APK逆向分析等，主要与实验教学系统中的内容互相对应。

在本发明提供的渗透攻击的虚拟仿真实验系统中，教学用户对应课程信息创建虚拟实验，教学用户将实验中的工具、实验环境进行设置，上传或书写实验过程，上传实验后，自动生成实验代码存入对应的课程信息中，实验代码、工具位置列表(经过控制层的数据管理规范名称和位置)、环境参数、实验步骤(经过控制层的数据管理形成文档规范命名)存入教学数据中；学习用户使用时，系统读取学习用户选择的课程，利用实验代码将实验步骤数据展示在界面左侧，右侧启动虚拟服务器和虚拟桌面置入实验工具，修改环境参数。

实验报告管理系统负责管理学习用户和教学用户的实验报告，此实验报告主要是实验教学系统与虚拟仿真实验系统的内容，实验报告不限制内容，文件格式以doc\docx为主。学习用户以学习用户的角色下载实验报告、提交实验报告、查看实验成绩；教学用户以教学用户的角色上传实验报告、下载实验报告、审批实验报告、提交实验成绩；管理员主要是维护此系统。

在渗透攻击的虚拟仿真实验系统中，教学用户将对应课程信息的实验报告模板上传至实验报告数据库中，从中需要经过控制层的数据管理对实验报告进行统一命名；在学习用户上传实验报告后，下载实验报告，并对其进行成绩评价，成绩经过学号、课程信息的控制对应存入实验报告数据库中。学习用户下载实验模板后，书写实验报告，上传至实验报告数据库中；之后可以查看教学用户对此的评分。

用户管理系统负责三个角色用户的信息管理。学习用户和教学用户都可以实现注册登录功能；管理员可以管理用户角色、用户权限等。

学习用户和教学用户在注册时选择相应角色，并提交姓名、密码，自动形成学习/教学编号存入用户信息中。在登陆时，利用控制层的身份认证，区分学习用户和教学用户。

如图3所示，本发明提供的一种渗透攻击的虚拟仿真实验方法，包括：

步骤301：获取用户信息。

步骤302：根据用户信息进行身份认证，得到身份认证的结果。

步骤303：根据身份认证的结果确定应用层的操作界面。

步骤304：根据身份认证的结果和应用层的操作界面，建立虚拟桌面。

面对智能手机系统下的渗透攻击实验，用户只能依靠自带设备进行实验操作。用户实验设备中系统与设备能力的不一致，都有可能导致实验的失败，其中包括无法实现系统功能分析与多用户渗透攻击实验。本发明提供的一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法，可以令用户利用浏览器进行Android系统下渗透攻击实验，可以解决用户由于设备无力支撑实验以及多用户无法统一实验环境的问题。在对智能手机的渗透攻击实验时，学生依赖实验过程以及枯燥的文字描述。本发明加入了用户和实验报告功能之外，利用unity3D加入渗透攻击的仿真教学，有利于在教学工作中实现沉浸式教学体验。在网络下用户可以学习实验的相关知识，且在搭载Linux虚拟机中利用安卓模拟器进行虚拟仿真实验。这样能够使用户脱离设备条件限制，实现单人或多人的渗透攻击实验。渗透攻击技术逐渐从计算机对抗扩展至移动载体对抗，而将虚拟仿真融入学生的操作实验中，避免因软硬件与理解能力而降低教学效率，开放更多的实验权限使学生充分发挥主观能动性，令学习更有趣，实验不受拘束。

本发明提供的一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统及方法具有以下优势：

1、实现渗透攻击实验设备与环境的统一

利用Docker技术生成虚拟桌面，使用VNC技术在WEB网页上远程连接桌面，桌面内置Android系统虚拟机，用户可以不使用真机进行实验，这样用户在进行渗透攻击实验中，无需考虑设备问题，可以在一定环境下实现渗透攻击。通过统一实验环境提高了试验成功率(实验以了解实验过程知识为主，不考虑在真实环境下的多种复杂因素)，降低了实验对真机的影响。

2、可以进行多人或单人渗透攻击实验

使用Docker技术生成服务器的虚拟桌面，使用VNC技术在WEB网页上远程连接桌面，Docker的高并发能力让用户同时访问实验系统，在同一网段下可以实现Android系统的渗透攻击虚拟仿真实验。单人用户可以多开虚拟机实现单人渗透攻击实验。

3、多扩展实验

在符合实验环境下，用户可以自己拟定实验，扩展实验范围，不在局限于本发明提供的实验。

4、沉浸式实验教学，实验与教学相结合

利用Unity3D技术将实验知识用动画交互的形式展示出来，这样有利于用户理解此次实验的相关知识，便于实现实验内容。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，包括：

控制层、服务层和应用层；

所述控制层用于根据用户信息进行身份认证，并根据身份认证的结果确定所述应用层的操作界面；

所述应用层用于显示所述操作界面；

所述服务层用于根据所述身份认证的结果和所述应用层的操作界面，建立虚拟桌面；所述虚拟桌面用于统一仿真实验的环境以及提供虚拟仿真实验的参数和工具。

2.根据权利要求1所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述渗透攻击的虚拟仿真实验系统，还包括：

数据层；

所述数据层用于存储数据信息，所述数据信息包括：用户信息、实验报告信息、课程信息、教学信息、程序组件信息和实验数据信息。

3.根据权利要求2所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述渗透攻击的虚拟仿真实验系统，还包括：

Unity3D、VNC和Docker；

所述Unity3D用于将所述课程信息转化为动画；

所述VNC用于将远程服务器和所述虚拟桌面连接；

所述Docker用于构建所述虚拟桌面。

4.根据权利要求3所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述控制层，具体包括：

虚拟控制模块和仿真控制模块；

所述虚拟控制模块用于根据所述操作界面的操作信息启动所述Unity3D；

所述仿真控制模块用于根据所述操作界面的操作信息启动所述VNC。

5.根据权利要求3所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述服务层，具体包括：

实验虚拟化模块；

所述实验虚拟化模块用于利用所述VNC和所述虚拟桌面进行虚拟仿真实验。

6.根据权利要求1所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述服务层，还包括：

课程仿真化模块；

所述课程仿真化模块用于获取Unity3D转化的动画，并将所述动画传输至所述应用层。

7.根据权利要求2所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述控制层，还包括：

数据管理模块；

所述数据管理模块用于对所述数据层的数据进行管理。

8.根据权利要求1所述的渗透攻击的虚拟仿真实验系统，其特征在于，所述控制层，还包括：

身份认证模块；

所述身份认证模块用于根据用户信息进行用户身份验证。

9.一种渗透攻击的虚拟仿真实验方法，其特征在于，包括：

获取用户信息；

根据所述用户信息进行身份认证，得到身份认证的结果；

根据所述身份认证的结果确定应用层的操作界面；

根据所述身份认证的结果和所述应用层的操作界面，建立虚拟桌面。

Images