网络信息安全之基于时间的安全模型(PDR和PPDR模型)

基于时间的安全模型是基于”任何安全防护措施都是基于时间的,超过该时间段,这种防护措施是可能被攻破的“这样的前提。该模型主要给出了信息系统的攻防时间表。攻击时间指的是在系统采取某种防守措施,通过不同的攻击手段来计算攻破该防守措施所需要的时间。防守时间指的是,对于某种固定攻击手法,通过采取不同的安全防护措施,来计算该防护措施所能坚守的时间。

基于时间的安全模型主要包括PDR和后来改进的PPDR模型,PDR模型是源自美国国际互联网安全系统公司ISS提出的自适应网络安全模型ANSM(AdaptiveNetwork Security Model),是一个可量化、可数学证明、基于时间的安全模型。美国ISS公司(后被IBM收购)提出的。PPDR模型是PDR的模型上发展起来的,也称P2DR,加入的P是Policy策略。

一、PDR模型

保护-检测-响应( Protection-Detection-Response, PDR )模型是信息安全保障工作中常用的模型,是最早体现主动防御思想的一种网络安全模型,其思想是承认信息系统中漏洞的存在,正视信息系统面临的威胁,通过采取适度防护、加强检测工作、落实对安全事件的响应、建立对威胁的防护来保障系统的安全。
模型图如下图所示:
PDR模型

P-protection,保护就是采用一切可能的措施来保护网络、系统以及信息的安全。通常采用的技术及方法主要包括加密、认证、访问控制、防火墙及防病毒等。

D-detect,检测可以了解和评估网络和系统的安全状态,为安全防护和安全响应提供依据。常用的检测技术主要包括入侵检测、漏洞检测及网络扫描等技术。

R-response,应急响应在安全模型中占有重要地位,是解决安全问题的最有效办法。解决安全问题就是解决紧急响应和异常处理问题,因此,建立应急响应机制,形成快速安全响应的能力,对网络和系统至关重要。

PDR模型直观、实用,建立了一个所谓的基于时间的可证明的安全模型,定义了防护时间Pt(攻击者发起攻击时,保护系统不被攻破的时间)、检测时间Dt(从发起攻击到检测到攻击的时间)和响应时间Rt(从发现攻击到做出有效响应的时间)3个概念,并给出了评定系统安全的计算方式,当Pt>Dt+Rt时,即认为系统是安全的,也就是说,如果在攻击者攻破系统之前发现并阻止了攻击的行为,那么系统就是安全的。

局限性:系统的Pt、Dt、Rt 很难准确定义,面对不同攻击者和不同种类的攻击,这些时间都是变化的,其实还是不能有效证明-一个系统是否安全。并且该模型对系统的安全隐患和安全措施采取相对固定的前提假设,难于适应网络安全环境的快速变化。

二、PPDR模型

策略-保护检测-响应模型( Policy-Protection-Detection-Response, PPDR )是在PDR模型的基础_上发展出来的模型,也称为P2DR模型。模型的核心思想是所有的防护、检测、响应都是依据安全策略实施的,模型包括4个主要部分: Policy (策略)、Protection ( 保护)、Detection(检测)和Response(响应)。
模型图如下图所示:
PPDR模型

策略(Policy):模型的核心,所有的防护、检测和响应都是依据安全策略实施的。安全策略一般由总体安全策略和具体安全策略两部分组成。
保护(Protection):保护是根据系统可能出现的安全问题而采取的预防措施,这些措施通过传统的静态安全技术实现。采用的防护技术通常包括数据加密、身份认证、访问控制、授权和虚拟专用网(VPN)技术、防火墙、安全扫描和数据备份等。
检测(Detection):当攻击者穿透防护系统时,检测功能就发挥作用,与防护系统形成互补。检测是动态响应的依据。
响应(Response):系统一旦检测到人侵,响应系统就开始工作,进行事件处理。响应包括应急响应和恢复处理,恢复处理又包括系统恢复和信息恢复。

PPDR模型是在整体的安全策略的控制和指导下,在综合运用防护工具(如防火墙、操作系统身份认证、加密等)的同时,利用检测工具(如漏洞评估、人侵检测等)了解和评估系统的安全状态,通过适当的反应将系统调整到“最安全”和“风险最低”的状态。保护、检测和响应组成了一个完整的、动态的安全循环,在安全策略的指导下保证信息系统的安全。

该理论的最基本原理就是信息安全相关的所有活动,不管是攻击行为、防护行为、检测行为和响应行为等都要消耗时间,因此可以用时间来衡量一个体系的安全性和安全能力。假设系统的防护、检测和反应时间分别是Pt、Dt和Rt。系统被对手成功攻击后的时间为暴露时间(Et),那么PPDR模型就可以用典型的数学公式来表达安全的要求:如果Pt>Dt+Rt,那么系统是安全的。

P2DR模型中的数学法则:
假设S系统的防护、检测和反应的时间分别是
• Pt(防护时间、有效防御攻击的时间)
• Dt(检测时间、发起攻击到检测到的时间)
• Rt(反应时间、检测到攻击到处理完成时间)
假设系统被对手成功攻击后的时间为
• Et(暴露时间)
则该系统防护、检测和反应的时间关系如下:
• 如果Pt>Dt+Rt,那么S是安全的;
• 如果Pt<Dt+Rt,那么Et=(Dt+Rt)-Pt。

PPDR给出了安全的全新定义:“及时的检测和响应就是安全”,”及时的检测和恢复就是安全”。这样的定义给出了解决安全问题的明确方向:提高系统的防护时间Pt,降低检测时间Dt和响应时间Rt。

与PDR模型相比,PPDR模型更强调控制和对抗,即强调系统安全的动态性,并且以安全检测、漏洞监测和自适应填充“安全间隙”为循环来提高网络安全。值得指出的是,在PPDR模型中,考虑了管理因素,它强调安全管理的持续性、安全策略的动态性,以实时监视网络活动、发现威胁和弱点来调整和填补网络漏洞。另外,该模型强调检测的重要性,通过经常对信息系统的评估把握系统风险点,及时弱化甚至消除系统的安全漏洞。但该模型忽略了内在的变化因素,如人员的流动、人员的素质和策略贯彻的不稳定性。系统本身安全能力的增强、系统和整个网络的优化,以及人员在系统中最重要角色的素质提升,都是该安全系统没有考虑到的问题。

PDR PPDR
意义 最早体现主动防御思想的一种网络安全模型 是动态网络是安全体系的代表模型,动态安全模型的雏形。
组成 保护-检测-响应( Protection-Detection-Response, PDR ) 策略-保护检测-响应模型( Policy-Protection-Detection-Response, PPDR )
特点 PDR模型建立了一个所谓的基于时间的可证明的安全模型,定义了:防护时间Pt (黑客发起攻击时,保护系统不被攻破的时间)、检测时间Dt (从发起攻击到检测到攻击的时间)和响应时间Rt (从发现攻击到作出有效响应的时间)。当Pt>Dt+Rt时,即认为系统是安全的,也就是说,如果在黑客攻破系统之前发现并阻止了黑客的行为,那么系统就是安全的。 给出了安全一个全新的定义:“及时的检测和响应就是安全”,“及时的检测和恢复就是安全”。而且,这样的定义为安全问题的解决给出了明确的方向:提高系统的防护时间Pt,降低检测时间.Dt和响应时间Rt。
局限性 系统的Pt、Dt、Rt 很难准确定义,面对不同攻击者和不同种类的攻击,这些时间都是变化的,其实还是不能有效证明一个系统是否安全。并且该模型对系统的安全隐患和安全措施采取相对固定的前提假设,难于适应网络安全环境的快速变化 忽略了内在的变化因素,如人员的流动、人员的素质和策略贯彻的不稳定性。系统本身安全能力的增强、系统和整个网络的优化,以及人员在系统中最重要角色的素质提升,都是该安全系统没有考虑到的问题。

不管是PDR还是PPDR,总体来说还是局限于从技术上考虑信息安全问题。随着信息化的发展,人们越来越意识到信息安全涉及面非常广,除了技术,管理、制度、人员和法律等方面也是信息安全必须考虑的因素,就像一个由多块木块构成的“木桶”,木桶的容量由最短的那块板决定。在处理信息安全问题时,必须全面考虑各方面的因素,任何一个方面的遗漏都有可能形成“短板”。

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