基于4G網(wǎng)絡的遠程一鍵關機系統(tǒng)

黃 躍

（紅河學院信息技術中心，云南蒙自 661199）

居于網(wǎng)絡安全事件多發(fā)的現(xiàn)狀，在對關鍵信息系統(tǒng)做好安全防護的同時，也要注重完善應急處置預案和對有違法信息網(wǎng)站的“一鍵關停”機制。特別是在關鍵時間節(jié)點發(fā)生網(wǎng)絡安全事件時，為避免產(chǎn)生較大負面影響，對關鍵信息系統(tǒng)能用最快最簡便的方式進行關停顯得尤為重要。本文從關停操作系統(tǒng)角度，設計并實現(xiàn)了一種簡便快捷的遠程關機系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)分析

1.1 研究背景

網(wǎng)絡安全事件發(fā)生時，通常關停操作需要在業(yè)務內(nèi)網(wǎng)的防火墻、DNS或者出口路由器等設備上完成。由于受時間、地點限制和操作復雜等因素，往往導致不能在規(guī)定時間內(nèi)完全切斷重要信息系統(tǒng)訪問，造成了難以預計的負面社會影響。雖然目前也出現(xiàn)了利用設備廠商提供的微信公眾號“關停”內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)的方式，但該種方式也需要在用戶內(nèi)網(wǎng)部署特定設備，已到達阻斷信息系統(tǒng)網(wǎng)絡訪問的目的。首先這種方式受到用戶內(nèi)網(wǎng)運行狀態(tài)限制，一旦網(wǎng)絡堵塞阻斷指令難以及時下達，其次不能從操作系統(tǒng)層面進行處置，造成關停不徹底的情況。

1.2 需求分析

本文從實際出發(fā)，確定了如下幾方面的需求：

（1）使用手機進行遠程服務器的監(jiān)控和下發(fā)關停指令。

（2）在接到關停通知時，能在3分鐘內(nèi)完成關鍵信息系統(tǒng)的關停操作。

（3）具備同時處理多臺、多種操作系統(tǒng)關停的能力。

（4）關停系統(tǒng)使用獨立于業(yè)務網(wǎng)絡的運營商4G通訊線路。

（5）系統(tǒng)部署簡便、使用成本較低。

1.3 技術路線

首先對業(yè)務網(wǎng)絡進行綜合環(huán)境分析，充分了解業(yè)務內(nèi)網(wǎng)當前的網(wǎng)絡環(huán)境、服務器配置和信息系統(tǒng)部署情況，建立資產(chǎn)清單。

其次，在數(shù)據(jù)通信模塊中，使用基于TCP/IP協(xié)議的Socket通信技術開發(fā)服務器控制端和客戶端，以適應多個信息系統(tǒng)和多種操作系統(tǒng)的混合部署模式。考慮到客戶端和控制端并發(fā)通信處理的高效穩(wěn)定，在控制端中采用I/O多路復用技術實時響應客戶端的連接請求和指令下發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸時采用非對稱加密技術[1]，確保數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)技術路線如圖1所示。

在遠程控制部分，操作員使用專用Android程序通過身份驗證后，選擇對應信息系統(tǒng)服務器進行關機指令下達。整個操作過程利用獨立于內(nèi)網(wǎng)環(huán)境的運營商4G網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交互。通訊方式如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通信方式圖

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)由6個部分組成：監(jiān)控服務端，關停客戶端、系統(tǒng)管理前端，Web服務接口，Android操控端[2]，數(shù)據(jù)庫服務。系統(tǒng)核心部分框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)框架圖

（1）系統(tǒng)管理前端：為服務器和相關信息系統(tǒng)管理提供統(tǒng)一的Web管理界面。主要對關停客戶端和所承載信息系統(tǒng)管理，包含服務器IP地址、操作系統(tǒng)類型、信息系統(tǒng)描述、數(shù)據(jù)庫信息、用戶信息等。

（2）監(jiān)控服務端：為系統(tǒng)核心服務中間件。從數(shù)據(jù)庫中取得在線服務器列表進行實時監(jiān)聽，等待關停客戶端的連接請求，一旦收到連接請求驗證其身份后，開始接收心跳數(shù)據(jù)，保持相互通信連接。如果接收到Android操控端的關機指令時，轉發(fā)關機命令到指定服務器由關停客戶端完成關機，并把關機記錄寫入數(shù)據(jù)庫。

（3）關停客戶端：分別部署到每一臺關停服務器，針對不同的操作系統(tǒng)可實現(xiàn)快速關機操作。關停客戶端連接到監(jiān)控服務端后運行期間不斷發(fā)送心跳數(shù)據(jù)并保持連接。接收到下發(fā)的關機指令后，強制關閉當前操作系統(tǒng)。

（4）Web服務接口：承接了監(jiān)控服務端與外部Android操控端的服務接口。使用Web Service的方式提供遠程用戶身份驗證，轉接關機指令，操作日志查詢等接口。

（5）Android操控端：操作人員在手機上使用專用APP通過運營商4G網(wǎng)絡遠程獲取Web Service接口服務，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和關機操作。

每個模塊下的主要功能，如圖4所示。

圖4 功能結構圖

其中，監(jiān)控服務端，關停客戶端、系統(tǒng)管理前端使用Python 3.8.4語言開發(fā)，開發(fā)工具為PyCharm Professional Edition；Web服務接口使用C#語言開發(fā)，開發(fā)工具為 Visual Studio 2019，F(xiàn)ramework 4.7.2；Android操控端使用Java語言開發(fā)，開發(fā)工具為Android Studio 4.0，minSdk Level 26；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用Mysql 8.0。

2.2 數(shù)據(jù)結構

數(shù)據(jù)源存儲了用戶信息、系統(tǒng)信息、服務器信息、關停服務狀態(tài)、心跳數(shù)據(jù)、操作日志等，其中主要數(shù)據(jù)關系如圖5所示。

圖5 主要數(shù)據(jù)關系圖

（1）xtba_xtxx：存儲相應服務器中承載的信息系統(tǒng)信息，字段描述如表1所示。

表1 系統(tǒng)信息表

（2）ywzt_fwqxx：存儲服務器信息，字段描述如表2所示。

表2 服務器信息表

（3）ywzt_zxxx：存儲關停客戶端與監(jiān)控服務端之間通信心跳數(shù)據(jù)，字段描述如表3所示。

表3 在線信息表

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)管理前端

該功能模塊使用基于Python語言的Django框架進行開發(fā)。首先建立信息系統(tǒng)、服務器信息和用戶數(shù)據(jù)模型，在視圖文件中分別編寫數(shù)據(jù)處理邏輯，再適配對應的模板文件進行頁面渲染，最后配置頁面的路由實現(xiàn)瀏覽器的正確訪問，其中服務器信息處理界面截圖如圖6所示。

圖6 服務器管理界面截圖

3.2 監(jiān)控服務端

讀取配置文件config.ini，獲取監(jiān)聽參數(shù)后啟動監(jiān)聽服務，等待關停客戶端的連接請求。監(jiān)聽服務采用I/O多路復用技術，使用操作系統(tǒng)級的select函數(shù)，異步獲取連接套接字的狀態(tài)變化。收到連接請求后，立即執(zhí)行注冊處理函數(shù)，避免了傳統(tǒng)I/O模型中的阻塞問題，同時實現(xiàn)了在同一個線程內(nèi)并發(fā)處理多個I/O請求的目的，提高了運行效率。

當有連接請求出現(xiàn)時，首先到數(shù)據(jù)庫中校驗連接客戶端是否是支持一鍵關機的服務器，如果校驗成功則接受連接請求并存儲客戶端上線信息，否則拒絕連接請求。在保持連接期間服務端不斷接收來自多個客戶端的心跳數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式為（IP地址，端口，服務器ID，狀態(tài)值，發(fā)送時間）。通過心跳數(shù)據(jù)獲取關停客戶端的運行狀態(tài)，確保下發(fā)關機指令時客戶端能及時接收和執(zhí)行，詳細流程如圖7所示。

圖7 監(jiān)控服務流程圖

另外，管理員可在服務端使用控制臺輸入和執(zhí)行其他命令，命令包括：

（1）list：可以讓管理員實時查看當前連接服務的關停客戶端詳細信息，如服務器名稱、IP地址、在線狀態(tài)等；

（2）clear：清除歷史心跳數(shù)據(jù)；

（3）shutdown：在業(yè)務內(nèi)網(wǎng)中測試關機執(zhí)行情況；

（4）quit：通知關停客戶端關閉連接，退出監(jiān)聽服務。

3.3 關停客戶端

關停客戶端連接監(jiān)控服務端后每隔一段時間就向服務端發(fā)送狀態(tài)信息，并實時接收服務端下發(fā)的指令。接收到關機指令后，根據(jù)所在操作系統(tǒng)類型立即執(zhí)行關停指令，其中Windows類執(zhí)行“shutdown-s-t 0”,Linux類執(zhí)行“sudo init 0”。

3.4 Web服務接口

該接口以WebService的方式提供外部Android操控端和內(nèi)部監(jiān)控服務端之間的調(diào)用服務，主要類結構如圖8所示：

圖8 Web服務主要類圖

功能實現(xiàn)細節(jié)大致如下：

（1）Login接口中對操作員進行用戶名和密碼驗證。用戶輸入的密碼采用pbkdf2_sha256算法進行180000次的隨機salted計算，其計算結果和存儲在數(shù)據(jù)庫中密碼字段的hash值進行等值比較得出驗證結果。

（2）從GetServiceState接口可以獲取到當前監(jiān)控服務的實時運行狀態(tài)，也可以查詢某個時間段監(jiān)控服務狀態(tài)的變化情況來判斷系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和有效性。

（3）通過GetServerList接口可實時獲取當前關停客戶端的在線信息，包括服務器名稱、IP地址、業(yè)務名稱、操作系統(tǒng)類型、在線狀態(tài)等。

（4）GetOperateRecordList接口提供對每一個關停客戶端的操作記錄查詢。

（5）使用RunShutdown接口下發(fā)關停指定服務器的指令。

為了實現(xiàn)服務接口訪問不受業(yè)務內(nèi)網(wǎng)出口限制，在服務接口處部署了帶內(nèi)網(wǎng)穿透功能的4G路由器，把服務接口服務器和特定域名進行映射綁定。使用獨立于業(yè)務網(wǎng)絡的運營商4G網(wǎng)絡，Android操控端通過訪問特定域名下的服務接口，實現(xiàn)了兩端的數(shù)據(jù)互通。

3.5 Android操控端

在獲取遠程接口服務返回數(shù)據(jù)時，使用了繼承異步任務AsyncTask類的方式來實現(xiàn)。在異步類的doInBackground方法中使用ksoap2 API實現(xiàn)了WebService的訪問。得到返回結果后在onPostExecute方法中對操作界面進行數(shù)據(jù)更新，避免了Android程序中UI操作線程不安全和Android 4.0后禁止在UI線程中執(zhí)行網(wǎng)絡操作的問題。

4 結語

本文主要介紹了基于4G網(wǎng)絡的遠程一鍵關機系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。沒有攻不破的網(wǎng)絡，沒有絕對的信息安全，針對應急處置要求，傳統(tǒng)的關停機制不僅部署復雜、售價高昂，而且受自身網(wǎng)絡運行狀態(tài)的影響很難保證關停的及時性和有效性。本系統(tǒng)既不受業(yè)務網(wǎng)絡狀態(tài)的影響，操作又簡單快捷，具有很強的實用性。下一步將對遠程操控端進行功能擴充，增加批量操作能力和針對蘋果系統(tǒng)的操控端。