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第1 章漏洞的定義

漏洞(Vulnerability)又叫脆弱性，這一概念早在1947 年馮? 諾依曼建立計算

機系統(tǒng)結構理論時就有涉及，他認為計算機的發(fā)展和自然生命有相似性，一個計算

機系統(tǒng)也有天生的類似基因的缺陷，也可能在使用和發(fā)展過程中產(chǎn)生意想不到的

問題。20 世紀80 年代，早期黑客的出現(xiàn)和及時個計算機病毒的產(chǎn)生，軟件漏洞逐

漸引起人們的關注［1 ］ 。20 世紀70 年代中期，美國啟動的PA 計劃(Protection Analysis

Project)［2 ］ 和RISOS(Research in Secured Operating Systems )計劃［3 ］ 開啟

了信息安全漏洞研究工作的序幕。在歷經(jīng)30 多年的研究過程中，學術界、產(chǎn)業(yè)界

以及政策制定者對漏洞給出了很多定義，漏洞定義本身也隨著信息技術的發(fā)展而

具有不同的含義與范疇，從最初的基于訪問控制的定義發(fā)展到現(xiàn)階段的涉及系統(tǒng)

安全流程、系統(tǒng)設計、實施、內(nèi)部控制等全過程的定義。

1.1 漏洞的概念

1.1.1 基于訪問控制

1982 年，Denning 從系統(tǒng)狀態(tài)、訪問控制策略的角度給出了漏洞定義［4］，認為

系統(tǒng)的狀態(tài)由三大要素集合｛ S，O，A｝組成，其中：

(1) 操作主體集合S 是模型中活動實體(Entity)的系列主體(Subject) 。主體

同時屬于對象，即S 屬于O 。

(2) 操作客體集合O 是系統(tǒng)保護的實體的系列對象，每個對象定義有一個唯

一的名字。

(3) 規(guī)則集合A 是訪問矩陣，行對應主體，列對應對象。

系統(tǒng)中主體對對象的訪問安全策略是通過訪問控制矩陣來實現(xiàn)。改變系統(tǒng)的

狀態(tài)就是通過改變訪問矩陣的基本操作元素，從而改變操作系統(tǒng)的指令模型。訪

問矩陣的設置描述了主體能夠做什么、不能做什么。這樣，一個保護策略或安全策

略就把所有可能的狀態(tài)劃分為授權的和非授權的兩個部分。從訪問控制角度講，

信息安全漏洞是導致操作系統(tǒng)執(zhí)行的操作和訪問控制矩陣所定義的安全策略之間

相沖突的所有因素。

1.1.2 基于狀態(tài)空間

Bishop 和Bailey 在1996 年對信息安全漏洞給出了基于狀態(tài)空間的定義［5 ］，認

為信息系統(tǒng)是由若干描述實體配置的當前狀態(tài)所組成的，系統(tǒng)通過應用程序的狀

態(tài)轉變來改變系統(tǒng)的狀態(tài)，通過系列授權和非授權的狀態(tài)轉變，所有的狀態(tài)都可以

從給定的初始狀態(tài)到達。容易受到攻擊的狀態(tài)是指通過授權的狀態(tài)轉變從非授權

狀態(tài)可以到達的授權狀態(tài)。受損害的狀態(tài)是指已完成這種轉變的狀態(tài)。攻擊就是

指到達受損狀態(tài)的狀態(tài)轉變過程。

從狀態(tài)空間角度來講，漏洞是區(qū)別于所有非受損狀態(tài)的容易受攻擊的狀態(tài)特

征。通常地講，漏洞可以刻畫許多容易受攻擊的狀態(tài)。

1.1.3 基于安全策略

對大多數(shù)系統(tǒng)來說，基于狀態(tài)空間定義漏洞的主要問題是由于狀態(tài)和遷移的

數(shù)量一般為指數(shù)級別，因此導致了狀態(tài)空間"爆炸"，而不能有效地進行枚舉或搜

索。因此，研究者們提出了基于安全策略的漏洞定義方法。

給定一個系統(tǒng)，安全策略規(guī)定了其用戶哪些操作是允許的，哪些操作是不允許

的。其形式化的定義為：給定狀態(tài)空間S = (M，T)，安全策略是狀態(tài)對，其中，A 徹

M 是系統(tǒng)允許的狀態(tài)集合，D = M-A 是系統(tǒng)不允許的狀態(tài)集合。那么基于安全

策略的漏洞定義為：漏洞是一個二元組V = (N，P) 。其中，N 是一個非空的條件集

合，滿足這些條件可導致違背某個系統(tǒng)x 的安全策略P 。

在文獻［6］中，提出了一個層次式安全策略模型，在該模型中，根據(jù)安全策略被

實現(xiàn)的程度，展示了不同類型的安全策略。因此，對應于不同安全策略的違背，就

形成了不同類型的漏洞。

由美國MITRE 公司(一個由美國聯(lián)邦政府支持的非營利性研究機構)在1999

年發(fā)起，旨在為信息安全產(chǎn)業(yè)界提供通用漏洞與披露(Common Vulnerabilities

and Exposures，CVE)的標準命名字典給出的定義也是基于安全策略的，即一個錯

誤(Mistake)如果可以被攻擊者用于違反目標系統(tǒng)的一個合理的安全策略，那么它

就是一個漏洞。一個漏洞可以使目標系統(tǒng)(或者目標系統(tǒng)的集合)處于下列危險狀

態(tài)之一：允許攻擊者以他人身份運行命令；允許攻擊者違反訪問控制策略去訪問數(shù)

據(jù)；允許攻擊者偽裝成另一個實體；允許攻擊者發(fā)起拒絕服務攻擊。

1.1.4 基于信息安全風險管理

1992 年，D.Longley 等［7］從風險管理角度把漏洞分成3 個方面來描述：一是存

在于自動化系統(tǒng)安全過程、管理控制以及內(nèi)部控制等方面的缺陷，它能夠被攻擊者

所利用，從而獲得對信息的非授權訪問或者關鍵數(shù)據(jù)處理；二是在物理層、組織、程

序、人員、軟件或硬件方面的缺陷，它能夠被利用而導致對自動數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或行

為的損害；三是信息系統(tǒng)中存在的任何不足或缺陷。

1999 年，ISO/IEC 15408?1 給出的定義是：漏洞是存在于評估對象(TOE)中

的，在一定的環(huán)境條件下可能違反安全功能要求的弱點［8 ］ 。2000 年美國的信

息系統(tǒng)安全詞匯表(NSTISSI No.4009)給出的定義認為漏洞是指可被利用的信

息系統(tǒng)、系統(tǒng)安全流程、內(nèi)部控制或實施中存在的弱點［9 ］ 。2011 年美國國家標準

和技術研究院的?關鍵信息安全術語詞匯表?(NIST IR 7298)認為漏洞是指威

脅源可以攻擊或觸發(fā)的信息系統(tǒng)、系統(tǒng)安全流程、內(nèi)部控制或實施中的弱點［10 ］ 。

依據(jù)同年出版的?信息安全字典?給出的定義，漏洞是系統(tǒng)安全流程、系統(tǒng)設計、實

施、內(nèi)部控制等過程中的弱點，這些弱點可以被攻擊以違反系統(tǒng)安全策略；攻擊或

對威脅暴露的可能性特定于給定的平臺。依據(jù)2009 年ISO/IEC SC 27 的國

際標準?SD6：信息安全術語詞匯表?中給出的定義：漏洞是一個或多個威脅可以利

用的一個或一組資產(chǎn)的弱點，是違反某些環(huán)境中安全功能要求的評估對象(TOE)

中的弱點，是在信息系統(tǒng)(包括其安全控制)或其環(huán)境的設計及實施中的缺陷、弱點

或特性［11 ］ 。

1.2 本書的定義

信息安全漏洞是信息技術、信息產(chǎn)品、信息系統(tǒng)在需求、設計、實現(xiàn)、配置、維護

和使用等過程中，有意或無意產(chǎn)生的缺陷，這些缺陷一旦被惡意主體所利用，就會

造成對信息產(chǎn)品或系統(tǒng)的安全損害，從而影響構建于信息產(chǎn)品或系統(tǒng)之上正常服

務的運行，危害信息產(chǎn)品或系統(tǒng)及信息的安全屬性。也就是說，本書將漏洞研究的

對象限制在信息技術、信息產(chǎn)品、信息系統(tǒng)等方面，未將人和管理流程作為主要研

究目標；同時，明確了漏洞的產(chǎn)生環(huán)節(jié)，即需求、設計、實現(xiàn)、配置、運行等全生命周

期過程中均可能存在漏洞；，指出了漏洞的危害特性。

信息安全漏洞是和信息安全相對而言的。安全是阻止未經(jīng)授權進入信息系統(tǒng)

的支撐結構，漏洞是信息產(chǎn)品或系統(tǒng)安全方面的缺陷。例如，在Intel Pentium 芯

片中存在的邏輯錯誤、在Sendmail 中的編程錯誤、在NFS 協(xié)議中認證方式上的弱

點、在Unix 系統(tǒng)管理員設置匿名FTP 服務時配置不當、對信息系統(tǒng)物理環(huán)境、信

息使用人員的管理疏漏等，這些問題都可能被攻擊者使用，威脅到系統(tǒng)的安全。因

而這些都可以認為是系統(tǒng)中存在的安全漏洞。

有時漏洞被稱為錯誤(Error) 、缺陷(Fault) 、弱點(Weakness)或故障(Failure)

等，這些術語很容易引起混淆。嚴格地講，這些概念并不相同。錯誤是指犯下

的過失，是導致不正確結果的行為，它可能是印刷錯誤、下意識的誤解、對問題考慮

不所造成的錯誤等；缺陷是指不正確的步驟、方法或數(shù)據(jù)定義；弱點是指難以

克服的不足或缺陷，缺陷和錯誤可以更正、解決，但弱點可能永遠也沒有解決的辦

法；故障是指產(chǎn)品或系統(tǒng)產(chǎn)生了不正確的結果。在此情況下，系統(tǒng)或系統(tǒng)部件不能

完成其必需的功能。舉例來說，執(zhí)行某個操作而沒有實現(xiàn)所希望的預期結果，可以

認為操作存在錯誤，并導致了故障；如果執(zhí)行操作后得到了希望的結果，但同時又

產(chǎn)生了預料之外的副作用，或者在絕大多數(shù)情況下結果是正確的，但在特殊的條件

下得不到所希望的預期結果，則認為這個操作存在缺陷。而弱點的存在則是

的，是隱含的缺陷或錯誤。在許多情況下，人們習慣于將錯誤、缺陷、弱點都簡單地

稱為漏洞。需要指出的是，錯誤、缺陷、弱點和故障并不等于漏洞。錯誤、缺陷和弱

點是產(chǎn)生漏洞的條件，漏洞被利用后必然會破壞安全屬性，但不一定能引起產(chǎn)品或

系統(tǒng)故障。

信息安全漏洞是一個比較獨特的抽象概念，它具有以下特征：

(1) 信息安全漏洞是一種狀態(tài)或條件。它的存在并不能導致?lián)p害，但是可以

被攻擊者利用，從而造成對系統(tǒng)安全的破壞。漏洞的惡意利用能夠影響人們的工

作、生活，甚至給國家安全帶來災難性的后果。

(2) 漏洞可能是有意，也可能是無意造成的。在信息系統(tǒng)中，人為主動形成的

漏洞稱為預置性漏洞，但大多數(shù)的漏洞是由于疏忽造成的。例如，軟件開發(fā)過程中

不正確的系統(tǒng)設計或編程過程中的錯誤邏輯等。

(3) 漏洞廣泛存在。漏洞是不可避免的，它廣泛存在于信息產(chǎn)品或系統(tǒng)的軟

件、硬件、協(xié)議或算法。而且在同一軟件、硬件及協(xié)議的不同版本之間，相同軟件、

硬件及協(xié)議構成的不同系統(tǒng)之間，以及同種系統(tǒng)在不同的設置條件下，都會存在各

自不同的安全漏洞問題。

(4) 漏洞與時間緊密相關。一個系統(tǒng)從的那24小時起，隨著用戶的深入使

用，系統(tǒng)中存在的漏洞會被不斷暴露出來，這些早先被發(fā)現(xiàn)的漏洞也會不斷被系統(tǒng)

供應商的補丁修復，或在以后的新版系統(tǒng)中得以糾正。而在新版系統(tǒng)糾

正了舊版本中原有漏洞的同時，也會引入一些新的漏洞和錯誤。因而隨著時間的

推移，舊的漏洞會不斷消失，新的漏洞會不斷出現(xiàn)。

(5) 漏洞研究具有兩面性和信息不對稱性。針對漏洞的研究工作，一方面可

以用于防御，一方面也可以用于攻擊。同時，在當前的安全環(huán)境中，很多因素都會

導致攻擊者的出現(xiàn)。攻擊者相對于信息系統(tǒng)的保護者具有很大的優(yōu)勢，攻擊者只

需要找出一個漏洞，而防御者卻在試圖消除所有漏洞。隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，包括惡意

工具在內(nèi)的各種攻擊工具均可從互聯(lián)網(wǎng)上自由下載，任何有此意圖的人都能得到

這些工具。而且出現(xiàn)了越來越多的無需太多知識或技巧的自動工具。同防護系

統(tǒng)、網(wǎng)絡、信息以及響應攻擊所需的支出相比要更廉價。盡管網(wǎng)絡安全和信息保障

技術能力也在逐步增強，但攻與防的成本差距不斷增大，不對稱性越來越明顯。

在漏洞分析中，對漏洞的描述也就尤為重要，如果存在一個通用的漏洞描述語

言來規(guī)范漏洞檢測的過程以及檢測結果的表述，就可以實現(xiàn)自動化的漏洞管理，減

少人的介入，很大程度地提升漏洞管理工作的效率。漏洞描述語言是漏洞描述的

手段，漏洞描述語言研究主要可以歸納為自然語言、形式化方法兩大類。自然語言

描述是指用人類的自然語言描述漏洞信息，這種語言的優(yōu)勢是操作性強，不需要專

門學習，方便人們漏洞，但缺乏揭示漏洞更深層次性質(zhì)的能力，并且不利于漏

洞信息的交換整合以及進一步自動化檢測和評估。形式化方法描述漏洞是指用預

先定義的語言符號集、語法規(guī)則、模型等機制將漏洞信息形式化。由于形式化的語

言或模型在描述漏洞的特征方面具有很好的抽象性，所以更利于漏洞信息的統(tǒng)一

以及分析評估的自動化，其缺點是需要專門學習，并且要適應日益提高的應用需求

而不斷地改進和擴展。目前形式化的漏洞描述方法可分為兩大類，一類是基于模

型的描述方法，例如，漏洞成因模型［12 ］ 、有限狀態(tài)機模型［13］ 、擴展有限狀態(tài)機模

型［14 ］ 、漏洞依賴圖模型［15 ］及攻擊模式模型［16 ］等；另一類是基于XML 的描述方法，

如OVAL［17 ］ 、VulXML［18 ］ 、AVDL［19 ］等。

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