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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(jì)算

機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論時(shí)就有涉及，他認(rèn)為計(jì)算機(jī)的發(fā)展和自然生命有相似性，一個(gè)計(jì)算

機(jī)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(jì)80 年代，早期黑客的出現(xiàn)和及時(shí)個(gè)計(jì)算機(jī)病毒的產(chǎn)生，軟件漏洞逐

漸引起人們的關(guān)注［1 ］ 。20 世紀(jì)70 年代中期，美國啟動的PA 計(jì)劃(Protection Analysis

Project)［2 ］ 和RISOS(Research in Secured Operating Systems )計(jì)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(xué)術(shù)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(shù)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(shè)計(jì)、實(shí)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(rèn)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(shí)體(Entity)的系列主體(Subject) 。主體

同時(shí)屬于對象，即S 屬于O 。

(2) 操作客體集合O 是系統(tǒng)保護(hù)的實(shí)體的系列對象，每個(gè)對象定義有一個(gè)唯

一的名字。

(3) 規(guī)則集合A 是訪問矩陣，行對應(yīng)主體，列對應(yīng)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(shí)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(shè)置描述了主體能夠做什么、不能做什么。這樣，一個(gè)保護(hù)策略或安全策

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

信息安全漏洞是導(dǎo)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(rèn)

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

態(tài)轉(zhuǎn)變來改變系統(tǒng)的狀態(tài)，通過系列授權(quán)和非授權(quán)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，所有的狀態(tài)都可以

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

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

指到達(dá)受損狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)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(dǎo)致了狀態(tài)空間"爆炸"，而不能有效地進(jìn)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(gè)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(gè)二元組V = (N，P) 。其中，N 是一個(gè)非空的條件集

合，滿足這些條件可導(dǎo)致違背某個(gè)系統(tǒng)x 的安全策略P 。

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

實(shí)現(xiàn)的程度，展示了不同類型的安全策略。因此，對應(yīng)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(gè)由美國聯(lián)邦政府支持的非營利性研究機(jī)構(gòu))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(biāo)準(zhǔn)命名字典給出的定義也是基于安全策略的，即一個(gè)錯(cuò)

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

就是一個(gè)漏洞。一個(gè)漏洞可以使目標(biāo)系統(tǒng)(或者目標(biāo)系統(tǒng)的集合)處于下列危險(xiǎn)狀

態(tài)之一：允許攻擊者以他人身份運(yùn)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(gè)實(shí)體；允許攻擊者發(fā)起拒絕服務(wù)攻擊。

1.1.4 基于信息安全風(fēng)險(xiǎn)管理

1992 年，D.Longley 等［7］從風(fēng)險(xiǎn)管理角度把漏洞分成3 個(gè)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(quán)訪問或者關(guān)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(dǎo)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(diǎn)［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(rèn)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?qū)嵤┲写嬖诘娜觞c(diǎn)［9 ］ 。2011 年美國國家標(biāo)準(zhǔn)

和技術(shù)研究院的?關(guān)鍵信息安全術(shù)語詞匯表?(NIST IR 7298)認(rèn)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?qū)嵤┲械娜觞c(diǎn)［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(shè)計(jì)、實(shí)

施、內(nèi)部控制等過程中的弱點(diǎn)，這些弱點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)?SD6：信息安全術(shù)語詞匯表?中給出的定義：漏洞是一個(gè)或多個(gè)威脅可以利

用的一個(gè)或一組資產(chǎn)的弱點(diǎn)，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(diǎn)，是在信息系統(tǒng)(包括其安全控制)或其環(huán)境的設(shè)計(jì)及實(shí)施中的缺陷、弱點(diǎn)

或特性［11 ］ 。

1.2 本書的定義

信息安全漏洞是信息技術(shù)、信息產(chǎn)品、信息系統(tǒng)在需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、配置、維護(hù)

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(gòu)建于信息產(chǎn)品或系統(tǒng)之上正常服

務(wù)的運(yùn)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(shù)、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(biāo)；同時(shí)，明確了漏洞的產(chǎn)生環(huán)節(jié)，即需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、配置、運(yùn)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(quán)進(jìn)入信息系統(tǒng)

的支撐結(jié)構(gòu)，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(cuò)誤、在Sendmail 中的編程錯(cuò)誤、在NFS 協(xié)議中認(rèn)證方式上的弱

點(diǎn)、在Unix 系統(tǒng)管理員設(shè)置匿名FTP 服務(wù)時(shí)配置不當(dāng)、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(rèn)為是系統(tǒng)中存在的安全漏洞。

有時(shí)漏洞被稱為錯(cuò)誤(Error) 、缺陷(Fault) 、弱點(diǎn)(Weakness)或故障(Failure)

等，這些術(shù)語很容易引起混淆。嚴(yán)格地講，這些概念并不相同。錯(cuò)誤是指犯下

的過失，是導(dǎo)致不正確結(jié)果的行為，它可能是印刷錯(cuò)誤、下意識的誤解、對問題考慮

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

克服的不足或缺陷，缺陷和錯(cuò)誤可以更正、解決，但弱點(diǎn)可能永遠(yuǎn)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(jié)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(gè)操作而沒有實(shí)現(xiàn)所希望的預(yù)期結(jié)果，可以

認(rèn)為操作存在錯(cuò)誤，并導(dǎo)致了故障；如果執(zhí)行操作后得到了希望的結(jié)果，但同時(shí)又

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

下得不到所希望的預(yù)期結(jié)果，則認(rèn)為這個(gè)操作存在缺陷。而弱點(diǎn)的存在則是

的，是隱含的缺陷或錯(cuò)誤。在許多情況下，人們習(xí)慣于將錯(cuò)誤、缺陷、弱點(diǎn)都簡單地

稱為漏洞。需要指出的是，錯(cuò)誤、缺陷、弱點(diǎn)和故障并不等于漏洞。錯(cuò)誤、缺陷和弱

點(diǎn)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(gè)比較獨(dú)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(dǎo)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(zāi)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(yù)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(shè)計(jì)或編程過程中的錯(cuò)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(gòu)成的不同系統(tǒng)之間，以及同種系統(tǒng)在不同的設(shè)置條件下，都會存在各

自不同的安全漏洞問題。

(4) 漏洞與時(shí)間緊密相關(guān)。一個(gè)系統(tǒng)從的那24小時(shí)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(yīng)商的補(bǔ)丁修復(fù)，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(shí)，也會引入一些新的漏洞和錯(cuò)誤。因而隨著時(shí)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(shí)，在當(dāng)前的安全環(huán)境中，很多因素都會

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

需要找出一個(gè)漏洞，而防御者卻在試圖消除所有漏洞。隨著網(wǎng)絡(luò)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(hù)系

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

技術(shù)能力也在逐步增強(qiáng)，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(gè)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(jié)果的表述，就可以實(shí)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(qiáng)，不需要專

門學(xué)習(xí)，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(jìn)一步自動化檢測和評估。形式化方法描述漏洞是指用預(yù)

先定義的語言符號集、語法規(guī)則、模型等機(jī)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(diǎn)是需要專門學(xué)習(xí)，并且要適應(yīng)日益提高的應(yīng)用需求

而不斷地改進(jìn)和擴(kuò)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(jī)模型［13］ 、擴(kuò)展有限狀態(tài)機(jī)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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