操作系统安全概述

概念

  • 核心要素：指满足安全策略要求，具有相应安全机制及功能，符合特定安全标准，能在约束条件下抵御常见网络安全威胁，保障自身安全运行及资源安全。
  • 操作系统分为五个等级：
    • 用户自主保护级
    • 系统审计保护级
    • 安全标记保护级
    • 结构化保护级
    • 访问验证保护级
  • 产业视角：
    • 狭义：侧重产品安全（如国产化操作系统）
    • 广义：侧重产业可控（如配套国产应用生态）
  • 安全目标和需求
    • 安全目标：防范网络安全威胁，保障系统安全运行及资源安全
    • 六大需求：
      • 标识和鉴别：区分用户身份并验证
      • 访问控制：基于身份的权限管理
      • 系统资源安全：保障文件等资源的保密性、完整性
      • 网络安全：支持安全通信协议
      • 抗攻击：具备防御机制和恢复能力
      • 自身安全：内置安全防护机制

安全机制

image-20250826104545959

Windows安全

Windows系统架构

Windows系统划分为三层：

  • 最底层是硬件抽象层：最底层为硬件提供接口，使系统更易移植
  • 第二层是内核层：提供执行、中断、异常处理和同步支持
  • 第三层是由实现基本系统服务的模块组成：包含虚拟内存管理、对象管理、进程线程管理、I/O管理、进程通信和安全参考监督器等模块

对比UNIX/Linux架构：硬件层、系统内核层、应用层

Windows安全机制

  • 认证机制：

    • 本地认证：SAM数据库存储本地账户/AD域控制器存储域账户
    • 网络认证：Kerberos V5、公钥证书、NTLM

  • 访问控制机制：达到橘皮书C2级，实现用户级自主访问控制

  • 审计/日志机制：存储路径：system32\config

    • 系统日志：SysEvent.evt
    • 应用日志：AppEvent.evt
    • 安全日志：SecEvent.evt

  • 防火墙：

    • NT4/2000：包过滤(ACL)
    • XP及以后：自带防火墙

  • 文件加密系统：

    • 采用EFS在磁盘上加密

    • 使用对称加密算法

    • 需密钥才能访问加密文件

  • 抗攻击机制：新版操作系统增加了抗攻击安全机制

    • 堆栈保护/SafeSEH/DEP
    • 地址随机化(ASLR)
    • 补丁保护(PathGuard)
    • 驱动程序签名

Windows系统安全分析与增强方法

安全威胁

  • 口令威胁：空密码/弱密码
  • 恶意代码：病毒、木马、蠕虫、僵尸网络
  • 应用漏洞：QQ/微信等第三方软件漏洞
  • 系统漏洞：SMB/NetBIOS服务漏洞
  • 物理攻击：服务器被物理窃取

系统安全增强方法

  • 打补丁升级
  • 停止无用服务/卸载软件
  • 升级或更换程序
  • 修改配置权限
  • 去除特洛伊等恶意程序
  • 安装安全工具，针对Windows漏洞可以安装自动补丁管理程序

Windows系统安全增强基本步骤

1）系统规划

  • 安全目标：防泄密/抗DoS/限制非法访问
  • 业务用途：个人用与服务器需不同安全级别

2）最小化安装

  • 原则：安装最小化的操作系统
  • 要点：
    • 使用NTFS分区
    • 删除不必要服务和组件
    • 仅安装必需网络协议

3）系统补丁管理

  • 系统补丁补丁需及时更新

4）配置安装的系统服务

  • 不要安装与业务运行无关的服务或应用程序
  • 安装最新的应用系统和服务软件，定期更新补丁

5）配置安全策略

  • 密码复杂度要求
  • 账户锁定阈值
  • 账户锁定时间
  • 账户锁定计数器

6）网络服务配置

  • 禁用NetBIOS：
    • 过滤135-139/445端口
    • 修改注册表禁用
  • 关闭默认共享：通过计算机管理停止共享

7）文件系统安全

  • 删除无用帮助文件
  • 启用EFS加密文件系统
  • 修改默认安装目录名

8）启动安全

  • 设置CMOS密码
  • 启动选项设为仅限本地磁盘启动

9）第三方防护

  • 杀毒软件、EDR等

UNIX/Linux安全

  • 分层架构对比：Unix/Linux系统分为硬件层、系统内核层和应用层三层结构，与Windows系统的硬件抽象层、内核和服务模块三层形成对比考点

安全机制

  • Unix/Linux是一种**多用户（多个用户同时使用）、多任务（同时处理多个任务）**的操作系统，具有安全机制：

    • Unix/Linux认证：

      • 口令认证：基础认证方式，通过用户名密码验证身份
      • 终端认证：限制超级用户（如root）只能从特定IP地址远程登录的安全机制
      • 主机信任：建立主机间的信任关系，使不同主机用户之间无需重复认证
      • 第三方认证：
        • 一次一密口令认证S/Key：抵抗重放攻击
        • Kerberos认证系统
        • 插入式身份认证PAM

    • 审计机制：

      • 日志存储：
        • Unix早期版本：/usr/adm
        • Unix新版：/var/adm
        • Solaris/Linux/BSD：/var/log

    • 访问控制：通过ACL实现对系统资源控制

      • 权限表示：

        • 10位表示法：首字母表示文件类型（d为目录，-为普通文件），后9位为权限位
        • 9位权限分组：每3位一组，分别表示所有者、同组用户、其他用户的rwx权限

      • 权限示例：

        • rwxr-xr–：所有者可读写执行，同组可读执行，其他用户仅可读
        • 数字表示法：r=4，w=2，x=1

系统安全增强技术

  • UNIX/Linux访问控制
  • 系统安全增强技术的共性
    • 跨系统通用性：Windows/Linux/Android/iOS等操作系统安全增强技术原理相似，主要包括补丁管理、服务最小化、权限控制等
    • 核心原则：所有系统都需要打补丁、关闭不必要服务、设置合理权限
  • 设置开机保护口令
    • 双重保护：
      • 第一重：操作系统登录密码
      • 第二重：BIOS/硬盘密码（防止通过PE系统绕过认证）
    • PE攻击原理：通过外接系统直接读取硬盘数据，绕过操作系统认证
    • 防护措施：在硬件层设置密码，阻止未经授权的PE系统安装
  • 其他：
image-20250826143957740

Linux安全增强配置参考

image-20250826144231463 image-20250826144537067

安全模块应用参考

  • 核心机制:

    • LSM框架: Linux安全模块，通过内核钩子实现轻量级通用访问控制
    • 模块化扩展: 采用插件方式增强功能，避免直接修改内核

  • 安全功能:

    • 管理员分权：实现权限分离
    • 最小特权：仅授予必要权限
    • 访问控制：基于类型的访问控制(TBAC)结合角色，细粒度自主访问控制
    • 多级安全：禁止上读下写

  • 认证模块:

    • 身份验证模块框架PAM：可扩展认证框架，支持多种认证方式(密码/指纹/虹膜)

      image-20250826145029544

    • SELinux：强制访问控制模块，由策略和实施组成，策略封装在安全服务器中，实施由对象管理器具体执行

      SELinux可以实现基于角色的访问控制和强制访问控制

      image-20250826144843431

国产操作系统安全

  • 主要品牌：包括中科方德、中标麒麟、北京宁思普华、深度、华为鸿蒙、阿里飞天、统信UOS等

国产操作系统的安全风险

  • 内核安全风险：继承Linux内核漏洞，包括缓冲区溢出、边界错误、访问验证等问题
  • 组件安全：
    • 自主研发组件：新开发组件必然存在漏洞
    • 第三方组件：如PGP等安全组件漏洞会影响系统整体安全
  • 系统安全配置的安全：人为配置不当
  • 硬件的安全：底层硬件不安全会导致上层系统失效

安全防护措施

  • 防护体系：
    • 管理机制：三权分立（操作员、审计员、安全管理员）
    • 访问控制：基于角色的访问控制(RBAC)和细粒度自主访问控制
    • 多级安全：从内核到应用的全方位防护