基于大数据企业网络威胁发现模型实践

0x01 前言

 

关于企业安全威胁数据收集分析是一个系统工程，每天在我们网络环境中，都会产生各种形式的威胁数据。为了网络安全防护，会收集各种流量日志、审计日志、报警日志、上网设备日志，安防设备日志等等。很多公司都有自己的数据处理流程，大数据管理工具。我们根据过去的实践经验，总结出了一个威胁数据处理模型，因为引用增长黑客的模型的命名方式，我们称这种模式为：沙漏式威胁信息处理模型。

 

网络环境下构建的安全发现设备或服务，其主要的作用是，增加我方的防御厚度，减缓攻方的攻速，能通过足够厚的防御措施，在攻方攻破之前发现威胁，残血坚持到最后等回血，并且提醒友方人员的服务不要轻易送人头。

 

 

0x02 沙漏威胁处理模型

 

 

 

 

图1.威胁分析沙漏模型

 

威胁数据组织：

 

我们参考软件设计模式、神经网络层、增长黑客模型的归纳方法，归纳出一个威胁数据处理模型。通过这个模型，可以看出数据收集、处理、展现基本流程脉络，根据自己的实际需求情况，精简模型或是扩展模型，来构建我们的防御系统。

 

下面我们根据实际情况，概况出一个基本的模型，由若干层和多种元素构成。一个综合威胁信息聚合模型，像一个软件系统服务一样， 有输入层、处理层、输出层。输入层的数据源来自不同的分类数据类型：代理流量、镜像流量、真实流量、主机数据、设备数据、扫描数据等等。

 

通过收集不同级别的威胁信息数据碎片，根据威胁信息碎片类型分类、价值权重级别、数据的属性。将低信息量的威胁信息数据碎片，用信息化手段升级。将不同属性的数据碎片组合，提升威胁发现能力。

 

 

代理流量：代理是一种概括的统称，很多企业都有网关设备，7层或4层，这种设备服务会产生流相关量日志数据，并具有准入认证的功能。

镜像流量：镜像流量比较常见，通过流量镜像发给威胁分析设备与分析服务，设备系统反馈威胁检测报警。

真实流量：Nginx日志， 蜜罐日志等真实服务的流量数据产生的落地日志信息。

主机数据: 无论是探针APM、Zabbix Agent、OSQuery、HIDS都会产生与主机相关的指标数据， 这些数据异常阀值同样能起动预示报警的作用。

设备数据：重要敏感设备产生的数据， 这数据有自己的异常数据监控。

扫描数据：主动扫描采集的数据：端口、服务扫描等。

模型层次划分：

第一层：输入层（数据集中）：在输入层出现了以上提到的各种服务、设备产生的数据。这一层关键点是数据的收集，如果没有数据的收集，后续的横向和垂直的分析工作都无数据可分析处理。

第二层：处理层（数据加工）：数据只是收集而不处理，只是一种数据的砌。在数据处理层做了几件事情，

 

1.比如数据的快速非格式化。 （切割）

2.后期数据聚类统计提纯的结构化。 （整形）

3.数据清洗过滤与打标签。 （加工）

 

威胁情报数据可以有多种形态，基于流数据形式的信息，比较适合使用管道处理模式，在管道处理模式，根据不同的信息数据输入，在处理槽中，采用部署不同的数据处理技能单元。

 

装备、技能：

|输入                                 |    处理                          |输出          |

---------------------------------------------------------------------

|WAF|IDS|蜜罐|扫描|HIDS|采集|整型|切割|过滤|报警|报警|可视化|

 

 

第三层： 输出层（威胁发现）：对数据进行去伪存真后，根据被打过的标签进行策略分析落地，最后根据策略分析产出威胁信息数据。根据安全规则进行报警信息推送。对加工好的威胁数据，进行统计展示给用户。

      

为什么采用漏斗的方式表达这种模型，因为威胁情报，去误报的过程，整体就是过滤信息的过程，威胁信息由多变少的，逐渐的减少误报。最后将过滤后的威胁情报进行汇总，积累成区域型威胁情报库，不断的更新迭代。

 

 

0x03 安全角色分工

 

安全运维人员当面对如此之多的日志数据时，如何组织这些数据，在这些数据当中发现有价值的信息，是一件很多挑战的事情，不同的人在整个威胁发现系统构建的过程中担当不同的角色。

 

每一种职业种类，都有自己特长的和弱点，在某些场景下工作，有人适合在对抗路，有人适合在后期发力。各种职业人对威胁信息碎片组合不一样，不同威胁碎片信息的属性，不同的职业有不同的解读和运用。

 

安全运维：

对于安全维护相关人员来说，最喜欢的体验是，将每天产生的原始威胁数据情报当中的可疑信息，选最重要与危害最大的问题进行优先报警，并找到相关责任人推送报警信息。安全运维人员，需要不断的迭代制作安全策略与报警规则。

 

数据运维：

将各种可见的威胁信息日志，进行整理集中，运用各种大数据工具，将数据进行合理的存储，保证数据完整性、有效性。

 

安全开发：

提供操作界面，都所有可用的日志数据，提供查询界面，查询接口，完成信息查询交互。

 

大数据算法：

AI分析是安全分析的大脑。安全威胁发的方式方法有很多的种类，比如DNS解析相关、僵尸网络相关、 WEB相关的，比如：XSS反射、SQL注入等等。

 

面一种同一种威胁事件数据，有多种检测方法，比如针对 SQL注意和XSS注入这种威胁的发现方式就有：

 

    1.基于正则匹配。

    2.基于SQL Injection模式配对。

    3.基于自然语言处理算法。

    4.基于神经网络算法。

 

同样是神经网络，使用的具体算法不同，样本不同，效果也不同。比如：LSTM、MLP等。

 

有开源的检测软件，有商业软件都具备威胁分析报警的功能，可以作为平时网络环境中检测威胁事件的手段。商业软件的威胁分析过程是黑盒完成，用户看不到具体威胁实现的方法策略，属于产品核心的一部分。并且，无论是商业软件，还是开源软件都存在误报的情况的，还有漏报的情况。针对这种情况，在实践过程，我们采用相应方法处理。

 

为了强化某些防御技能，加厚防御，有时需要叠加防御装备，而叠加的防御装备又不能千篇一律，可以根据不同的攻击类型，在增加防御的同时，有减速的攻击防御手段，有迷惑眩晕的对方的防御手段，有终结阻断的对方攻击的防御手段，有抵抗对方挖矿控制快速脱离受控的手段，等等。

 

 

过滤：交叉检查(垂直)

叠加检测分析装备与服务，提取头部信息，是为了尽量的消除误报。

 

举例来说，我们能通过流量镜像的方式，将网络中的一部分流量，导入某个威胁分析系统，分析系统会为我们产生各种类型的报警信息，但是，报警信息是会存在误报的。我们就可以用冗余威胁手段多次，对同一个威胁信息，进行威胁重叠判断，降低误报。

 

比如，我们可以对于基于正则模式匹配XSS分析结果，再用自然语言处理的方式进行确认，也可以对基于自然语言处理的报警，通过神经网络算法，或是开源威胁分析库的方式多次分析，通过交叉检查的方式，进行误报过滤，交叉检查是对威胁信息多重检查，叠加确认的过程。

 

因为每种威胁分析都可能会产生误报，产生误报叠加。这时候我们更应该关注的是，每种分析方法的头部威胁分析结果。

 

关联：关联检查（横向）

网络环境中不只有一种监测手段存在，我们可以从不同的维度进行，对资产进行安全监控保护：

叠加堆砌威胁分析设备与服务，是为了提高发现的威胁准确率，减少漏报。有时会用多种不同的装备在同一区域叠加使用，强化某一效果，A装备效果不够快，可以用B装备。A看不见的，B可以看见。A不便于部署的，B可以便于部署。

 

举例来说， 相同网络环境：

 

第1种：流量监听，我们可以会把相关某一区域的网络流量，镜像给网络检查分析模块（开源商业），通过流量分析，分析出针对某台服务操作的可疑流量数据，及威胁报警。

 

第2种：部署蜜罐，我们会在重要服务器所在环境部署蜜罐系统，通过蜜罐检查当前网段的可疑行为。

 

第3种：加入审计监听，我们可以对服务器安装类似OSQuery这种主机审计组件，分析主机配置变化的可疑行为。

 

第4种：主动扫描，我们可以定时对服务器发起主动扫描，服务扫描和端口扫描，通过扫描返回结果，建立漏洞库等相关情况，判断主机是否异常。

 

第5种：访问控制，我们可以建立服务主机的访问控制，生成通信聚类的白名单与黑名单，分析异常访问行为。

 

第6种：威胁情报库，我们可以将访问服务的IP与威胁情报库进行对比，发现异常访问行为。

 

横向的威胁检查方法可能还会很多，这里只是举例一些。

他们都有一个共同之处：这些检测分析服务都会产生，围绕同一主体的威胁报警信息，所以对于同一IP主体，可以通过各种检测手段，垂直确认后，再横向与其它分析模块的威胁数据进行比较。

 

威胁的确认，误报的情况是可能发生的，但是如果多种检测方式，都出现了威胁事件的发生，就降低了误报的可能性，具体的控制细节需要实施者具体控制的。

 

比如：一台机器，同时有扫描行为，还访问敏感端口，还触碰蜜罐，服务负载情况在异常时间发生异常变化，这一系列的操作，多个威胁事件同时指向一个主体，说明服务可能真的出现问题了。

 

如果用各种装备来强化防御厚度，并且可灵活上下线， 可以终结控制，可以阻断访问，效果更佳。

 

 

0x04 实现工具技术栈

 

图2.威胁分析沙漏模型（技术栈）

 

 

如果有多种检查手段，我们一定有多种威胁情报的，从技术工具层面，我们如果管理这些数据，如何挖掘、利用、驱动这些数据是一个问题。

 

今天的开源社区变的异常的强大，可以用各种开源软件，构建我们的安全检测系统，大家使用有类似的技术栈、像ELK、Hadoop、Spark这种工具都非常的常见，大家使用的技术工具手段都非常常见。

 

实现技术：技术属于技能属性，不同职业人有着自己领域专属的技能元素，人是技术技能的一种载体。

实现工具：工具是构建服务的武器，武器有不同的属性。

 

威胁发现系统是一个渐进发展的过程，在时间线上，根据规模和发展的状况不同，调用合适工具武器来达到自己夺标的目的，规模小的时候，发展初期，可以使用一般的统计工具就可以，ES单结点，Mysql数据，随着规模和时间的发展，适应大的数据量，就可以更重型的武器来解决，更复杂的需求。

 

ES单结点无法满足就使用集群，一个集群不够，使用多个集群。MySQL不够就用ClickHouse。

系统都是从小到大，不断迭代的过程，数据也从单机到集群，从一个集群到多个集群。检测系统、设备、日志格式都在不断的积累增多，越变越复杂。但是基础模式越来越清晰。

 

我们从实现的技术栈的角度分析具体使用过技术手段。

 

第一层.输入层：对于数据输入收集阶段，各种各样的数据收集手段都能利用上。filebeat、nxlog、logstash、syslog等，各种能便捷取得数据的手段都可以用，根据不同的平台。

 

第二层.处理层：数据的处理之前是要对数据进行存储的，不然也没法分析数据。安全大数据中很重要的一点是数据缓存，解决输入数据量过大，处理不过来的问题。ElasticSearch是现在最行的一种数据存储方案之一，我们也不例外的使用的ES保存数据。

 

用ES一个很大的好处是，我们不用想使用关系型数据库时先创建表结构，可快速想报警数据收集。对安全威胁数据来说，ES前期收集数据更快捷。高危的报警数据，理论上应该和交通数据不一样，那么巨大的并发量，所以一般的ES就可以，另外ES本身可以扩展吞吐量。

 

我们对大量的日志数据驱动，还是比较担心的。

所以我们用了ClickHouse。ClickHouse相对于其它的大数据工具，上手更快，更轻量，但是效果速度确实相当的好。

我们可以在Clickhouse对威胁进行打标签。如果数据的级别没有达到这个量，可以使用Mysql。

其实ES同样可以实现索引的SQL查询。

                

第三层.输出层:数据准备就位以后，可以用各种手段分析、展示、报警数据，可能根据偏向技术栈，使用开源的解决方案，比如商业BI分析工具superset等。

沙漏模式就是将数据由多变少，人肉一天处理几万报警，是处理不过来的。

 

0x05 流模式威胁处理模型

 

图3.威胁分析处理流模型

 

威胁数据的湖泊海洋都是由一条条的数据河流汇聚而成的。在早期“数据流”模式，收集数据操作起来灵活方便。因为数据，无论是接入，还是存储都不能一步到位的，采用增量的流模式数据处理比较适合。

 

各种信息数据，就像小河汇入湖泊一样，积少成多，最后形成更大数据动势，对于新的威胁检查手段加入，灵活的新加入一条威胁信息数据流，流入到我们的数据池子中就好。

 

使用ES收集数据的几个好处，如果结构化数据库相关于“定长表”来说， ES的储存是一种“变长表”，数据的“字段”可以灵活的增加或是减少。当输入段的数据结构发生变化时，数据结构不用频繁变更字段的定义，不用频繁的修改表结构。利用这种灵活性，可以在这个阶段对数据进行整形处理，数据的维护成本会降低。

 

采用 ClickHouse与MySQL数据库是为了结构化查询，能用SQL解决的问题，其实不用再多写很多的脚本，可减少脚本编写量，SQL本身可以当成很强大的DSL使用，对于主机审计应用OSQuery来说，支持SQL审计也是一种提高审计效率的方法。

 

0x06 威胁数据处理过滤模式(PULL、PUSH)

图4.传统威胁处理模型A

面对各种分类的海量数据，如何进行数据处理？

方法一个个针对性的处理。从历史发展迭代出来，基本可以归类的模式有2种，实际的威胁分析应用，本质上就是两大操作：

 

1.单数据流的威胁垂直多重威胁判定确认。

2.多分析模块间的威胁数据的横向比较关联。

A/B模式数据采集与处理过程

1.PULL模式:分析服务主动拉取各威胁分析模块的威胁报警信息数据，集中监听模式分析。需要把各种报警，分表异结构存储。（多表异构）

                 

2.PUSH模式：各威胁过滤模块，针对不同的报警进行垂直过滤后，将过滤后的数据

按同样的结构推送到，集中的威胁数据表中。（单表同构）

 

图5.传统威胁处理模型B

 

实际情况是， 威胁分析的模式这两种情况是并存的。

随着数据的集中处理工作的演进， 这种两种模，最后混合成到了一起，只是不同的场景运用了不同有的分析模式。

A/B模式的优缺点对比 

PULL处理模式：

优点：快速审计分析，PULL模式最快，不同分析模块间的威胁数据互相不干扰，处理异构数据，操作很多关联数据，但是对单威胁数据流审计，没有那些关联数据操作。

 

缺点：数据不集中，相对不利于统计，要进行各种SQL和脚本的关联。

 

PUSH处理模式：

优点：如果单Stream数据流过滤之后，多准备一份数据处理，把报警威胁信息过滤后，本地存一份，在集中表中再存储一份同构数据。之后统计威胁关联，只操作一份数据就可以了，减少了关联数据的多次操作。

 

缺点：威胁数据过于耦合。

 

0x07  碰撞表:威胁检测模式

 

 

图6.威胁分析碰撞表模型

 

如果我们采用了PUSH模式，将各种数据收集，我们就可以对不同标签来源数据进行整合。在威胁数据被格式化之前，我们都是针对不同的威胁数据进行了一定程度的垂直过滤。然后把可能是真的威胁，放入我们的中心威胁情报表结构：

 

为了便于记忆，叫威胁比对模式为： 碰撞表。

 

所谓碰撞表，就是能过建立一个统一属性结构的威胁报警二维关系表，将不同设备和服务的报警数据集中存储，根据威胁情报在表中，重复次数的多少，威胁等级的高低，综合累计威胁事件的多寡，来判断威胁严重性。

 

简单说，同一个IP有多个威胁事件发生的越多，并且情报源来自不同服务和设备，威胁越大。

 

PULL的模式是对数据进行关联，通过脚本读取结构数据关联，通过表关联。

而在PUSH处理模式下生成的集中碰撞表，是按威胁共通属性进行威胁信息集中的，无论是什么类型的威胁那都是威胁，区别在于威胁级别和威胁分析有来源不一样，如果我们在碰撞表中，发现同一个IP多次出现，来自不同的威胁分析模块，而且威胁的级别还很高。各种威胁事件发生都这个IP相关，就需要关注一下这个IP。

 

我们对不同的威胁级别打分，并对同一IP累计分数，最后得出一个分数， 最后根据得分的高低，匹配不同的处理级别，报警级别。

 

攻击者的情报，我们可以在积累的内外部威胁情报中， 寻找回溯历史数据。被攻击者的情报， 我们可以在CMDB资产系统中，找到资产对应的责任人。将爆破表中的威胁情报，进行分类、统计、可视化给安全运维人员做报警提示。

 

以上就是举例说明，威胁信息能过沙漏威胁处理模型，进行威胁数据信息处理的一种策略举例。

 

0x08总结

 

不同规模的环境中 ：

输入层：输入源的收集数据信息的多寡，数据量大小。

处理层：对数据分析处理逻辑复杂程度。

输出层，提示的多样性。

综合起来决定的防护系统防护能力与构建成本。

 

过去我们在运用ES和ClickHouse大数据工具的实践中，迭代演进，总结出了这种沙漏式的威胁处理模型，然后摸索出了一些共通性的内容，这篇没有过多涉及到具体的代码和工具使用方法。