零信任—超越物聯(lián)網(wǎng)傳輸層安全

為什么人們使用PGP（Pretty Good Privacy）加密系統(tǒng)來發(fā)送加密電子郵件和加密敏感文件，或者使用WhatsApp或Signal等安全消息應(yīng)用？

畢竟，傳輸層安全性(TLS，Transport Layer Security)提供了從客戶端到郵件、企業(yè)應(yīng)用或任何其他服務(wù)器的安全、經(jīng)過身份驗(yàn)證的連接。此外，許多人在連接到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，通常使用基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議安全(IPsec)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)。在這兩種情況下，連接都是經(jīng)過身份驗(yàn)證的客戶端與服務(wù)器之間的連接，而不一定是真正的端點(diǎn)之間的連接。這在邊緣設(shè)備和終止TLS或VPN服務(wù)器之間的連接中提供完整性和可選的保密性。這難道還不夠好嗎？

答案是，確實(shí)還不足夠好。

正如世界各地許多人權(quán)維護(hù)者和任何關(guān)心其通信的真實(shí)性、完整性和保密性的個(gè)人所了解到的那樣。在當(dāng)今數(shù)字化的商業(yè)世界中，數(shù)據(jù)是一種具有巨大價(jià)值和重要性的商品——對(duì)于政府、軍隊(duì)、公用事業(yè)、金融機(jī)構(gòu)、企業(yè)、每一個(gè)消費(fèi)者，以及越來越多的網(wǎng)絡(luò)犯罪分子。

那么，為什么TLS（該協(xié)議于1999年首次推出，作為安全套接字層(SSL)v3的升級(jí)版）不再足以提供必要的持久數(shù)據(jù)安全保護(hù)呢？

答案是，當(dāng)電子郵件到達(dá)電子郵件服務(wù)器后，或者從帶有VPN客戶端的設(shè)備傳輸?shù)南⒔?jīng)過VPN服務(wù)器后，其就不再受到TLS或VPN的保護(hù)。它們僅保護(hù)數(shù)據(jù)流所經(jīng)過的“管道”，而不保護(hù)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性和保密性。例如，如果電子郵件或消息數(shù)據(jù)最終出現(xiàn)在配置錯(cuò)誤的云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫中，或者存在尚未修補(bǔ)的已知漏洞，那么就很容易受到潛在攻擊者的攻擊。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)安全漏洞

VPN的發(fā)明是為了將企業(yè)聚集在一起，并允許遠(yuǎn)程用戶安全地登錄到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。然而，VPN和TLS技術(shù)用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)層，這并不真正適用于電子商務(wù)等領(lǐng)域。事實(shí)證明它們已經(jīng)非常成熟，可以很好地滿足電子商務(wù)的需求，Amazon使用案例和其他互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這就提出了一個(gè)問題，考慮到基于網(wǎng)絡(luò)的安全性固有的局限性，TLS和VPN真的能為物聯(lián)網(wǎng)提供足夠好的安全性嗎？

現(xiàn)有的TLS協(xié)議存在固有的弱點(diǎn)，存在一些明顯的缺陷和漏洞。有些來自環(huán)境，例如，TLS具有巨大的攻擊面，并且由于其在電子商務(wù)中的廣泛使用，因此尋求對(duì)其進(jìn)行破壞有相當(dāng)大的金錢動(dòng)機(jī)。網(wǎng)絡(luò)安全威脅不斷發(fā)展和出現(xiàn)，這就是SSL成為TLS的原因，而TLS現(xiàn)在正在進(jìn)行第三次修訂。這是一場(chǎng)持續(xù)不斷的貓捉老鼠的游戲。因此，TLS規(guī)范受到了傳統(tǒng)組件和與舊的、不太安全的協(xié)議協(xié)商的要求的阻礙。有許多不同的解釋，但沒有一種能夠充分解決物聯(lián)網(wǎng)的基本要求，這些要求是：應(yīng)用的明確識(shí)別和驗(yàn)證，例如傳感器讀取命令并向執(zhí)行器發(fā)送命令。每個(gè)都有不同的威脅模型和攻擊面，因此需要明確地處理，無論是在同一臺(tái)機(jī)器中還是在分布式機(jī)器中。持續(xù)保護(hù)數(shù)據(jù)，不僅是傳輸中的數(shù)據(jù)，還包括靜態(tài)數(shù)據(jù)，以便穿越許多不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、網(wǎng)關(guān)、集線器和服務(wù)器。MITM攻擊在物聯(lián)網(wǎng)中普遍存在，因此一致的保護(hù)是必須的。明確證明機(jī)器向機(jī)器發(fā)送消息的可信度，以防止零點(diǎn)擊惡意軟件，例如Pegasus（在智能手機(jī)中）和Mozi僵尸網(wǎng)絡(luò)（在M2M通信中）。

同樣，當(dāng)TLS在物聯(lián)網(wǎng)中時(shí)，管道從端點(diǎn)到云提供商的負(fù)載均衡器，保護(hù)就此結(jié)束?；蛘?，更糟糕的是，只提供從Zigbee或高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)智能電表端點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)的保護(hù)。在某些情況下，TLS已被拼湊到傳統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)協(xié)議中，如ModBus，并且其并不能完全適用于這種情況。

所有這些環(huán)境有什么共同之處？它們都經(jīng)常且容易被黑客攻擊，容易受到僵尸網(wǎng)絡(luò)掠奪性蠕蟲和中間人(MITM)攻擊。

盡管其局限性現(xiàn)在經(jīng)常暴露出來，但在過去的二十多年里，TLS一直是數(shù)據(jù)安全的歷史默認(rèn)選擇，這是有原因的。與IPSec協(xié)議相比，其從根本上更安全、更快、更簡單，因此更不容易受到攻擊，并且在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)條件下更靈活。

新范式、新要求

當(dāng)將TLS與物聯(lián)網(wǎng)的安全需求進(jìn)行比較時(shí)，很明顯TLS是一個(gè)整體安全模型。其可以通過智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)等高性能端點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上有效運(yùn)行。然而，其無法滿足物聯(lián)網(wǎng)所需的精確度。此外，需要新的插件來增強(qiáng)其功能。

我們生活在一個(gè)幾乎所有東西都是數(shù)字化連接的時(shí)代，嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備擴(kuò)展到無數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，包括自動(dòng)駕駛汽車、智能電表、智能家居、能源管理等等。TLS對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說是不夠的。數(shù)據(jù)真實(shí)性和完整性是可信數(shù)據(jù)的基石，必須從頭到尾得到保證。要做到這一點(diǎn)，數(shù)據(jù)必須在傳輸過程中受到保護(hù)（與TLS一樣），而且在數(shù)據(jù)穿越各種負(fù)載均衡器、網(wǎng)關(guān)和集線器時(shí)，也必須在靜態(tài)時(shí)受到保護(hù)。最終，為了確保系統(tǒng)安全，數(shù)據(jù)只能在受保護(hù)的環(huán)境中處理。有了這個(gè)基石，我們可以更進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)建立在這個(gè)真實(shí)性和完整性基礎(chǔ)上的授權(quán)框架。

我們現(xiàn)在還處于一個(gè)新時(shí)代，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施攻擊的規(guī)模和貪婪程度可能會(huì)損害企業(yè)的聲譽(yù)，并導(dǎo)致?lián)p失數(shù)億美元的集體訴訟。

關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)最新例子是2021年5月的Colonial Pipeline網(wǎng)絡(luò)攻擊，黑客通過竊取一個(gè)密碼中斷了美國東南部的燃料供應(yīng)，導(dǎo)致Colonial Pipeline支付了近500萬美元才能重新獲得訪問權(quán)限。另一個(gè)例子是據(jù)報(bào)道對(duì)美國幾個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施組織進(jìn)行間諜活動(dòng)，包括交通樞紐和電信，其細(xì)節(jié)于今年5月公布。

這就是維護(hù)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要性，拜登-哈里斯政府于2023年3月宣布了一項(xiàng)國家網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略，指出“我們面臨著復(fù)雜的威脅環(huán)境，國家和非國家行為者正在制定和執(zhí)行新的活動(dòng)來威脅我們的利益”。與此同時(shí)，下一代技術(shù)正在加速成熟，為創(chuàng)新創(chuàng)造新途徑，同時(shí)增加數(shù)字相互依賴性。這一戰(zhàn)略為解決這些威脅和確保我們數(shù)字化未來的承諾指明了一條道路。其實(shí)施將保護(hù)我們?cè)谥亟ɑA(chǔ)設(shè)施、發(fā)展清潔能源行業(yè)以及重新支持技術(shù)和制造基地方面的投資?！边@是在2022年9月宣布的歐盟《網(wǎng)絡(luò)彈性法案》的支持下做出的。

在這個(gè)新環(huán)境中，我們有新的威脅模型、新的攻擊面，這需要新的方法。正如企業(yè)網(wǎng)絡(luò)需要VPN，電子商務(wù)需要TLS一樣，現(xiàn)在的重點(diǎn)是確保管道、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際連接以及數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何地方的安全技術(shù)。

零信任和高級(jí)數(shù)據(jù)保護(hù)協(xié)議

零信任是一種安全框架，要求所有連接，無論是企業(yè)內(nèi)部還是外部，在獲得數(shù)據(jù)和應(yīng)用訪問權(quán)限之前都經(jīng)過身份驗(yàn)證、授權(quán)和持續(xù)驗(yàn)證。其假設(shè)不存在“傳統(tǒng)”網(wǎng)絡(luò)邊緣，并且網(wǎng)絡(luò)可以位于任何地方——本地、云端、遠(yuǎn)程位置。每個(gè)連接和端點(diǎn)都被視為威脅，因此為零信任，并確保默認(rèn)情況下無法訪問數(shù)據(jù)和資源。

考慮到零信任，不斷涌現(xiàn)的技術(shù)提供了滿足零信任網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求的數(shù)據(jù)保護(hù)協(xié)議。這些新的應(yīng)用層協(xié)議是對(duì)VPN的重大改進(jìn)，VPN僅為數(shù)據(jù)所經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)鏈路提供加密隧道。一旦離開VPN連接，數(shù)據(jù)就不再受到保護(hù)，并受到新環(huán)境中實(shí)施的任何安全功能的支配?，F(xiàn)在，無論數(shù)據(jù)位于何種網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備，都可以得到一致的保護(hù)?，F(xiàn)在可以持久地端到端地、靜態(tài)地保護(hù)數(shù)據(jù)，而不是僅僅保護(hù)管道。

這種新的應(yīng)用層協(xié)議適用于零信任網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，既可通過不安全協(xié)議產(chǎn)品協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)堆棧實(shí)現(xiàn)安全隧道，如帶有Modbus或Zigbee的SCADA，也可橋接OT和IT環(huán)境。數(shù)據(jù)始終在防篡改、安全的執(zhí)行環(huán)境中受到保護(hù)和處理，確保關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)真實(shí)性和完整性。

這些新協(xié)議還使網(wǎng)絡(luò)堆棧能夠升級(jí)為純粹的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的安全模型。對(duì)于初學(xué)者而言，身份驗(yàn)證和授權(quán)的準(zhǔn)確性都是基于密鑰的。此外，不再對(duì)所有應(yīng)用進(jìn)行相同的處理，因?yàn)閭鞲衅鲾?shù)據(jù)操作的影響小于執(zhí)行器操作，并且也需要相互隔離。此外，應(yīng)用根據(jù)其目的進(jìn)行了明確的身份驗(yàn)證，且不能再進(jìn)行通用的身份驗(yàn)證，并且其操作是明確定義的，而不是相反，這使得其很難被招募到DDoS僵尸網(wǎng)絡(luò)中

總之，我們現(xiàn)在正處于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭的新時(shí)代，隨著關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施開始成為經(jīng)濟(jì)恐怖主義的焦點(diǎn)，不良行為者和風(fēng)險(xiǎn)不斷上升。雖然傳統(tǒng)的安全方法仍然能達(dá)到其目的，但現(xiàn)在必須擁有基于零信任的高級(jí)數(shù)據(jù)保護(hù)應(yīng)用層，以保護(hù)數(shù)據(jù)在其傳輸過程中。時(shí)間就是生命。

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