云计算环境下数字图书馆虚拟化安全问题与对策研究

ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｂｒａｒｙ；ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｉｓｓｕｅｓ；ｐｏｌｉｃｙ
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引言
随着云计算技术的发展与成熟，利用云计算技术建
在降低云图书馆建设、管理、运营、维护成本，并提高数字 图书馆云系统组织、结构逻辑性的同时，保证数字图书馆 云应用安全和读者云阅读活动服务质量，是关系云计算 环境下数字图书馆虚拟化建设与安全所面Ｉ临的重要问题”一。
＋本文系教育部人文社会科学青年基金项目“云计算环境下数字图书馆云服务信息化平台架构策略与用户服务模式研究”（项目编号 １２ＹＪＣ８７００１９）研究成果之一。 收稿日期：２０１２—０７—１８；责任编辑：魏志鹏
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万方数据
陈臣：云计算环境下数字图书馆虚拟化安全问题与对策研究
利用虚拟化技术将单一服务器划分为若干个虚拟化设 备，依据读者云阅读服务活动资源使用量按需分配。 虚拟化技术虽然提升了数字图书馆云数据中心资源 的管理与使用效率，但是，单一物理服务器所承载的业务 将更加密集、繁重．物理设备在逻辑上的隔离也无法保证 不同用户、业务应用系统之间的完全隔离。数字图书馆传 统意义上的安全界限将更加模糊和难以划定。此外，虚拟 化环境下云基础设施结构与软件系统环境将更加复杂、 多变．增加了黑客利用虚拟机操作系统和应用程序漏洞 进行攻击的成功概率。同时，虚拟化环境下数字图书馆安 全防范的对象与内容进一步扩大．对核心系统的攻击可 能会造成云图书馆服务中断、系统崩溃和控制权限丢失。 第三，黑客可能会利用虚拟化技术的超级计算能力发起 对云数据中心的攻击．并巧妙隐藏个人行踪，使非法攻击 难以预测和发现眨！。 ２．２云图书馆虚拟化安全应用效率要求增加 云计算环境下，数字图书馆虚拟化应用具有智能管 理、自动配置和动态迁移的特点。同时，复杂的云基础设 施结构与读者数量具有极大不确定性。因此，造成云图书 馆在虚拟化应用安全策略的制定、实施、管理和监测上具 有较大难度，应根据虚拟化应用安全需求、用户要求、环 境特点和客户端现状而制定相应的安全策略。此外，在不 同虚拟机上执行安全防护策略时。应对虚拟化安全监测 的范围、时间、内容与标准进行合理规划．并部署具有虚 拟化感知能力的安全解决方案。避免虚拟化安全应用占 用过多的系统资源而导致数据中心整体性能下降。第三， 需加强虚拟化管理员与云计算、云存储、云系统管理员的 技术协调。在提高云图书馆虚拟化应用安全性的前提下， 避免“防病毒风暴”的产生，确保云数据中心管理、运营活 动的高效和有序。 ２．３虚拟化网络安全问题更加突出 虚拟化环境下，云数字图书馆网络拓扑结构重新组 合，云数据中心网络、云图书馆功能区域内部网络、服务 器物理设备内部逻辑网络结构的变化．产生了许多新的 安全问题。同时，虚拟化网络内部安全区域划分更加模 糊，传统的软、硬件防火墙和网关设备无法通过建立多个 安全隔离区及制定、实施不同的安全策略来满足系统设 备与虚拟化应用安全需求。此外。虚拟交换机与外部拓扑 网络结构易变，导致云系统安全威胁与攻击对象无法准 确定位，造成安全问题的扩散。第三，云计算环境中虚拟

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３云图书馆虚拟化安全管理策略
随着云计算环境下虚拟化系统结构和虚拟化应用复 杂度的不断增加，许多云租户可能会共享位于同一物理 设备上的不同虚拟机，云服务提供商也可能会根据数字 图书馆不同云应用需求而分配位于不同物理设备上的虚 拟机。因此，虚拟化网络结构复杂、虚拟化交换设备流量 激增，是云计算环境下虚拟化网络的特点。 首先．应将多个虚拟化网络设备整体绑定为一个逻 辑设备统一管理，并根据虚拟化设备的应用特点和安全 要求，划分不同的安全区域并制定相应的安全策略。同 时，利用虚拟化软件防护、虚拟化防火墙和入侵检测方 法，在减少安全资本投入和合理使用资源的前提下．提高 虚拟化网络的安全性。其次，应自动化、智能化地实现网 络入侵防御和网络安全漏洞修复，能够利用云防毒技术 预测、判定和防范未知病毒．并对重要数据在网络传输前 实施加密。第三，云图书馆不同用户和虚拟化应用可能会 使用同一物理设备上的虚拟机，并且具有不同的安全标 准和要求。因此．在虚拟机安全管理上应避免依据物理设 备位置和端口进行安全绑定。应依据用户和虚拟化应用 的ＩＰ地址、Ｖｌａｎ等标识，把安全设备上的虚拟设备与用 户资源池对应起来，实现虚拟化网络标识层面的安全防 护［６ｉ。 ３．３．２实现虚拟化网络数据流量的监测和安全管理 云计算环境下，数字图书馆虚拟化网络数据传输主 要可分为两种方式。一是数据流经数据中心不同物理设 备或经过交换设备转发而流向用户．二是数据在某一物 理设备内部不同虚拟机之间交换。因此，虚拟化网络具有 组织结构复杂性和拓扑结构不确定性，虚拟化网络传输 具有数据流量大、网络结构逻辑化、网络拓扑结构易变和 网络流量可控性差的特点。 流经数据中心不同物理设备或经过交换设备转发而 流向读者的数据，是云图书馆交换设备、网关、入侵防御 设备的主要安全保障对象，其传输安全、有效性是云图书 馆用户服务质量保障的前提。因此，对于此类数据的监控 和管理，主要以依靠传统ＩＴ环境下的网络监控、防御系 统为主。根据数据传输区域和对象实际在交换节点部署 安全设备，并结合不同用户数据传输安全和质量要求制 定相应的转发、隔离和安全管理策略，在符合数据传输安
中图分类号：Ｇ２５０．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—６９３８（２０１２）０６—００２９—０４
Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｂｒａｒｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｃｌｏｕｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｂｒａｒｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｒｅ ｂｅｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｆｏｃｕｓｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｎｅｗ ｔｈｒｅａｔｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｒｉｓｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ
囤素占．瞎振
・图书馆与图书馆事业・
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云计算环境下数字图书馆虚拟化安全问题与对策研究冰
陈臣 （兰州商学院网络中心 甘肃兰州
７３００２０）
摘要：随着云计算环境下数字图书馆的发展，基于云计算的数字图书馆虚拟化安全问题逐渐成为人们关注重点，同时 也带来了新的安全威胁。文章首先描述了云计算环境下数字图书馆存在的虚拟化安全问题。然后，介绍了云计算环境下 数字图书馆虚拟化安全防御和保护采用的方法，从虚拟化安全和“云”数字图书馆建设角度出发，提出了相应的安全策 略与建议。这种安全策略能够提高云计算环境下数字图书馆虚拟化系统的整体安全性。 关键词：“云”计算数字图书馆虚拟化安全问题对策
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机迁移频率和虚拟化设备之间的数据交换量，随着图书 馆云服务业务量的不断增长而增加。此外，不同虚拟设备 之间通信链路的建立与断开具有极大的随机性。因此，利 用虚拟化网络建立和虚拟机之间的数据通信过程进行渗 透攻击．成为黑客攻击虚拟化网络的重要方式１３：。 ２．４虚拟化技术存在安全隐患 随着云计算技术的发展，虚拟化技术在数字图书馆 建设、服务活动中的应用范围不断扩展，其功能和可用性 也不断增强。但是，虚拟化技术在提高云系统可管性、易 用性的同时．也增加了系统复杂度，导致虚拟化安全漏洞 和安全防范内容不断增加，比传统数字图书馆ＩＴ环境更 容易受到攻击。 首先，为了提高虚拟机的安全性，应根据虚拟机应用 类别和安全需求级别进行云资源与用户的逻辑隔离。但 是，传统利用网关、防火墙等方式进行设备物理隔离的方 法，已不能适用于采用逻辑划分方式所建立的虚拟化系 统。因此，不正确的虚拟机安全隔离方式可能会造成数据 的泄漏或者云系统工作效率的下降。第二，虚拟设备的迁 移、逃逸等问题，会造成网络地址、端口等参数的随机变 化，增加了管理员监控、管理虚拟化设备的难度，使黑客 更易于获得虚拟设备的控制权。第三，云计算环境下数字 图书馆读者服务具有突发性和随机性的特点，虚拟机在 云资源分配活动中可能会因为不科学的资源管理、分配 策略和优先级别划分方式，而导致资源分配、使用效率的 降低和无节制滥用资源。 ２．５虚拟化安全攻击形式多样化 与传统ＩＴ环境相比，云计算环境下数字图书馆遇到 的安全问题更加复杂、多变，虚拟化技术在提高云系统管 理、运营效率的同时，也增加了系统的复杂度和管理难度。 在虚拟化环境下，云图书馆除面临传统的安全威胁 和攻击方法外，利用虚拟化管理、应用程序漏洞而发起 的，以获得云系统控制权和降低云系统运营效率的攻击． 成为云图书馆所面临的主要安全攻击方式。其次，如何快 速有效地对处于快照、休眠、激活过程中的虚拟机提供有 效安全防护策略，确保虚拟机从休眠状态过渡到激活状 态时及时获得保护。第三，云计算环境下，黑客常通过租 赁或攻击的方式获得某一虚拟机的控制权，进而借助此 虚拟机发起对整个云系统的攻击。如何通过有效部署和 虚拟化环境底层系统无缝集成的安全解决方案，有效实 现对云系统内部虚拟设备之间数据通信的监控、屏蔽与
设安全、高效、经济、低碳的数字图书馆，按需为读者提供 个性化数字阅读服务成为图书馆发展的趋势与必然。云 计算环境下。数字图书馆具有基础设施结构复杂、安全威 胁增多、读者云阅读需求多样化、云阅读活动满意度与收 益率要求高的特点。因此，利用虚拟化技术对云计算、云 存储和网络资源进行统一管理和资源共享，实现云基础 设施、操作系统和读者服务软件等ＩＴ资源表示、访问、配 置的简化管理，并提供标准的接口来进行数据输入和输 出．是实现数字图书馆云系统资源最优化管理与分配的 保障。 Ｇａｒｔｎｅｒ预测到２０１５年，企业数据中心４０％的安全资 源管理内容将是虚拟化的。因此，随着虚拟化技术在数字 图书馆建设、运营、维护活动中的普及，利用虚拟化技术
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囤素占．｝８知
隔离，是确保虚拟系统整体安全的有效方法㈧。 化数据中心的自动化配置。 ３．３虚拟化网络安全防护 ３．３．１确保虚拟化网络易监控和可管理 ３．１提高虚拟化系统健壮性 提高虚拟化系统自身健壮性，是确保云图书馆数据 中一ｔｌ，硬件设施、管理与控制系统、应用与服务系统平台、 安全防御系统自身免疫力，免受已知和未知病毒、攻击方 式、系统漏洞侵害的首要条件。 首先，图书馆应根据服务商云租赁平台安全特点、云 图书馆安全需求、虚拟化应用类型、安全需求和环境特 点，在保证虚拟化系统安全标准和虚拟化应用效率的前 提下，与云服务提供商共同制定相应的安全管理策略．实 现虚拟化资源收集和分配的细粒度管理．确保虚拟化应 用具有较高的可见性、相关性、可用性和扩展性。其次，应 保证虚拟机部署活动高效、精细、可控、安全．虚拟机应用 过程符合云计算和虚拟化应用安全标准。第三，云计算安 全监测和管理平台能够全程、大范围地实施监控管理，能 够识别并预测未知风险和威胁，并通过安全报警、主动防 御、日志审查和智能预测等方式保障虚拟化应用安全。第 四，应通过集中、压缩、过滤虚拟化应用过程和数据量的 方式，大幅降低虚拟化应用与管理的成本、难度和复杂 度，实现数字图书馆虚拟化资源与应用的集中控制、细粒 度管理、资源快捷交付和基于安全策略的访问控制＿５ｌ。 ３．２基于传统ＩＴ架构的虚拟化安全嵌入 云计算环境下．数字图书馆通常以云迁移的方式进 行云基础设施和服务环境的构建。因此，基于传统ＩＴ架 构基础之上的虚拟化安全嵌入．是实现云图书馆建设投 资收益最优化的有效途径。 首先，在虚拟化技术选取和虚拟化应用构建初期，应 结合虚拟化安全需求和云安全环境特点，将安全机制内 嵌入虚拟化环境中。保证云计算环境下虚拟化具有较高 的安全标准。其次，在虚拟化资源管理和虚拟机软件运行 过程中，依据虚拟化应用实际划分详细的安全隔离区域 和不同等级的安全标准．实现虚拟化资源与数据交流的 安全控制策略。第三，虚拟化安全管理与应用必须确保具 有较少的云系统资源消耗量，实现虚拟化安全收益和云 系统资源消耗的最优化交付。第四，在虚拟化安全策略制 定和实施过程中，应减少对物理基础设施安全管理方式 的依赖性．不断提高物理设备虚拟化管理的可视性和可 控性。实现服务器集群、虚拟化资源池、虚拟化网络、虚拟