虛擬機的安全分析與管理

王佳

（山西金融職業學院，山西 太原 030008）

虛擬機的安全分析與管理

王佳

（山西金融職業學院，山西 太原 030008）

使用虛擬化技術，可以讓多臺虛擬機在一臺實際的計算機系統上運行，近幾年以來,虛擬化技術被很多的單位和企業開始采用。虛擬機的安全性越來越被人們所重視，虛擬機的安全威脅包括虛擬機之間的通信、宿主機與虛擬機之間的相互影響、虛擬機與虛擬機之間的相互影響、虛擬機的逃逸技術、拒絕服務等。論文通過硬件和軟件方面的安全防范方法來加強虛擬機的安全。

虛擬機；安全；宿主機

一、虛擬機概述

虛擬機（Virtual Machine）指具有完整硬件系統功能，通過軟件模擬，運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。通過虛擬機軟件，我們可以在一臺物理計算機上模擬出一臺或多臺虛擬的計算機，我們可以安裝操作系統、安裝應用程序、訪問網絡資源等等，這些虛擬機完全就像真正的計算機那樣進行工作。對于在虛擬機中運行的應用程序來說，它就是一臺真正的計算機，而對于我們來說，它只是運行在你物理計算機上的一個應用程序。

二、虛擬機的安全威脅

（一）虛擬機之間的通信

虛擬機一般實現四個功能：多個組織共享一個物理機；在一臺計算機上，有高保密要求和低保密要求的應用；合并一些服務到少數物理機上提供一個通用硬件平臺；承載多個操作系統。前三種情況都有隔離的需要，第一種情況下，其他組織是無法訪問它們的；第二和第三種情況下，這些虛擬機不應該被不相關的人訪問，第四種情況，虛擬化的目標一般是為了實現系統之間的交互。相對于物理機，虛擬機的安全問題是比較獨特的。例如，允許數據在虛擬機和主機之間傳輸的剪貼板技術，這個功能很容易被惡意程序利用，方便它們在系統之間傳輸。又如，某虛擬技術在操作系統內核中提供了虛擬層的按鍵和屏幕記錄，甚至虛擬機內的加密連接可以被監控起來。如果虛擬機沒有進行有效的隔離，它可以無障礙地進入宿主機，這在側重運行的應用設計里比較常見，所以也存在較大的安全隱患，應該使用彼此一個適當的方法進行隔離。

（二）宿主機與虛擬機之間的相互影響

宿主機對于虛擬機來說，是一個控制者，宿主機負責對虛擬機的檢測、改變、通信，對宿主機的安全要更嚴格管理。根據不同的虛擬機技術，宿主機可在這幾個方面影響虛擬機：啟動、停止、暫停、重啟虛擬機；監控和配置虛擬機資源，包括CPU、內存、磁盤、虛擬機的網絡；調整CPU數量、內存大小、磁盤數量、虛擬網絡的接口數量；監控虛擬機內運行的應用程序；查看、復制、修改數據在虛擬機的磁盤存儲。由于所有的網絡數據都會通過宿主機發往虛擬機，那么宿主機就能夠監控所有虛擬機的網絡數據。

（三）虛擬機與虛擬機之間的相互影響

虛擬機技術的主要特點是隔離，如果我們從一臺虛擬機去控制另一臺虛擬機，安全漏洞就會出現。CPU技術可以通過強制執行管理程序來保護內存，內存的管理程序應該是獨立的，在正確的規則里，應該禁止從正在使用的內存看到另外一個虛擬機。也就是說，即使一臺虛擬機上有內存沒有被使用，另一臺虛擬機也不能去使用這些閑置的內存。對于網絡流量來說，每個虛擬機的連接都應該有專用的通道，虛擬機之間不能嗅探對方的數據包。但是，如果虛擬機平臺使用了“虛擬hub”或者“虛擬交換”來連接所有虛擬機，那么虛擬機就可以進行嗅探，或者使用ARP中毒來重新定向數據包。

（四）虛擬機的逃逸技術

一個程序運行在虛擬機里，它應該無法影響其他虛擬機。但是，受技術的限制和虛擬化軟件的一些bug，它們之間是相互影響的。虛擬機讓我們能夠分享主機的資源并提供隔離。在某些情況下，運行在虛擬機里的程序，會繞過底層，并利用宿主機，我們把這種技術叫做虛擬機逃逸技術，它會使整個安全模型完全崩潰。也就是說，如果在虛擬機上測試惡意軟件、病毒，它們就會通過虛擬機進入系統。

（五）拒絕服務

虛擬機會強制占用一些虛擬機和宿主機共享的資源，從而使得其他虛擬機拒絕服務，因此我們需要限制虛擬機的可用資源。虛擬化技術可以把資源單獨分配給一個虛擬機，通過正確的配置，可以防止虛擬機無節制地濫用資源，從而避免拒絕服務攻擊。

三、硬件方面的安全防范

（一）硬件環境的問題

虛擬機運行時，要求在物理機上需要有足夠的處理能力、內存、硬盤容量和帶寬，因此需要一些額外的處理能力和內存。受資源的限制，有時候會分配超出處理能力的資源給虛擬機，比如有三個虛擬機，每個虛擬機申請峰值不超過500MHz的處理器時間，但是物理機實際上只是1GHz的CPU，由于它們滿負載的時間不一致，因此可充分利用CPU資源。但這種方法也可能會導致拒絕服務，我們無法保證所有虛擬機不會在同一時間達到峰值，而且虛擬機資源共享機制比較簡單，CPU、內存、磁盤、帶寬都有可能出現資源不夠用的問題。

（二）管理啟動時的磁盤帶寬

虛擬機在啟動時會比較占用磁盤帶寬，會同時加載一些庫、守護進程及其他文件，即使有多個虛擬機，在正常運行期間，磁盤一般都能夠提供足夠的帶寬。我們也可以用以下兩種方法來解決：一是錯開開機時間，首先啟動最關鍵的虛擬機，另外一個虛擬機五分鐘或者更長時間后再啟動；二是給每個虛擬機一個專用物理磁盤。

（三）對虛擬機的訪問加以限制

由于虛擬機很容易受到來自主機的攻擊，所以要對主機的安全提供細致的安全措施很有必要，主機的所處的環境不同，形成的風險也不一樣。

（1）考慮到主機的物理環境安全，對進入機房的身份卡驗證，對進行機器加鎖。

（2）設置在BIOS里只允許從主硬盤引導，禁止從其他設備引導，并且及時地對BIOS進行密碼設置，防止被別人修改信息。

（3）對所有的外部接口進行控制。

（2）安裝完系統后，及時地拆除光驅、軟驅。

四、網絡方面的安全防范

（一）給虛擬機層的端口加上防火墻

虛擬機除了可以使用主機上開放的端口，也會通過主機的IP開放一些端口，由于這些端口可以允許其他人通過遠程連接到虛擬機層，配置或查看虛擬機、磁盤，也可能執行其他的任務。因此，我們需要一個宿主機的防火墻，對這些端口的訪問加以嚴格的控制，只允許授權者對這些端口進行訪問。

（二）加密通信技術的使用

盡可能地使用通信加密手段，用HTTPS、TLS、SSH，或者加密VPN來管理。除了加密機制以外，還應有身份鑒別和認證，以防止偽造源IP攻擊、連接劫持、中間人攻擊等。

（三）虛擬機的身份驗證

虛擬機和宿主機一樣也需要配置驗證方式。比如密碼的加密、登錄次數的鎖定或延時等。

五、服務和配置功能

（一）部分服務的功能可以禁用

在虛擬機中，有些功能的關閉不會影響到虛擬機運行，例如磁盤碎片整理、屏幕保護程序、病毒和惡意軟件的掃描、文件完整性的檢查、系統更新等。對于單一操作系統的虛擬機來說，這些不需要的服務在啟用，它們占用了資源，可以關閉。

（二）加強文件共享的管理

在很多虛擬機軟件的支持下，主機和虛擬機之間可以進行文件的共享，這樣使用起來比較方便，也帶來了安全方面的問題。由于可以實現共享，虛擬機就有機會對共享的文件進行操作。即使在沒有共享目錄的時候，激活的文件也可能到虛擬機的環境以外，因此，除了特別需要共享外，一般情況下把文件共享功能關閉。

（三）同步時間

在虛擬機中，它們的時間默認都是依賴于主機的時鐘，而計算機的時間經常會不準確。因為時鐘的不準確性，導致任務的滯后或提前的問題會發生。比如，我們規定周一到周二兩天，其中的某些服務關閉，但是因為時間的不準確，可能會造成業務中斷。由于時間的不確定性，我們無法從日志上得出事件的真實性。解決這個問題的辦法是，在離網絡比較近的地方配置同步時間服務器。

（四）把不經常使用的設備切斷

由于虛擬技術允許虛擬機可以間接或直接地控制物理設備，比如光驅、軟驅、打印機、USB接口等。在啟動虛擬機的時候，會對這些硬件設備進行檢測，在多個虛擬機同時啟動的時候，第一個啟動的虛擬機優先使用這些設備，而其他虛擬機的檢測會被鎖定，這會造成不必要的啟動延遲。另外，如果在驅動器里有惡意代碼，虛擬機可能會自動裝入并執行，類似于自動運行的功能。建議只在需要的時候才允許連接所有可控制的物理設備。

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［3］蔣萬春,湯立,陳震.虛擬化安全問題探析［J］.信息網絡安全,2010,（8）.

［4］黃良良,韓軍,汪倫偉.基于Xen硬件虛擬機的安全通信機制研究［J］.計算機安全,2010,（3）.

TN

A

1673-0046（2011）11-0179-02