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                    以Java EE技術的遠程安全評估系統設計研究

                    添加時間:2021/06/10 來源:未知 作者:樂楓
                    本文結合實際工程,以某企業的服務器和內部系統為保護對象,利用安全掃描技術和主機防護技術,設計并實現遠程安全評估系統,提升企業內部網絡和系統的安全系數。
                    以下為本篇論文正文:

                    摘要

                      網絡安全和防護是當前業界關注的焦點,而企業網絡安全和數據安全是企業正常業務開展的前提和重要保障。本文結合實際工程,以某企業的服務器和內部系統為保護對象,利用安全掃描技術和主機防護技術,設計并實現遠程安全評估系統,提升企業內部網絡和系統的安全系數。

                      在安全防護方面,系統能夠完成面向網站、數據庫、主機、基線四種對象的掃描策略制 定,然后制定掃描任務完成安全掃描。同時,系統提供了磁盤安全認證功能,實現了對硬件設備身份的驗證,避免了惡意用戶非法侵入系統造成數據泄露,同時磁盤認證還能將用戶信息進行捆綁,提升了安全管理的效率。然后系統提供了數據防篡改功能,對內部網絡的多項狀態進行監控,保證內網數據的穩定與安全,同時對于外部用戶或設備的惡意訪問能夠予以報警,對于惡意損壞、修改的文件能夠進行修復。

                      在系統設計方面,論文對某公司遠程安全評估系統框架進行了設計,采用以 Java EE 技術為基礎,搭建系統的軟件層次架構,將系統劃分為應用視圖層、業務控制層、數據持久層和基礎支撐層,實現視圖、業務、數據管理的耦合。同時,根據業務內容和功能劃分情況,對功能模塊和各模塊的數據庫實體進行設計,形成數據庫 E-R 圖和數據庫表。結合 Java EE技術、安全掃描、主機維護和磁盤保護方法,對遠程安全評估系統的核心功能模塊進行詳細設計,充分描述了不同功能模塊的設計流程和程序方法。安全掃描模塊針對網站、數據庫、主機、基線等四大類業務進行掃描保護,主機維護模塊對磁盤的安全認證過程和讀寫控制過程進行保護,并保護企業網絡和數據不被篡改。

                      論文最后根據遠程安全評估系統實際的網絡運行環境,設計搭建了服務器的軟件和硬件環境配置,并對系統設置、安全掃描、網站管理、主機維護和網站安全管理等功能模塊的業務功能設計了測試用例,對各功能的實際測試結果和預期結果進行對比,并結合測試工具對數據訪問記錄準確性、服務器文件篡改抵御成功率和磁盤保護準確率進行測試。測試結果表明,遠程安全評估系統實際運行穩定,能夠對網站和主機安全情況進行掃描評估,并對惡意訪問企業服務器資源的行為進行記錄和阻止,維護了企業內部數據的安全性,可以為企業提供更加安全的網絡服務。

                      關鍵詞: 網絡安全與防護;遠程安全評估系統;安全掃描;Java EE;網絡安全監測

                    遠程安全評估系統

                    Abstract

                      Network security and protection is the focus of the current industry, and enterprise network security and data security is the premise and important guarantee of normal business development.In this paper, combined with the actual project, the server and internal system of an enterprise as the protection object, the use of security scanning technology and host protection technology, the design and implementation of remote security assessment system, improve the internal network and system security coefficient.

                      In terms of security protection, the system can complete the scanning strategy formulation offour kinds of objects, namely, website, database, host and baseline, and then formulate the scanningtask to complete the security scanning.At the same time, the system provides the disk securityauthentication function, realizes the authentication of the hardware device's identity, avoids the dataleakage caused by the malicious user's illegal invasion of the system, at the same time, the diskauthentication also can carry on the binding of the user's information, improves the efficiency of thesecurity management.Then the system provides the data tamper-proof function to monitor multiplestates of the internal network to ensure the stability and security of the internal network data. At thesame time, it can give an alarm to the malicious access of external users or devices, and repair themaliciously damaged and modified files.

                      In terms of system design, this paper designs the framework of a company's remote securityassessment system. Based on Java EE technology, the software hierarchy architecture of the systemis built, and the system is pided into application view layer, business control layer, datapersistence layer and foundation support layer to realize the coupling of view, business and datamanagement.At the same time, according to the business content and function pision, thefunctional modules and the database entities of each module are designed to form the database e-rdiagram and database table.Combined with Java EE technology, security scanning, hostmaintenance and disk protection methods, the core function modules of remote security assessmentsystem are designed in detail, and the design process and program methods of different functionmodules are fully described.The security scan module is for the website, database, host, baselineand other four categories of business scan protection, the host maintenance module to disk securityauthentication process and read and write control process to protect the protection of the enterprise network and data is not tampered.

                      Paper finally according to the actual network running environment of remote security evaluationsystem, design of structures, the server software and the hardware environment configuration, andthe system Settings, security scanning, site management, host, maintain and site safety managementfunction module business functions such as design test cases, for each function, comparing theactual test results and expected results combined with the test tool for data access records accuracy,server document tampering with against the success rate and the disk protection test accuracy.Thetest results show that the remote security assessment system actually runs stably, it can scan andevaluate the security of the website and host, record and prevent the malicious access to theenterprise server resources, maintain the security of the internal data of the enterprise, and providemore secure network services for the enterprise.

                      Key words: Network Security and Protection; Remote Security Evaluation System; SecurityScanning; Java EE; Network Security Monitoring

                    目錄

                      第一章 緒論

                      1.1 研究背景及課題意義

                      目前,互聯網的應用已經全面深入地進入到人們生活的各個領域,同時也不可避免地可能將個人信息暴露在互聯網世界中。國內外已經發生了多起不法分子通過非法技術手段攻擊網絡系統的事件,這不僅對互聯網企業的正常運轉造成了影響,同時也可能會竊取個人用戶數據及泄露用戶隱私,給普通網民的生命財產安全造成威脅。因此,網絡服務提供商需要不 斷加強網絡服務的安全性,降低企業或者個人信息化系統被攻擊的可能性和危險性[1-2].

                      我國的信息化建設進程速度較快,且發展的規模越來越大,越來越多的企業,特別是規模以上企業已經全面將自身業務內容和信息化系統綁定,以提升內部公司事務的工作效率,在包括電子商務、物流及證券保險等領域中已經初步實現全行業業務系統網絡化[3-4].但是在虛擬的網絡空間里,信息化的數據傳輸容易遭受網絡安全攻擊,導致業務受到影響,甚至遭受重大的經濟損失。國內外對網絡信息安全極其重視,許多國家成立了高級別的管理組織或出臺了相關法律法規以保證網絡安全。為了保證國家網絡安全和各個行業的信息安全,我國于 2014 年成立了中央網絡安全和信息化領導小組,并于 2016 年頒布實施了《中華人民共和國網絡安全法》。同時,國家互聯網應急中心的成立也為信息安全事務管理和數據統計提供了相應的服務,有效地對國內網絡安全工作的開展進行指導。但是,網絡安全面臨的威脅仍然非常嚴峻,根據 2018 年 3 月發布的網絡信息安全和動態周報:僅當年三月末最后一周,遭受病毒感染的主機數量達到了 28 萬臺,且受到僵尸和木馬程序控制的主機數量為 17 萬臺。隨著網絡技術的革新和各類攻擊工具的不斷迭代,迫切需要智能化的遠程安全評估系統進行安全掃描和安全防護[5].

                      目前,幾乎所有公司均通過信息化系統或者門戶網站向外界展示自身的基本情況、服務或者產品,且在公司內部通過信息化系統解決辦公自動化問題,提升企業管理的效率,并提升企業競爭力和知名度[6-7].信息化與網絡化在帶來許多益處的同時,也暴露了許多安全隱患,顯性或者隱性造成的損失可能無法估量。目前,企業信息系統面臨的安全問題主要包括以下若干方面:

                     。1)互聯網安全互聯網雖然能夠將全球的資源進行整合,但是網絡的開放性也加劇了各類危險程序的破壞力,加大了信息在網絡中傳輸的危險性。黑客通過木馬程序和惡意程序進行網絡攻擊是目前幾乎所有存在于互聯網上的信息化系統面臨的重要問題,而且隨著技術和科技的不斷發展,攻擊的類型越來越復雜,攻擊的力度也越來越大[8-9].

                     。2)企業內部網安全企業內部員工或者網絡運維人員會對信息化系統進行使用或者維護,必要時需要對服務器進行配置操作,在這個過程中可能會引入木馬病毒,對系統造成破壞,甚至造成數據的丟失。而且,企業內部的郵件和網頁瀏覽是木馬病毒移入到企業內部網絡的重要途徑。如果病毒或者木馬程序的攻擊性較強,可能會造成服務器和網絡癱瘓[10].

                     。3)內網之間以及內網與外網間的網絡安全互聯網帶來的益處使得企業不斷擴大網絡應用規模和應用類型,特別是對于存在分公司或者分支機構的企業來說,內網之間的交互通信安全問題尤為突出[11-12].在內網之間以及內網與外網間進行數據傳輸過程中,可能會造成商業機密信息的丟失,影響企業的利益 [13-14].

                      顯然,對于許多中小型企業而言,如何設計和建設切實可行的網絡安全防護體系方案,是當前行業面臨的迫切問題。本課題的背景來自某公司網絡安全應用實際案例,主要目的是對日益嚴重的網絡安全問題進行整理分析,提出相關的解決方案。主要解決的問題包括:某公司需要對公司正常業務提供網絡支持服務和服務器托管服務,對企業的內部系統或者對外門戶進行管理。企業網絡服務過程中產生的安全威脅必然會對企業的正常運轉造成困擾和損失。因此,某公司需要對遠程安全評估系統進行建設和維護,對服務器內的網站和網絡主機進行防護,抵御惡意攻擊等。

                      1.2 國內外相關研究現狀

                      目前,不論是企業、校園、政府部門,均投入了巨大的精力抵御惡意網絡安全攻擊,其中最簡單的方式是部署防火墻或者購買網絡運營商提供的信息安全服務[15].

                      由于不同企業規模、業務種類、運行模式等對信息化系統的依賴程度不同,而且不同企業的領導對信息化安全防護和網絡安全的重視程度不同,導致不同的企業在網絡安全防護方面的措施和建設思路截然不同,進而導致信息化網絡安全系統的建設程度參差不齊。國際權威咨詢機構 Gartner 根據不同企業的信息安全建設階段,提出將其分為盲目自信、安全認知、措施改進以及良好運營等四個基本階段,并提取了福布斯排名靠前的 2000 家企業的信息安全建設內容進行了調研[16].調研結果表明,處于措施改進以及良好運營兩個階段的企業數量不足 10%,占總數的極少比例,而絕大多數企業尚停留在盲目自信、安全認知階段,說明全球的信息安全建設事業尚處于起步階段[17]. 《2018 年中國互聯網網絡安全報告》指出,整體上我國的網絡安全狀況處于平穩狀態,但是對于政府機關和企事業單位的網絡安全遭受到了嚴峻的挑戰。特別是電子政務類網站,其遭受惡意訪問、數據篡改的攻擊次數令人震驚[18].據相關數據統計,僅 2018 年我國遭受到攻擊的電子政務網站達到了 21223 個,其中包括政府門戶網站 1802 個,分別較上一年度增長了 6.1%和 21.4%;其中被惡意軟件程序監控的網站數量約為 65232 個,其中包括 3016 個政府門戶網站,較上一年度分別增長了 202.2%和 91.2%[19].

                      在軟件方面抵御惡意攻擊的方式主要包括數據加密技術、數字簽名技術、訪問權限控制技術等。由于惡意攻擊何時到來及針對目標是未知的,因此,目前的安全防護手段主要以被動防御為主。根據相關統計數據,以上軟件技術手段可以抵御約 90%的惡意攻擊和安全事件,但是對于其他變化性和更加復雜的惡意攻擊,以上方法顯得無能為力[20].互聯網世界不斷產生新的應用程序、新的操作系統、新的通信協議和通信標準,必然誕生新的攻擊方式、攻擊漏洞和攻擊手段,因此需要提出新的安全防護手段從根源消除安全隱患[21-22].

                      對于企業而言,其數據源主要存儲在服務器中,且通過網絡進行傳輸,因此可以將服務器和網絡作為安全防護措施實施的主要對象[23-24].目前。許多專家學者提出了磁盤安全認證技術和磁盤讀寫控制技術,從根源解決服務器主機安全問題。

                      陳虹提出基于主成份分析的局域網絡安全防御入侵信號的優化檢測方法。該方法利用主成分分析方法,提取初始入侵信號特征,去除其中與分類無關的特征,構造兩個子分類器,對入侵信號特征進行分類,利用卡爾曼濾波方法對入侵信號特征進行前置濾波,過濾入侵信號的 EMD 虛假分量,引入小波閾值去噪,獲取入侵信號的瞬時頻率 Hibert 邊際譜,完成對局域網絡安全防御入侵信號的優化檢測[25].

                      劉世文設計了基于掃描流量熵的網絡安全態勢感知方法,通過判別惡意敵手的掃描策略指導主動防御策略的選取,以增強防御的針對性。在此基礎上,提出了基于端信息轉換的主動防御機制,通過轉換網絡端信息實現網絡拓撲結構的動態隨機改變,從而達到增加網絡攻擊難度和成本的目的[26].

                      劉超齡針對現有 NIDS/NIPS 軟件 Snort 和 Iptables 數據處理性能的不足,文章提出一種基于 DPDK 的虛擬化網絡入侵防護系統 v D-IPS.v D-IPS 系統的整體架構,重點設計和實現了基于 DPDK 零拷貝的入侵檢測模塊、流量清洗模塊。針對多元的攻擊環境,設計并實現了模式匹配算法的選擇機制[27].

                      張振峰基于網絡安全等級保護基本要求,對云計算平臺/系統的保護對象,安全措施及安全能力進行識別,構建網絡安全等級保護 2.0 云計算安全合規模型,分析得出云計算平臺/系統的安全技術能力[28].

                      從國內外研究現狀來看,目前網絡安全防護的技術手段主要通過軟件完成,而且針對不同的防護對象提供了不同的方法。絕大多數中小企業并沒有將網絡安全防護以及主機防護放到重要的位置進行考慮,導致安全事件頻頻發生。技術方面,多數應用系統的安全防護維度較片面,僅側重于某一方面的防護,無法做到完整防護。對于企業而言,需要根據自身的網絡安全防護需要對不同的防護手段和工具進行整合,形成完整的遠程安全評估系統,對各類安全事件進行及時發現和預警,這也是本文的初衷。

                      1.3 本文創新點

                     。1)本文的需求來自實際的工程案例,根據某企業網絡系統安全需求,設計和構建較為完整的遠程安全評估系統,提供企業網站維護、企業服務器主機安全防護功能。系統能夠完成面向網站、數據庫、主機、基線四種對象的掃描策略制定,然后制定掃描任務完成安全掃描。

                     。2)系統提供了磁盤安全認證功能,實現了對硬件設備身份的驗證,包括磁盤認證與磁盤注冊,磁盤注冊即對新出現的磁盤在系統中注冊備份信息,磁盤認證則實現了在某一磁盤申請數據服務時對身份的合法性進行驗證,避免了惡意用戶非法侵入系統造成數據泄露,同時磁盤認證還能將用戶信息進行捆綁,提升了安全管理的效率。

                     。3)系統提供了數據防篡改功能,對內部網絡的多項狀態進行監控,保證內網數據的穩定與安全,同時對于外部用戶或設備的惡意訪問能夠予以報警,對于惡意損壞、修改的文件能夠進行修復。

                      1.4 研究內容

                      論文主要工作以本人具體承擔和參與的某公司遠程安全評估系統設計建設的核心步驟和階段為基礎,具體章節內容安排如下:

                      第一章引言,描述目前企業對于網絡安全的要求和某公司遠程安全評估系統的必要性,制定課題所包含的內容,并闡述了本人具體所承擔的任務,最后對論文的結構安排進行簡述。

                      第二章網絡安全及防護技術介紹,對某公司遠程安全評估系統設計過程中使用的核心技術的基本原理和主要特點進行分析,描述其在系統建設過程中的作用。

                      第三章遠程安全評估系統需求分析及整體設計,從實際的業務情況出發,分析某公司遠程安全評估方面的需求,整理不同功能用例和非功能性需求,用于后續系統設計。以某公司遠程安全評估系統的建設要求和主要業務功能為指導,對系統的整體架構進行設計,從軟件開發的角度對網絡架構和軟件層次架構進行設計,并對功能模塊進行設計,最后對系統的數據庫進行設計。

                      第四章遠程安全評估系統功能詳細設計及實現,系統功能詳細設計以模塊為單位,對某公司遠程安全評估系統的模塊整體的類圖、功能用例詳情進行設計,側重于流程和前后端交互過程的設計。

                      第五章遠程安全評估系統測試,系統測試主要根據系統運行需求搭建測試環境,根據系統的實際設計情況,對不同功能用例和性能指標進行測試,檢驗實際的測試結果是否符合預期,性能指標是否在可接受的范圍內。

                      第六章結束語,總結本課題和本文的主要工作內容和成果,對后續需要改進和進一步完善的問題進行分析,并在以后的工作中提供解決方案的指導。

                      第二章 網絡安全及防護技術

                      2.1 入侵檢測技術

                      2.2 網絡安全掃描技術

                      2.3 系統開發實現技術

                      2.3.1 Java EE 開發技術

                      2.3.2 安全評估及防護技術

                      2.3.3 MVC 設計模式技術

                      2.4 本章小結

                      第三章 遠程安全評估系統總體設計

                      3.1 系統總體需求分析

                      3.1.1 系統設置功能分析

                      3.1.2 安全掃描功能分析

                      3.1.3 網站管理功能分析

                      3.1.4 主機維護功能分析

                      3.1.5 網站安全管理功能

                      3.1.6 相關性能參數

                      3.2 網絡安全風險分析

                      3.3 系統總體設計

                      3.3.1 系統網絡架構設計及部署

                      3.3.2 系統軟件層次架構設計

                      3.3.3 系統功能模塊設計

                      3.3.4 數據庫設計

                      3.4 網絡安全掃描方法設計

                      3.5 本章小結

                      第四章 遠程安全評估系統詳細設計及實現

                      4.1 系統設置模塊詳細設計及實現

                      4.2 安全掃描模塊詳細設計及實現

                      4.2.1 掃描配置及初始化設計及實現

                      4.2.2 掃描過程設計及實現

                      4.3 網站管理模塊詳細設計及實現

                      4.4 主機維護模塊設計及實現

                      4.4.1 系統服務設置功能設計及實現

                      4.4.2 磁盤安全認證功能設計及實現

                      4.4.3 磁盤讀寫控制功能設計及實現

                      4.5 網站安全管理模塊詳細設計及實現

                      4.5.1 數據防篡改功能詳細設計及實現

                      4.5.2 文件限制功能詳細設計及實現

                      4.6 本章小結

                      第五章 系統測試及應用

                      5.1 系統測試環境

                      5.2 系統測試

                      5.2.1 系統功能測試

                      5.2.2 系統性能測試

                      5.3 系統應用情況

                      5.4 本章小結

                    第六章

                      結束語

                      6.1 論文主要工作及研究成果

                      網絡安全及保護技術是當前業界關注的重點,而企業網絡安全和數據安全是企業正常業務開展的前提和重要保障。本文結合實際參與的工程實例,以某企業的服務器和內部系統為保護對象,運用業界主流安全掃描技術和主機防護技術,設計并實現遠程安全評估系統,提升企業內部網絡和系統的安全系數。論文具體的工作內容及成果如下: (1)全面分析了網絡安全及防護原理和主要技術,對主流的入侵檢測、網絡安全掃描、系統開發實現技術等進行了討論與分析。結合具體工程實例,對某公司遠程安全評估系統總體設計所需的實際業務需求進行深入調研,并完成了相關需求分析。對服務安全監測系統在進行功能維度的需求分析時,對系統設置功能、安全掃描功能、網站管理功能、主機維護功能、網絡管理功能的用例圖和用例進行設計和說明,對系統的主要功能內容和數據進行詳細列舉,在非功能性需求分析時,對性能、可靠性、安全性進行分析說明。

                     。2)完成了某公司遠程安全評估系統框架設計。設計方案以 Java EE 技術為基礎,搭建系統的軟件層次架構,將系統劃分為應用視圖層、業務控制層、數據持久層和基礎支撐層,實現視圖、業務、數據管理的耦合。同時,根據業務內容和功能劃分情況,對功能模塊和各模塊的數據庫實體進行設計,形成數據庫 E-R 圖和數據庫表。

                     。3)結合 Java EE 技術、安全掃描、主機維護和磁盤保護方法,對遠程安全評估系統的核心功能模塊進行詳細設計,給出了不同功能模塊的設計流程和程序方法描述。安全掃描模塊針對網站、數據庫、主機、基線等四大類業務進行掃描保護,主機維護模塊對磁盤的安全認證過程和讀寫控制過程進行保護,并保護企業網絡和數據不被篡改。

                     。4)設計完成后進行了遠程安全評估系統測試工作。根據遠程安全評估系統的網絡運行環境對服務器的軟件和硬件環境進行配置,然后對系統設置、安全掃描、網站管理、主機維護和網站安全管理等功能模塊的業務功能設計測試用例,對各功能的實際測試結果和預期結果進行對比,并結合測試工具對數據訪問記錄準確性、服務器文件篡改抵御成功率和磁盤保護準確率進行測試。測試結果表明,遠程安全評估系統實際運行效果能夠滿足正常使用的業務要求。

                      6.2 下一步工作及展望

                      本文設計實現的某公司遠程安全評估系統通過測試后,較好地達到了預期設計要求,投入使用后解決了企業網絡和服務器主機的評估和防護問題。但隨著網絡安全環境的日趨嚴峻,仍然存在待完善之處。首先,目前的網絡防護手段有限,無法保證 100%抵御惡意攻擊,在后續的工作過程中,可以進一步增加防護的措施和手段,特別是可以基于目前熱門的機器學習等技術,通過數據集的訓練等建立模型,實現主動安全防御和提升網絡安全性。同時,目前安全防護的類型還需要進一步擴展,在后續的系統優化過程中可以考慮增加流量清洗功能,進一步提升網絡服務的安全性。

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                    致謝

                      從收到南郵的錄取通知書到現在完成論文撰寫,三年多的工作學習生活轉瞬即逝,感恩所有在此期間幫助過我的學校導師、單位同事以及家人親友,是你們在我最迷茫最困難的時候給予我鼓勵、關懷和鞭策。南郵一直是我夢想中的學府殿堂,很榮幸能夠有機會與來自五湖四海的莘莘學子一起學習,共同度過了這段美好的時光,相信在未來的工作生活中,這都將是我最值得回憶的寶貴財富。

                      首先我要感謝這次的論文指導老師沈建華導師,對我在論文方向和題材的選擇方面都給予了我很多寶貴的意見,在論文撰寫的過程中,沈建華導師也是非常有耐心的對我提出的各種疑難知識點進行解答,很多時候甚至犧牲了自己的業余時間對我進行指導。沈建華導師在通信與信息工程應用技術領域有相當高的造詣,他嚴謹的學術研究態度以及孜孜不倦的授業解惑精神給我留下了深刻的印象,在我未來的工作研究中都是我學習的榜樣。

                      其次要感謝單位的同事、領導以及項目團隊,從最初的論文選題,到后續的討論實施直至驗證收尾,都得到了部門主任的大力支持和項目團隊的無私奉獻。論文的研究和推進始終堅持理論聯系實際,堅持大處著眼小處入手的原則,歷經了無數次的論證和修改才有了今天的成果,特別要感謝研發部的同事們,在系統驗證階段付出了很多個加班加點的夜晚。

                      最后感謝我的家人和親友們,在職相比于以前的全日制攻讀,不管是在生活上還是工作上,有了更多的牽絆和不便,在我最困難最沮喪的時候,家人給了我莫大的鼓勵和支持,為我解決了很多后顧之憂使我全身心投入到學習和研究中去,我所取得的成功離不開你們在背后無怨無悔的奉獻和付出。

                      書山有路勤為徑,學海無涯苦作舟,未來的學習和工作道路還很長,我會以此為新的起點,不斷鞭策自己,堅持踏實嚴謹的工作研究態度,去回報所有幫助過我的人!

                    (如您需要查看本篇畢業設計全文,可點擊全文下載進行查看)

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