基于虛擬現(xiàn)實的高職網(wǎng)絡(luò)攻防實驗平臺設(shè)計

浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊 瓊

網(wǎng)絡(luò)攻防是網(wǎng)絡(luò)信息安全方向的重要課程，主要以網(wǎng)絡(luò)攻擊步驟為線索向?qū)W生介紹黑客攻擊各階段常用的攻擊方法和原理，以及對相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)攻擊的防護策略和手段[1]。網(wǎng)絡(luò)攻防課程實踐性強，具體的攻防方法往往是針對現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)極具破壞性，倘若在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行實驗，勢必產(chǎn)生不可逆的災(zāi)難性后果。另外，網(wǎng)絡(luò)攻防實驗涉及網(wǎng)絡(luò)搭建、環(huán)境配置、攻擊目標定制、數(shù)據(jù)處理、防護及綜合滲透測試等過程，物理實驗環(huán)境的搭建及其維護成本很高。因此，此類課程非常有必要借助虛擬仿真技術(shù)搭建虛擬實驗環(huán)境進行實驗，構(gòu)建基于虛擬技術(shù)的驗平臺具有十分重要的現(xiàn)實意義。能有效克服大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境缺乏，與現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)隔離，達到實驗對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境破壞的隔離，可恢復(fù)和可控的效果。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生和教師提供逼真、生動的環(huán)境，又具有較強的可參與性，從而使學(xué)生和教師都能進入虛擬環(huán)境進行角色扮演，成為與傳統(tǒng)教育環(huán)境完全不同的教學(xué)模式，突破傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷，重視學(xué)生的技能的培養(yǎng)，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性[2]。

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，一方面，會幫助減少人力、物力和其他教育資源的需求。另一方面，為學(xué)生提供更加貼近現(xiàn)實的動手操作機會，提升學(xué)生的實踐能力，加快技術(shù)熟練程度。[3]這樣，職業(yè)院校培養(yǎng)出來的學(xué)生能夠在盡可能短的時間內(nèi)適應(yīng)工作崗位。從教學(xué)效果上來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有助于營造非常貼近現(xiàn)實的教學(xué)整體環(huán)境，學(xué)生受到環(huán)境的刺激，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性、激發(fā)探究的欲望，有利于其對于相關(guān)知識和技術(shù)的進一步深入的鉆研和學(xué)習(xí)。尤其是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高仿真和強交互性，會推動學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

1.平臺總體架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)攻防實驗平臺要解決網(wǎng)絡(luò)攻防課程的課堂演示和實驗環(huán)境搭建問題，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該實驗平臺設(shè)計的總體目標是：(1)要能夠再現(xiàn)攻擊技術(shù)手段，可以實現(xiàn)攻防方法的演示。做到為每個用戶(學(xué)生)提供單獨且真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，即每個用戶的網(wǎng)絡(luò)、試驗資源是完全獨享；(2)網(wǎng)絡(luò)攻防實驗平臺要實現(xiàn)與現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)的物理隔絕，實現(xiàn)教學(xué)和實驗操作中攻擊行為的隔離和可控，以防止對現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)造成干擾和破壞；(3) 支持對抗性的攻防演練。對抗安全實驗項目包含：主機安全、應(yīng)用安全、Web 安全、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)恢復(fù)、木馬病毒、漏洞利用、網(wǎng)絡(luò)攻防等不同場景；涵蓋Linux、Windows等各種主流操作系統(tǒng)平臺。

圖1 平臺總體功能結(jié)構(gòu)圖

2.網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗?zāi)K

網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗的目的是讓學(xué)生通過攻擊模型的建立以及攻擊的實施，全面了解網(wǎng)絡(luò)攻擊模型的架構(gòu)，理解并掌握具有代表性的網(wǎng)絡(luò)攻擊方法，及其產(chǎn)生的原因和背后的攻擊原理。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)攻擊類型的不同，平臺設(shè)計包含4 類網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗，如圖2所示：

（1）信息收集型攻擊，其中涉及的網(wǎng)絡(luò)攻擊方法包括：地址、端口的掃描、反向映射、體系結(jié)構(gòu)探測，F(xiàn)inger服務(wù)、LDAP服務(wù)、DNS轉(zhuǎn)換等；

（2）利用型攻擊，其中涉及到的網(wǎng)絡(luò)攻擊方法包括：口令破解、特洛伊木馬、緩沖區(qū)溢出攻擊等等；

（3）拒絕服務(wù)攻擊(DOS)，其中涉及的網(wǎng)絡(luò)攻擊方法包括：ping of death、teardrop、UDP-Flood、SYN-Flood、Land、Surmf、電子郵件炸彈和畸形消息等；

（4）虛假消息攻擊，其中涉及的網(wǎng)絡(luò)攻擊方法包括：DNS 高速緩存污染、偽造電子郵件等。

圖2 網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗功能模塊圖

3.網(wǎng)絡(luò)防御實驗?zāi)K

網(wǎng)絡(luò)防御實驗的目的是：通過實驗過程中網(wǎng)絡(luò)防護相關(guān)的管理和配置操作，讓學(xué)生掌握各種典型的網(wǎng)絡(luò)防御工具的使用方法和操作技巧，并且理解他們背后的實現(xiàn)原理，以期達到能夠舉一反三的效果。另外，通過網(wǎng)絡(luò)防御實驗過程中，系統(tǒng)表現(xiàn)出的各種現(xiàn)象和狀態(tài)，讓學(xué)生直觀地觀察和感受到各種網(wǎng)絡(luò)異常現(xiàn)象，有助于學(xué)生在日后的工作中具備根據(jù)網(wǎng)絡(luò)異常現(xiàn)象分析和判斷當前網(wǎng)絡(luò)狀況的能力。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)防御所涉及技術(shù)的不同，該模塊所包含的主要功能如圖3所示，主要包括：漏洞掃描，病毒木馬掃描查殺，防火墻配置，系統(tǒng)進程、網(wǎng)絡(luò)流量、端口監(jiān)測，以及系統(tǒng)日志分析。

圖3 網(wǎng)絡(luò)防御實驗功能模塊圖

4.總結(jié)

本文采用虛擬技術(shù)設(shè)計了一個網(wǎng)絡(luò)攻防實驗平臺，以虛擬技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全物理設(shè)備相結(jié)合的方式，為用戶提供更加貼合實際場景的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)攻防實驗平臺的實驗環(huán)境與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實現(xiàn)物理隔離，能夠支持復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的快速搭建，以及具有破壞性和不可逆性的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗，并能夠同時模擬足夠多的相同實驗環(huán)境。其構(gòu)建具有以下現(xiàn)實意義：首先，有助于節(jié)省實驗設(shè)備空間；其次，可實現(xiàn)實驗資料的開放和共享，節(jié)省資源；最后，幫助降低教師以及實驗管理員的勞動強度。該平臺在網(wǎng)絡(luò)攻防課程的實踐教學(xué)中已初見成效。

[1]尹中旭等.網(wǎng)絡(luò)攻防演練平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機教育,2011(02)：108-112.

[2]李建榮與孔素真.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究[J].實驗室科學(xué),2014(03)：98-100+103.

[3]史建燾,李秀坤與張兆心.基于CloudStack的網(wǎng)絡(luò)攻防虛擬實驗云平臺[J].實驗室研究與探索,2017(05)：75-78+147.