物理安全概述

物理安全概念

  • 传统定义：涵盖环境、设备和记录介质等支持网络信息系统运行硬件的总体安全
  • 广义定义：包含硬件、软件、操作人员及环境组成的人-机-物融合系统的安全
  • 威胁分类：
    • 自然威胁：地震/洪水/雷电/鼠害等
    • 人为威胁：盗窃/爆炸/硬件攻击等

物理安全威胁

  • 硬件木马
    • 植入方式：在IC芯片中嵌入恶意电路，激活后改变原有功能
    • 攻击阶段：
      • 研发设计：通过EDA工具/IP核植入
      • 生产制造：代工厂逆向工程植入
      • 封装测试：测试环节恶意篡改
      • 应用阶段
    • 国产化意义：避免供应链不可控导致的安全隐患，国产化全环节可控
  • 硬件协同的恶意代码
    • 攻击特征：非授权软件访问特权内存区域（破坏了机密性）
    • 破坏目标：主要破坏信息安全的机密性属性
  • 硬件安全漏洞利用
    • 典型漏洞：
      • 熔断(Meltdown)：允许越权读取内核内存
      • 幽灵(Spectre)：用于以侧信道方式获取指令预存、预执行对cache的影响等信息，进而获取到特定代码、数据在内存中的位置信息，从而利用其他漏洞对改内存进行读取或篡改
    • 修复难点：硬件漏洞无法通过补丁完全修复，可能需整批设备淘汰
  • 基于软件漏洞攻击硬件实体
    • 攻击链条：软件漏洞→参数篡改→物理损坏
    • 震网病毒案例：通过控制软件超频离心机转速导致设备物理损毁
  • 基于环境攻击计算机实体
    • 攻击媒介：电磁波/磁场/温湿度等环境参数
    • 防护措施：电磁屏蔽机房、恒温恒湿控制系统

物理安全保护

  • 设备物理安全

    • 标识管理：设备标签/网线标记（防止误接关键设备）
    • 电磁防护：光纤/屏蔽网线/屏蔽机房三级防护
    • 电源保护：UPS防止瞬间断电损坏设备
    • 抗震设计：防静电地板+槽钢固定机柜

  • 嵌入软件：智能设备要确保嵌入的软件是安全可信

  • 环境物理安全

    • 选址要点：
      • 电力供应：多路供电+柴油发电机
      • 地理安全：避开地震/洪水多发区
      • 气候适宜：优先选择内蒙/贵州等温带地区
    • 基础防护：防火/防水/防雷/防鼠/门禁系统

  • 系统物理安全

    • 介质管理：涉密存储介质加密处理
    • 访问控制：机房分级门禁+机柜物理锁
    • 灾备方案：异地容灾备份系统

  • 物理安全保护方法：安全合规、访问控制、安全屏蔽、故障容错、安全监测与预警、供应链安全管理和容灾备份

物理安全分析与防护

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机房安全与防护

机房功能分区

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  • 主要工作间：主机房、终端室等核心操作区域，如放置服务器集群的空间
  • 第一类辅助间：低压配电间、UPS室、蓄电池室、空调机房等设备支持区域，图中展示的蓄电池架和空调机组属于此类
  • 第二类辅助间：资料室（含文件柜）、维修室、技术人员办公室等管理区域
  • 第三类辅助间：储藏室、缓冲间、休息室等次要空间，实际机房中较少设置盥洗室
  • 特殊说明：允许一室多用或根据实际情况增减房间，考试需注意维修室属于第二类而非主要工作间

机房场地选择要求

机房等级划分

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  • A级标准：系统中断将严重危害国家安全/社会秩序/公共利益，需最严格防护措施（如带附加要求的电磁干扰防护）
  • B级标准：系统中断造成较大损害，要求较完善防护（如基础防火要求）
  • C级标准：无特殊影响场景，仅需基本防护（灭火器等基础配置）
  • 混合执行：允许项目采用不同级别，例如电磁干扰按A级，火灾报警按C级

环境安全性要求

  • 危险源规避：远离油库、煤气站等易燃易爆场所（最小水平间距建议200米）
  • 污染区规避：避开化工厂、水泥厂等粉尘/有毒气体污染源
  • 盐雾防护：特别禁止沿海区域和产盐区（腐蚀性水蒸气会损坏金属设备）
  • 雷击防护：需进行雷击风险评估，避免高频落雷区域

地质可靠性要求

  • 基础地质：禁止建设在杂填土、流沙层等不稳定地基上
  • 山区选址：需避开滑坡体、溶洞等地质灾害频发区
  • 矿区限制：距离采矿崩落区至少500米，且避开待开采矿脉
  • 湿度控制：禁止低洼地带（防洪要求）和地下水位过高区域

场地抗电磁干扰性要求

  • 射频干扰：与广播塔、雷达站保持至少1km间距（发射功率>100kW时）
  • 规范限值：按GB/T2887-2011要求，0.15-1000MHz频段干扰≤126dBμV，磁场强度≤800A/m
  • 强电流设备：距电气化铁路、高压线（220kV以上）需200米以上
  • 特殊设备：高频炉、大功率电机等应设置独立屏蔽间

避开强振动源和强噪声源

  • 机械振动：冲床、锻压设备等需设置减震基础或保持300米间距
  • 交通振动：避开机场跑道3km范围内，距主干道≥50米
  • 建筑布局：窗户避免临街设计，采用双层隔音玻璃

机房建筑位置选择

  • 优选楼层：独立建筑、用大楼二层（一层作为动力、配电、空调间等）
  • 承重考虑：电池组等重型设备（>500kg/m²）应布置在加固楼板区域
  • 防水要求：严禁设置在卫生间下层或同层相邻位置
  • 关键要素：必须确保电力水源充足、环境清洁、交通和通信方便
  • 保密要求：机要部门需采用屏蔽机房（射频泄漏衰减≥60dB）

数据中心建设与设计要求

定义

  • 核心定义：实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理，并为相关电子信息设备提供运行环境的建筑场所
  • 与机房关系：本质上是"大机房"或"高级机房"。

分类

  • 超大型：标准机柜>10000个
  • 大型：3000<机柜<10000个
  • 中小型：机柜<3000个

超大型数据中心的建设考虑

  • 选址要素：优先考虑气候寒冷/适宜、能源充足的一二类地区
  • 应用特点：以灾备等实时性要求不高的应用为主（原教材"事实性"为错误表述）
  • 典型案例：运营商和互联网企业建设的国家级数据中心

大型数据中心的建设考虑

  • 建设原则：鼓励在一二类地区建设，三类地区需靠近能源富集区
  • 能源需求：需重点评估气候环境和能源供给稳定性
  • 规模感知：3000个机柜实际可承载约3万台服务器（按每柜10台估算）

中小型数据中心的建设考虑

  • 核心驱动：以市场需求为主导，能源因素次之
  • 部署特点：靠近用户侧（如电子政务云）、能源获取便利区域
  • 项目特征：投资规模多在千万级别（例如8000万项目对应约100机柜）

数据中心等级与规范

  • A级标准：
    • 电子信息系统中断将造成重大经济损失
    • 或导致公共场所秩序严重混乱（如金融、医疗核心系统）
  • B级标准：
    • 系统中断造成较大经济损失
    • 或引发公共场所秩序混乱
  • C级标准：不属于上述两类的一般性数据中心

数据中心强制规范

  • 等电位联结要求：所有设备的金属外壳、金属管道、金属线槽（如综合布线桥架）、建筑物金属结构必须进行等电位联结并接地。
  • 耐火等级：数据中心耐火等级不应低于二级；与其他功能用房同建筑时，需用耐火极限≥2.0h的防火隔墙和1.5h楼板隔开，门采用甲级防火门。
  • 灭火系统配置：
    • 管网式气体灭火或细水雾系统需设置两组独立火灾探测器（冗余设计）
    • 火灾报警系统需与灭火系统、视频监控系统联动
    • 气体灭火机房必须配置专用空气呼吸器/氧气呼吸器（防止CO2CO_2/N2N_2导致缺氧）

互联网数据中心（IDC）

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  • 核心定义：向用户提供资源出租（计算/存储/网络）、IT平台租用、应用软件租用服务的基础设施。
  • 功能模块：
    • 机房基础设施（建筑/供电/空调/消防/安防等动力环境）
    • 网络系统（交换机/路由器等）
    • 资源系统（服务器/存储/网络资源池）
    • 业务系统（软件应用服务）
    • 安全系统（左侧模块）
    • 管理系统（右侧模块）

IDC与云计算的关系

  • 类比说明：云计算如同餐厅点餐服务（按需提供计算资源），IDC是支撑云计算的"厨房"（物理基础设施），没有IDC的云计算如同无厨房的餐厅无法运作。

分级标准

  • R1级：基础冗余，可用性≥99.5%
  • R2级：完全冗余，可用性≥99.9%
  • R3级：容错能力，可用性≥99.99%

可用性量化指标

等级定义：

  • 1个9（90%）：年宕机36.5天
  • 2个9（99%）：年宕机87.6小时
  • 3个9（99.9%）：年宕机8.76小时（电信级基础标准）
  • 4个9（99.99%）：年宕机52.6分钟
  • 5个9（99.999%）：年宕机5.26分钟（高可用标准）

IDC机房强制要求

  • 抗震要求：7度以上抗震设防区，电信设备需通过抗震检测
  • 施工前检查：
    • 配备有效消防器材，消防系统完工可用
    • 孔洞需用非燃材料封堵（防鼠患）
    • 严禁存放易燃易爆物品
    • 不同电压设备/插座需明确标识

通信线路/设备/存储介质安全

网络通信线路安全分析与防护

网络通信线路物理威胁

主要威胁类型：

  • 线路切断：如支付宝光纤被挖掘机挖断导致大面积服务中断
  • 电磁干扰：主要影响网线传输，光纤不受此影响
  • 信息泄露：包括线路监听、窃听等被动攻击手段

线路安全防护

  • 冗余设计：
    • 设备冗余：关键设备采用双机热备
    • 线路冗余：双上行链路设计（如图中路由器双上行），单点故障不影响全网通信
  • 电磁防护：
    • 屏蔽措施：使用屏蔽机房、屏蔽网线
    • 介质替换：将易受干扰的网线更换为光纤
  • 加密防护：
    • 传输加密：应用密码学技术（如第三章所述），使窃听数据无法还原

设备实体安全分析与防护

设备实体安全分析

安全威胁：

  • 环境关联威胁：如机房水浸导致设备损坏
  • 物理破坏：设备被盗或人为损坏
  • 电磁干扰：大功率雷达站等强磁场影响
  • 供应链风险：如华为被断供芯片案例
  • 固件攻击：针对BIOS、基带等固件的攻击
  • 硬件漏洞：如硬件木马、芯片后门
  • 控制组件威胁：如伊朗核设施震网病毒攻击案例
  • 非法外联：内网设备违规连接互联网

防护措施：

  • 设备的标志和标记
  • 设备电磁辐射防护
  • 设备静电及用电安全防护
  • 设备磁场抗扰
  • 设备环境安全保护
  • 设备适应性与可靠性保护

增强型保护措施：

  • 供应链弹性
  • 安全质量保障
  • 安全合规
  • 安全审查

设备硬件攻击防护

  • 硬件木马检测技术：

    • 反向分析：通过逆向工程重建电路图比对原始设计（类似哈希校验原理）
    • 功耗分析：对比芯片实际功耗与理论值的差异（如1W→10W异常）
    • 侧信道分析：监测功率、时序、电磁等多参数变化（如图5-6流程）

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  • 漏洞处理原则：

    • 不可逆性：硬件漏洞无法像软件打补丁修复
    • 条件破坏：封堵漏洞利用路径（如禁用特定内存地址）

存储介质安全分析与防护

存储介质安全分析

  • 五大风险：
    • 管理失控：介质随意存放、无专人管理
    • 数据泄露：未加密存储导致信息外泄
    • 设备故障：磁盘损坏等硬件问题
    • 删除残留：非安全删除导致数据恢复（如三酷跑路案例）
    • 恶意代码：通过存储介质传播病毒

存储介质安全防护

  • 管理措施：
    • 专人专区：设立专用存放区域并专人管理
    • 审批登记：介质借用需完整审批流程
    • 分类备份：重要数据至少备份3份（本地2份+异地1份）
    • 报废处理：物理销毁含敏感数据的报废介质
  • 技术措施：
    • 存储加密：对敏感数据进行加密存储
    • 容灾技术：
      • 磁盘阵列：采用RAID1/RAID5等冗余技术
      • 双机热备：HA高可用集群保障业务连续性
      • 离线备份：磁带库等冷存储方式（抗攻击性强）