Automated Risk Management Framework for Cloud Computing Environment

摘要

随着共享平台的空前增长，对安全需求也就日益增加，那么本文主要研究云计算的安全性。即使云是未来计算机技术发展的趋势，但由于传输的安全不确定性，大多数企业不愿使用云技术，就像在几十年之前订阅电力供应商一样，成本就远远超过了它带给你的利益。然而，并没有关于此方面的研究能直接解决一些机构的需求，即一种不耗费、不耗时、客观化、系统化、不是作为一个独立的实体但能被传统的风险管理组织者使用的安全框架。在云使用方面已经有很多安全指导方面的工作，但还没有被大众使用，仅仅有少数的IT安全方面的专家使用，主要存在手动、主观分析师专家和数据收集方面的代价。
　　针对上面提到的需求，本文提出一个面向云生态系统的风险数据框架模型（RAFCE）。RAFCE由AURUM（自动化风险及效用管理）扩展而来，后者是基于本体论和基于贝叶斯的威胁概率的决策框架。RAFCE主要是给广大云计算订阅者提供自动风险评估和管理架构。RAFCE处理所有云计算安全必需的需求是通过使用与AURUM架构、安全概念和关系，以及贝叶斯威胁评估框架相似的机制。
　　本文研究内容是基于AURUM框架。AURUM在处理信息安全和风险管理方面是比较有效的，它提供了更少的领域专家依赖性，自动威胁基础设施映射，具体实施控制建议，目标威胁概率决策，可测量的信息技术解决方案有效性和互动决策支持。相对于本文研究工作，AURUM的缺点是不兼容云计算环境，因为订阅机构是不能控制云风险的。然而，有些不被资源组织控制的资源，他们的比例或多或少地取决于服务模型的类型（如Iaas-服务框架，PaaS-服务平台，或SaaS-服务软件）。这意味着云相关风险不容忽视，因为企业利益取决于组织有限控制的云资源。事实上，云相关风险可能增大资产风险或威胁资产本身。因此，它的影响是立即的或长期的。
　　本文的研究方法与Jarvinen的分类学研究内容类似，是概念分析、假设建立和假设评估研究方法的结合，并使用ATAM（架构平衡分析方法）规则优化了本文方法。ATAM是由卡耐基梅隆大学软件工程协会（SEI）研发并优化的基于值的系统架构评估技术，该架构在性能，可变性和可用性方面进行评估。基于上面的技术，本文研究一种评估机构订阅AURUM云服务模型期间损失的可能性；云计算安全社会关注问题可以参考的主要文献如云安全联盟（CSA）的指导和国家标准与技术研究院（NIST）的特殊文献800-144。
　　本文结合RAFCE介绍一些AURUM领域新的安全本体。本文根据所有者将资源分成两组（企业客户和云提供商）。对于机构资产漏洞，可以进行控制来减少易泄露威胁的可能性，但对于云提供商和机构使用的资产漏洞，订阅者只能通过监察系统监视来识别云资产使用的风险。通过了解云相关风险的可能性，风险，尤其是云相关的风险将会影响到资产，影响的程度取决于它可以拥有的资产以及它自身的严重性。本文指出在安全本体领域云相关威胁增加了云资产的影响，反过来将会增加资产漏洞的可能性。后者意味着威胁概率测定公式需要更新，因为云相关风险不直接影响前者，然而，通过增加漏洞更可能影响威胁着使用的资产。因此，漏洞概率不仅是由加权攻击有效性，在蓄意威胁来源情况下的相应威胁加权先验概率，以及偶然威胁来源情况下现有控制实现的加权和特殊漏洞组成，还有加权云相关威胁概率。
　　RAFCE通过以下步骤计算资源风险水平：
　　（1）组织从RAFCE给出的结果中提供数据和效益；
　　（2）云服务提供商满足审计业务中的合规性和认证的标准;审计员检查云服务提供商；
　　（3）审计提供使用云服务的威胁概率；
　　（4）由于云会影响资产漏洞，在RAFCE中使用云；
　　（5）RAFCE决定了每个资源的重要性（企业管理的云服务及资产）；
　　（6）考虑到云带来的影响，RAFCE规定组织管理的资产的威胁概率；
　　（7）由于资产的威胁概率和资产的重要性，RAFCE计算企业的每个资产的风险水平；
　　（8）考虑到云使用的威胁概率以及云服务的重要性，RAFCE计算云使用的风险。
　　RAFCE遵循ISRM阶段，为了满足云社区的需求，我们的研究考虑了云服务风险以及SPI服务的重要性。对于RMP，由五个部分组成，如果需要对信息系统的安全状态进行评估，每部分都可以通过某些事件触发，也可以修改或更新当前的安全控制。
　　1.业务流程的重要性测定，是由业务流程的重要性测定算法组成的。提供了资源及其重要数据，使用业务流程的云服务的威胁概率，资产连接和业务流程数据，以及云审计数据。
　　2.库存阶段，由安全本体组成。包括了组织资产，使用可接受范围风险水平的SPI服务以及云服务重要性和资产的安全本体。用户需要对安全本体做基本结构的映射。
　　3.威胁概率决策，它使用贝叶斯威胁概率决策算法，以决定使用安全本体的资产具体威胁概率，包括组织资产。没有与用户进行交互。
　　4.风险决策，通过威胁概率，组织资产，使用云服务附带的威胁概率和云重要性定义了风险水平。
　　5.控制鉴定和评估，提供高效的IT安全组合，其使用多准则决策支持以及用户交互的可变准则标准。输入为：现有关联以及潜在的控制实现，资产的风险程度，现有的及潜在的控制实现，包括其成效，初始和运行成本。
　　下面模拟了初始研究问题：
　　RQ1.怎样在一个主自动化框架中系统化管理一个组织的重要资源和云服务。
　　RAFCE的设计主要是自动化，但不完全是，将与用户的交互减到最少。使用安全本体提供了关于威胁，漏洞，控制，潜在控制实现和资产类别最好的数据，通过一般信息安全领域的知识，自动计算关键业务资产的重要性以及这些流程的整体重要性，基于具体组织威胁环境的威胁概率和现有控制实现，将这些信息连接起来。公司的拥有资产和使用资产，是从云提供商拥有资产和公司库存的使用资产明确分离出来的，反过来建立了安全本体。通过考虑漏洞的云相关影响，贝叶斯概率决策可计算出威胁成功地利用资产漏洞的威胁可能性；通过附带的云使用的资产的直接损害可以计算出相关损失。
　　RQ2.怎样才能立刻得出一个企业决策者理解和使用的结论？
　　作为一个成功的RMF模型，RAFCE通过以下几个方面满足RMF特征：
　　(1)通过其强健的、系统化的、主要自动化和连续监测过程促进了近实时的风险管理概念和进行中的信息系统授权；
　　(2)给高级领导人提供必要的风险相关信息，以做出关于组织系统的成本效益和基于风险的决策，支持其核心任务和业务职能，知道弱点的确切位置以及导致此情况的原因；
　　(3)企业可以控制的资源与这些不能帮助提供决策的资源给出清楚的意见；
　　(4)在选择，实施，评估，安全控制监测提供重点，并用直观的报告来简化在信息系统层面风险管理的沟通；
　　(5)在组织信息系统和由这些继承的系统里为安全控制部署建立责任性和可靠性。
　　基于本文提出的问题，通过一下几个方面验证了RAFCE方法：
　　(1)对于企业订阅云服务来讲，AURUM的功能和ISRM方法相比具有优势，AURUM使用多属资源，并从外因改变漏洞；考虑到云相关的风险影响了企业实际资产。
　　(2)在云计算安全方面RAFCE是一个实用工具。它具有减少领域专家依赖性的优势，并有自动映射基础设施威胁和目标威胁概率测定优势。RAFCE具有混合控制实施建议，IT安全解决方案衡量效果和互动决策支持功能。
　　虽然RAFCE方法去除了之前的云设置，但仍有一些局限性，例如在测量什么是实际上不可测量的：
　　·取决于实际输入值的贝叶斯威胁概率测定并总是有效的；
　　·信息安全知识库的完整性无法保证；
　　·组织控制实现库存尚未得到解决。
　　就其本身而言，我们的方法在一定程度上依赖于监督器提供云使用的威胁概率值的准确性，但其研究本身是为了避免专家依赖性。
　　本文使用情景仿真平台评估了RAFCE模型，仿真结果验证了本文模型比其他方法具有明显优势，并且没有考虑它的利益以及现有的云计算信息风险管理。对于开发者实现商业工具方面来说，RAFCE的架构设计阶段是安全的关键阶段，是决策者进行风险意识和决策的关键阶段。决策者不可避免的要考虑所有云相关的风险影响，在没有像RAFCE这样的工具的情况下，很多风险可能被忽视。而在本文研究期间，RAFCE是此类工具中是独一无二的。

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LIST OF FIGURES

LIST OF TABLES

Chapter 1. I N T R O D U C T I O N

1.1. Motivation

1.2. Thesis Contribution and Organization

C h a p t e r 2 . B A C K G R O U N D A N D L I T E R A T U R E R E V I E W O F R E L A T E D W O R K S

2.1. Information Security Risk Management \(ISRM\)

2.2. Cloud Computing Security

2.3. Summary

C h a p t e r 3 . M E T H O D O L O G Y

3.1. Background

3.2. Problems statement

3.3. Overview of the research approach

C h a p t e r 4 . R I S K A W A R E F R A M E W O R K

4.1. RAFCE Process

4.2. Description of the approach

C h a p t e r 5 . S I M U L A T I O N , E V A L U A T I O N ,

5.1. Simulation

5.2. Evaluation

5.3. Limitation

C h a p t e r 6 . C O N C L U S I O N

参考文献

A B B R E V I A T I O N S

A P P E N D I X

致谢