雲端作業環境整合零信任架構實踐

隨著企業上雲趨勢，雲端作業環境（COE）的安全性日益重要。本文將探討如何整合零信任架構至COE，強化雲端環境的安全性，並分析雲端原生技術的安全優勢與挑戰。同時，我們也將深入研究混合雲架構和短暫實作如何降低雲端攻擊面，並提供程式碼範例說明如何動態管理短暫金鑰，有效提升安全性。最後，文章將探討遷移至零信任架構的關鍵步驟，協助企業逐步實施零信任模型，強化整體資安防護。

雲端作業環境（COE）與零信任架構的整合實踐

隨著COVID-19疫情的持續影響，各組織紛紛將管理技術轉移到雲端，以實作對裝置的持續管理。這一轉變消除了對每個遠端員工使用VPN的需求，也無需重新設計安全管理解決方案以使其可透過DMZ或高風險的網際網路暴露服務（如遠端存取）使用。事實上，我們的新COE已經採用雲端進行裝置和身份管理，這為我們提供了第一步：無論資產位於何處，都能對其進行管理。

雲端COE的核心特性

現代COE採用雲端技術，並引出第二個考量：如何使其實際運作？首先，回顧NIST 800-207中提出的零信任七大原則，並將其應用於新的COE中。這轉化為技術管理模型應具備的幾個特性：

• 資產分類別管理：所有技術均邏輯性地分組於資產之下。這遵循ITIL和資產管理方法，將硬體、軟體、應用程式和其他技術分類別到適當的邏輯群組中，以便管理和評估風險。這種層次結構非常重要，因為軟體風險會影響裝置，從而影響使用該裝置的任何使用者。其他零信任部分所需的風險計算遵循此繼承模型。
• 安全通訊：無論其位置如何，所有通訊均始終保持安全和加密。通訊模型和適當的網路安全應始終處於高安全狀態，且不會根據位置或網路而改變。
• 根據會話的存取控制：對任何其他資源的存取權均按會話授予，且不是持久的。會話存取始終持續評估，以確保適當的意圖。大多數情況下，這是根據行為建模。
• 裝置安全強化：裝置經過強化、修補和驗證，以保持持久的安全狀態，以抵禦攻擊。安全態勢的變化或缺少安全補丁應影響用於身份驗證的風險模型。
• 持續評估與動態調整：身份驗證和授權不斷被評估，特性變化應動態改變策略，甚至會話活動（如果結果被認為是不理想的）。
• 即時資料收集與分析：為了做出所有適當的決策，應收集和分析來自帳戶、應用程式、環境、裝置等的資料，以幫助計算用於身份驗證和適當行為的風險評分。此收集和建模應盡可能接近即時進行，以最小化威脅。

零信任架構在COE中的實施

新的COE對於技術（和安全）管理在雲端中是理想的，可以仿照零信任模型。根據雲端技術和管理資源，一些解決方案、產品甚至工具將比其他方案更容易適應此模型。例如，不在端點使用本地代理的雲端解決方案將更難以監控適當的行為、確保安全通訊以及在細粒度級別提供授權。這將比使用可以擴充套件功能以涵蓋零信任原則的代理實作的方案遜色。

程式碼範例：零信任架構下的裝置註冊與驗證流程

import hashlib
import hmac

def register_device(device_id, device_info):
    # 將裝置資訊儲存至資料函式庫
    # 這裡使用簡化的範例，實際情況應使用安全的資料函式庫操作
    device_database[device_id] = device_info
    
    # 生成裝置註冊確認訊息
    confirmation_message = f"Device {device_id} registered successfully."
    return confirmation_message

def authenticate_device(device_id, device_signature, challenge):
    # 從資料函式庫檢索裝置資訊
    device_info = device_database.get(device_id)
    
    if not device_info:
        return False, "Device not found."
    
    # 驗證裝置簽章
    expected_signature = hmac.new(device_info['secret_key'].encode(), challenge.encode(), hashlib.sha256).hexdigest()
    
    if not hmac.compare_digest(device_signature, expected_signature):
        return False, "Invalid signature."
    
    return True, "Device authenticated successfully."

# 假設的裝置資料函式庫
device_database = {}

# 裝置註冊範例
device_id = "DEV001"
device_info = {
    'secret_key': 'your_secret_key_here'
}
print(register_device(device_id, device_info))

# 裝置驗證範例
challenge = "your_challenge_here"
device_signature = hmac.new(device_info['secret_key'].encode(), challenge.encode(), hashlib.sha256).hexdigest()
is_authenticated, message = authenticate_device(device_id, device_signature, challenge)
print(is_authenticated, message)

內容解密：

1. register_device函式：負責將新裝置註冊到系統中。它將裝置ID和相關資訊儲存到資料函式庫中，並傳回註冊成功的確認訊息。在實際應用中，應使用安全的資料函式庫操作來儲存裝置資訊。
2. authenticate_device函式：用於驗證裝置的身份。它首先根據裝置ID從資料函式庫中檢索裝置資訊。如果找不到對應的裝置，則傳回驗證失敗。如果找到裝置，則使用預先共用的金鑰（secret_key）和挑戰碼（challenge）計算預期的簽章（expected_signature），並與裝置提供的簽章（device_signature）進行比較。如果兩者比對，則驗證成功，否則傳回驗證失敗。
3. 安全考量：此範例使用了HMAC（根據雜湊的訊息認證碼）來驗證裝置簽章，確保了通訊過程中的完整性和真實性。在實際佈署時，應確保金鑰的安全儲存和管理。

NIST 800-207零信任原則與企業技術的對映

表9-2展示了NIST 800-207零信任原則與企業技術需求之間的對映關係。從表中可以看出，零信任架構的核心原則與多項企業技術需求密切相關，包括安全特權帳戶、最小許可權、應用程式控制、遠端存取、網路裝置和IoT、虛擬化和雲端、DevOps以及第三方整合等。

邏輯元件與零信任架構

零信任架構（ZTA）的邏輯元件包括核心元件（如策略引擎、策略管理員、策略執行點）和額外元件（如持續診斷和緩解系統、行業合規系統、威脅情報饋送、網路和系統活動日誌、資料存取策略、企業公鑰基礎設施、身份管理系統、安全資訊和事件管理系統）。這些元件共同構成了零信任架構的基礎，實作了對資源的安全存取控制和持續監控。

實施零信任的不同方法

零信任架構有多種實施方法，包括使用增強身份治理、微分段、網路基礎設設施和軟體定義周界等。這些方法各有其特點和適用場景，企業可以根據自身需求和現有基礎設施選擇合適的實施方案。

零信任架構（Zero-Trust Architecture）深度解析

零信任架構（ZTA）是一種顛覆傳統網路安全思維的安全模型，其核心理念是「永不信任，始終驗證」。本篇文章將探討ZTA的抽象架構、佈署變體、信任演算法、網路/環境元件、佈署場景/使用案例、相關威脅以及與現有聯邦指導方針的互動。

抽象架構的多元佈署方式

ZTA的抽象架構提供了多種佈署選項，以滿足不同企業的需求。這些佈署方式包括：

1. 裝置代理/閘道器佈署：在這種模式下，裝置代理或閘道器作為企業資源存取的入口點，負責驗證和授權。
2. Enclave-Based佈署：Enclave是一種隔離的環境，用於保護敏感資源。在這種佈署模式下，Enclave內的資源受到嚴格的存取控制。
3. 資源入口佈署：資源入口是企業資源的存取點，負責管理和控制對資源的存取。
4. 裝置應用程式沙箱化：透過沙箱化技術，限制裝置應用程式的存取許可權，防止惡意應用程式對企業資源造成損害。

佈署變體的技術解密：

這些佈署變體的實作需要考慮多個技術因素，例如：

• 網路拓撲結構
• 裝置和應用程式的安全性
• 資源存取控制策略

信任演算法的核心要素

ZTA的信任演算法是其安全決策的核心。該演算法根據以下要素：

• 存取請求
• 主體資料函式庫和歷史記錄
• 資產資料函式庫
• 資源策略要求
• 威脅情報和日誌

信任演算法的多樣性體現在以下兩方面：

1. 標準 vs. 評分機制：不同的ZTA實作可能採用不同的信任評估標準或評分機制。
2. 單一因素 vs. 環境因素：信任評估可以根據單一因素或綜合考慮多個環境因素。

信任演算法的技術解密：

信任演算法的設計需要結合機器學習、風險評估和安全策略等多個領域的知識。演算法必須能夠動態調整信任等級，以回應不斷變化的安全威脅。

網路/環境元件的最佳實踐

ZTA要求企業具備特定的網路和環境元件，以支援零信任的安全模型。這些元件包括：

• 邏輯或物理隔離的通訊流
• 基本的網路連線能力
• 對資產的安全態勢的可視性
• 策略執行點（PEP）

網路/環境元件的技術解密：

這些元件的實作需要考慮網路架構、安全策略和資產管理等多個方面。企業必須確保其網路和環境元件能夠支援ZTA的安全需求。

佈署場景/使用案例的多樣性

ZTA適用於多種企業場景，包括：

1. 具有衛星設施的企業：ZTA可以幫助企業保護分散式網路中的資源。
2. 多雲/雲到雲企業：ZTA提供了一種統一的安全模型，用於保護跨多個雲環境的資源。
3. 具有契約服務的企業：ZTA可以幫助企業管理第三方服務對資源的存取。

佈署場景/使用案例的技術解密：

在不同場景下佈署ZTA需要考慮特定的安全挑戰和需求。企業必須根據其業務需求和安全目標選擇合適的ZTA實作方案。

相關威脅與風險管理

雖然ZTA提供了一種更安全的安全模型，但它並非萬無一失。企業仍需面對多種威脅，包括：

1. ZTA決策過程的顛覆：攻擊者可能試圖操縱ZTA的信任演算法或決策過程。
2. 拒絕服務或網路中斷：DDoS攻擊或其他網路中斷可能會影響ZTA的安全功能。

相關威脅的技術解密：

企業必須採取適當的安全措施來緩解這些威脅，例如實作多因素身份驗證、定期進行安全稽核和風險評估。

與現有聯邦指導方針的互動

ZTA與多個現有的聯邦指導方針相容，包括NIST風險管理框架、NIST隱私框架等。企業可以將ZTA與這些指導方針結合，以加強其安全態勢。

與現有聯邦指導方針互動的技術解密：

企業在實作ZTA時，應考慮如何與現有的安全框架和指導方針相結合。這需要對相關法規和標準有深入的瞭解。

遷移至零信任架構的步驟

遷移至ZTA需要一個結構化的流程，包括：

1. 識別企業中的角色：瞭解誰是資源的使用者。
2. 識別企業擁有的資產：清點和管理企業資源。
3. 制定ZTA策略：根據企業需求制定合適的ZTA策略。

遷移至零信任架構的技術解密：

遷移至ZTA是一個複雜的過程，需要仔細規劃和執行。企業應逐步實施ZTA，並持續監控和調整其安全策略。

透過深入瞭解ZTA的抽象架構、佈署變體、信任演算法、網路/環境元件、佈署場景/使用案例、相關威脅以及與現有聯邦指導方針的互動，企業可以更好地實作和管理零信任架構，從而提升其整體安全態勢。

雲端原生（Cloud-Native）技術架構與安全性考量

在現代企業環境中，雲端運算已成為不可或缺的基礎設施。企業在轉向雲端時，面臨著諸多挑戰，包括安全性、可擴充套件性和容錯能力等。雲端原生（Cloud-Native）技術提供了一種新的軟體開發和佈署方法，能夠充分利用雲端運算的優勢，提高應用程式的可擴充套件性、安全性和可管理性。

雲端原生技術的核心概念

雲端原生技術是一種軟體開發方法，它利用雲端運算的獨特特性和服務，開發、佈署和執行可擴充套件的應用程式。這種方法結合了多種技術，包括容器（Containers）、微服務（Microservices）、無伺服器函式（Serverless Functions）和不可變基礎設施（Immutable Infrastructure）。這些技術使得系統能夠鬆散耦合，提高了系統的彈性、可管理性和可觀察性。

### 雲端原生技術的優點

#### 高可擴充套件性
- 利用雲端運算的自動擴充套件功能，應對突發流量
- 支援動態環境下的快速佈署和擴充套件

#### 提高安全性
- 採用不可變基礎設施，降低安全風險
- 利用微服務架構，提高系統的隔離性和安全性

#### 增強可管理性
- 利用容器和自動化工具，簡化佈署和管理流程
- 支援 DevOps 和 Agile 等開發哲學，提高開發效率

內容解密：

1. 高可擴充套件性：雲端原生技術透過利用雲端運算的自動擴充套件功能，能夠動態調整資源，以應對突發流量，確保應用程式的高用性。
2. 提高安全性：採用不可變基礎設施和微服務架構，可以降低安全風險，提高系統的隔離性和安全性。
3. 增強可管理性：利用容器和自動化工具，可以簡化佈署和管理流程，支援 DevOps 和 Agile 等開發哲學，從而提高開發效率。

雲端原生與安全性挑戰

當企業將現有的本地應用程式遷移到雲端時，需要考慮潛在的安全性挑戰。許多傳統應用程式可能包含已到達使用壽命終點的元件，或者需要嚴格的變更控制排程，以應用安全更新而不會導致停機。這些挑戰促使企業重新評估其應用程式，並考慮重新開發或採用雲端原生技術。

### 決定是否採用雲端原生技術

#### 評估指標
- **使用者數量和風險表面**：如果應用程式的使用者數量有限，且風險表面最小，則雲端清洗（Cloud Washing）可能是可以接受的。
- **可擴充套件性需求**：如果應用程式無法滿足業務需求，則需要考慮重寫部分或全部程式碼，以採用雲端原生技術。
- **停機容忍度**：如果維護或安全更新導致的停機時間是不可接受的，則需要考慮採用雲端原生架構。

內容解密：

1. 使用者數量和風險表面：對於使用者數量有限且風險表面最小的應用程式，簡單地將其遷移到雲端（雲端清洗）可能是足夠的。
2. 可擴充套件性需求：如果應用程式在遷移到雲端後無法滿足業務需求，則需要考慮重寫部分或全部程式碼，以使其成為雲端原生應用程式。
3. 停機容忍度：如果應用程式的維護或安全更新導致的停機時間是不可接受的，則需要考慮採用雲端原生架構，以提高其可用性和可擴充套件性。

雲端架構與安全：混合雲與短暫實作的優勢

在雲端運算的世界中，不同的架構設計會面臨不同的安全挑戰。瞭解這些挑戰並採取適當的措施，是確保雲端解決方案安全性的關鍵。本篇文章將探討混合雲架構和短暫實作（Ephemeral Implementations）在降低雲端攻擊面（Cloud Attack Vectors）方面的優勢。

混合雲架構的安全優勢

混合雲架構結合了本地佈署（On-Premise）和雲端服務，為組織提供了更大的彈性和控制力。這種架構的主要優點包括：

• 將敏感資料或個人可識別資訊存放在本地受控環境中，確保資料的安全性和合規性。
• 支援無法輕易遷移到雲端的舊有系統或元件。
• 對某些需要特殊安全控制的元件實施更嚴格的存取控制。
• 確保在本地和雲端環境中實作高用性，而不依賴於網際網路連線。
• 避免因頻寬消耗過高而產生的雲端遷移成本。

在混合雲架構中，組織可以透過實施嚴格的存取控制列表（Access Control Lists, ACLs）和使用雲端存取服務代理（Cloud Access Service Broker, CASB）來監控和管理雲端網路流量，從而減少攻擊面。此外，不在本地和雲端資產之間分享機密資訊，也可以有效防止攻擊者在不同環境之間橫向移動。

混合雲架構的監管合規優勢

從監管合規和安全的角度來看，混合雲架構具有多項優勢：

1. 資料對映合規：能夠明確敏感資料和個人可識別資訊的存放位置，滿足監管要求。
2. 地理位置隱私法規遵循：可以明確關鍵資料的靜態存放位置，包括備份資料。
3. 資料控制權：組織能夠直接控制資料的加密和資料外洩防護，而不是依賴第三方雲端服務提供商。
4. 受控的資料外流：只有授權的請求和資料可以流出到雲端託管的應用程式。
5. 實體安全控制：對於存放敏感資訊的資產，組織能夠保持對實體安全的控制。

短暫實作降低風險

在雲端解決方案中，與帳戶、例項和許可權相關的機密資訊持久存在是一個重大挑戰。如果機密資訊是靜態的，那麼攻擊者就可以利用它來發起攻擊，就像知道單因素身份驗證的憑證一樣。解決這個問題的最佳策略之一是使風險表面變得短暫。也就是說，使所有元件都根據時間，並根據持續時間、一天中的時間和同時帳戶使用情況來限制存取。

短暫實作的最佳實踐

1. 元件根據時間條件建立或啟用，而不是持續存在。
2. 實時日誌記錄和監控，以應對快速變化的元件狀態。
3. 使用特權存取管理（PAM）解決方案來管理機密資訊，例如頻繁更改機密並根據時間策略控制存取。

程式碼範例：短暫金鑰管理

以下是一個簡單的範例，展示如何使用 Python 和 Hashicorp 的 Vault 來動態生成和管理短暫的 API 金鑰：

import hvac
import time

# 初始化 Vault 客戶端
client = hvac.Client(url='http://your-vault-instance.com')

# 寫入短暫的 API 金鑰
def generate_ephemeral_api_key():
    # 從 Vault 取得新的 API 金鑰
    response = client.secrets.kv.v2.create_or_update_secret(
        path='your-secret-path',
        secret=dict(api_key='your-generated-api-key')
    )
    return response.data.data.decode('utf-8')['api_key']

# 使用短暫的 API 金鑰
def use_api_key(api_key):
    # 在這裡使用 API 金鑰進行操作
    print(f"Using API key: {api_key}")
    # 操作完成後，確保銷毀或不再使用該金鑰

# 主邏輯
if __name__ == "__main__":
    ephemeral_api_key = generate_ephemeral_api_key()
    use_api_key(ephemeral_api_key)
    # 模擬短暫性，例如一小時後使金鑰失效
    time.sleep(3600)
    # 銷毀或更新金鑰
    client.secrets.kv.v2.delete_metadata_and_all_versions(
        path='your-secret-path'
    )

內容解密：

1. 初始化 Vault 客戶端：使用 hvac 函式庫連線到 Hashicorp Vault 服務，用於安全地儲存和管理機密資訊。
2. generate_ephemeral_api_key 函式：動態生成一個新的 API 金鑰，並將其儲存在 Vault 中。這模擬了短暫實作中根據需求生成機密資訊的過程。
3. use_api_key 函式：使用生成的 API 金鑰進行操作。這裡僅列印了金鑰，但在實際應用中，這將涉及呼叫外部 API 或執行其他需要身份驗證的操作。
4. 主邏輯：展示瞭如何生成、使用，然後在一小時後銷毀短暫的 API 金鑰，從而降低了靜態機密資訊被濫用的風險。