分布式入侵檢測系統的模型設計

馮 安

【摘 要】首先提出了一個旨在提高分布式入侵檢測系統的擴充性和適應性的設計模型，然后分析本模型的特點，最后對模型的3個組成部分給出詳細的描述。

【關鍵詞】分布式入侵檢測系統 設計模型 擴充性

一、分布式入侵檢測系統的基本結構

盡管一個大型分布式入侵檢測系統非常復雜，涉及各種算法和結構設計，但是如果仔細分析各種現存的入侵檢測系統的結構模型，可以抽象出下面一個簡單的基本模型。這個基本模型描述了入侵檢測系統的基本輪廓和功能。該模型基本結構主要由3部分構成：探測部分、分析部分和響應部分。

探測部分相當于一個傳感器，它的數據源是操作系統產生的審計文件或者是直接來自網絡的網絡流量。分析部分利用探測部分提供的信息，探測攻擊。探測攻擊時，使用的探測模型是異常探測和攻擊探測。響應部分采取相應的措施對攻擊源進行處理，這里通常使用的技術是防火墻技術。

二、系統設計模型

這個模型主要是入侵檢測系統基本結構的具體化。主體框架仍然由3部分構成：探測代理、系統控制決策中心、控制策略執行代理。但是這3部分并不對應于基本結構中的3部分，因為這里探測代理和系統控制的分析功能。代理和系統控制決策中心采用標準的通信接口與系統控制決策中心通信，因此，它們的設計為系統的分布式部署和系統的擴充性實現做了充分的考慮，同時使得各個代理的功能更加單一。功能的單一性帶來的好處是使得對某一種入侵行為的檢測趨于專業化。

三、模型的特點

1.分布性

從分布式入侵檢測系統的定義可知，只要系統的分析數據部分在系統的部署上是分布的，入侵檢測系統就可以認為是分布式系統。本系統負責入侵行為檢測的代理是分布部署的，故整個系統具有分布性。

2.標準性

標準性從本系統的角度講，體現在2個部分上:代理的構成和通信協議。每個代理都按照4個層次進行設計。從上到下，分別是通信接口、報告產生器、分析模塊和采集模塊。通信協議采用一套嚴格定義的通信規則和數據格式，同時將系統所必需的通信行為進行了規范的定義。

3.可擴充性

本系統的各個部分采取標準化設計，這樣系統各個部分的升級和新的代理部分的加入都變得相當簡單。代理和系統控制決策中心有著標準的協商協議，代理可以進行動態注冊。

4.良好的系統降級性

當系統某一個代理出現問題，不能完成自己的檢測任務時，網絡的檢測工作會受到有限的影響，但整個系統的檢測功能不會有明顯的下降。

5.載荷最小性

系統的每個組成部分功能都是單一的，而且相互之間相對獨立，部署的時候可以幾個部署到一臺主機上。代理和控制決策中心之間利用標準協議通信，通信量較小;同時在傳遞數據時，代理只傳輸控制中心請求的數據，所以數據的傳輸量不大。

四、模型組成部分的功能描述

1.探測代理

探測代理主要的功能是從網絡捕獲原始數據，然后利用一定的探測模型對數據進行分析，將感興趣的數據按照一定的格式存入數據存儲設備中。與系統控制中心通信協商，將系統控制決策中心請求的數據按照一定的傳輸格式傳送出去。

要完成上面的功能，探測代理需要4個層次的模塊共同協作才能完成。這4個模塊根據數據傳輸的順序分別為:采集模塊、分析模塊、報告產生器、通信接口。

采集模塊直接從網絡上捕獲原始數據。為了使得代理能夠對多個操作系統提供支持，這里的捕獲過程使用一個通用的數據包捕獲庫（libpcap庫），這個庫使用BSD的bpf思想。采集模塊向分析模塊提供格式化的數據包信息。

當分析模塊收到格式化的數據包信息后，啟動相應的入侵檢測模型過程，對數據進行處理。這里的入侵檢測模型有2種：一種是異常檢測模型，另一種是入侵檢測模型。

對于異常檢測模型，入侵檢測過程會根據代理功能的不同，進行不同級別的檢查。我們的模型會進行2個級別的檢查。一個是基于包頭的檢查，即對鏈路層包頭、IP層包頭、TCP層包頭進行檢查分析，將異常存入數據存儲設備。另外一個級別的檢查是基于報文內容的檢查，入侵檢測過程將異常信息進行記錄。這2個級別的探測分別被稱為系統級探測和應用級探測。

對于入侵檢測模型，入侵檢測過程將格式化的信息與已知的攻擊模型的特征進行比對。如果格式化信息與攻擊模式的特征完全一樣，則可以認定是一種攻擊，將這種攻擊的信息一方面進行存儲，一方面向系統控制決策中心進行報告，請求控制決策中心對攻擊進行處理。

報告產生器，是根據系統控制決策中心的請求，從數據存儲設備中提取請求信息。這些信息構成一張異常或者攻擊視圖，它是存儲信息的子集合。

2.系統控制決策中心

系統控制決策中心接收用戶請求，產生數據請求，然后將數據請求發送給特定的入侵檢測代理，等待接收響應信息，最后將響應信息加工成用戶視圖。如果用戶認定某些行為屬于攻擊行為，就向探測策略執行代理發出請求，阻止或者限制攻擊行為的進一步發展。

用戶接口，給用戶提供操作界面。用戶通過這個界面完成系統控制和數據請求功能。用戶接口將用戶請求翻譯成系統請求，然后交給下層模塊進行處理。

控制和管理，依據系統請求的類別，構造協議數據傳輸單元，然后遞交給下層協議通信接口，請求發送。

協議通信接口，識別代理發出的協議數據，對協議數據進行處理;同時將系統控制決策中心的用戶意圖發送給各個代理，完成管理和控制功能。

3.探測策略執行代理

探測策略執行代理的主要功能是根據系統控制決策中心的要求對攻擊者的攻擊行為進行控制，這里控制包括監控、限制訪問權限、取消訪問權限等。探測策略執行代理主要由2部分構成:通信接口和控制執行，但是還有一個小的配置模塊輔助它們完成各自的功能。

配置模塊幫助代理建立一個與控制系統無關的控制接口。因為目前最常用的網絡控制系統是防火墻系統，大部分的防火墻系統都給出系統的命令接口。基于這一點，我們在設計通用控制接口時，自己定義一組功能完備的控制功能集合，然后建立一種從代理系統功能集合向具體防火墻系統命令集合的映射。

探測策略執行代理的通信接口，和前面幾個部分的通信模塊的功能是一樣的。控制執行，是這種代理的核心部分。它根據通信接口送來的協議數據，分析系統控制和決策中心的意圖。然后根據代理配置時建立起來的控制系統映射關系，構造與具體控制系統相關的控制規則。