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基于Python语言的防火墙自动化运维工具的开发与应用

更新时间：2019-12-24 05:34:56 大小：595K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

国网四川省电力公司眉山供电公司建立了三道信息安全防线,一是边界防火墙,二是服务器区域防火墙,三是服务器主机本地防火墙防护。第三道防线需要通过设置主机的防火墙来实现,但由于Windows(或Linux)主机防火墙设置比较复杂,不直观,给运维人员带来了困难,设置效率过低。为了解决这一问题,提出并研发一款基于Python语言的跨平台可视化的防火墙自动运维工具,该工具具有典型性和推广性。


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安全模型、算法与编程  
基于 Python 语言的防火墙自动化运维工具的开发与  
应用  
◆吴 红 吕 磊 罗 晨  
（国网四川省电力公司眉山供电公司 四川 620010）  
摘要：国网四川省电力公司眉山供电公司建立了三道信息安全防线，一是边界防火墙，二是服务器区域防火墙，三是服务器主机本地  
防火墙防护。第三道防线需要通过设置主机的防火墙来实现，但由于 W indows（或 Linux）主机防火墙设置比较复杂，不直观，给运  
维人员带来了困难，设置效率过低。为了解决这一问题，提出并研发一款基于Python语言的跨平台可视化的防火墙自动运维工具，该  
工具具有典型性和推广性。  
关键词：防火墙；信息安全；运维；自动化；Python  
（5）管理主机过多的情况下，同一条规则在不同主机上需  
0
前言  
要多次配置，工作繁琐，容易漏配误配；  
（6）要管理主机过多，系统密码管理不便。  
防火墙由CheckPoint创立者GilShwed于1993年发明并引入  
国际互联网。防火墙是位于内部网和外部网之间的屏障，如图1。  
将“内部网络”与“外部网络”有效隔离开来，按照系统管理员  
预先定义好的规则来控制数据包的进出，只有满足预先设定好规  
则的流量才能够通过防火墙，从而在两个网络通信之中实现访问  
控制[1]。  
2
设计目标  
主要通过开发设计实现以下目标：  
（1）统一不同操作系统的防火墙配置接口，使相同防火墙  
规则在不同操作系统上的配置对运维人员来说输入一致；  
（2）简化防火墙配置输入，使防火墙配置更接近自然语言，  
减轻运维管理的负担；  
（3）优化已有防火墙配置的输出，使防火墙规则明细更直  
观地呈现；  
（4）创新防火墙规则的存储与分发机制，实现相同防火墙  
规则在大规模网络系统中的快速、安全应用；  
（5）实现主机集群的密码管理，方便对大规模主机密码的  
统一记录与安全管理。  
图1 防火墙  
3
程序的设计与关键问题研究  
该防火墙自动化运维工具的总体方案按软件设计的流程，需  
众所周知，防火墙对于抵抗网络攻击、保护信息系统的安全  
具有重要的意义，尤其是在当前网络威胁泛滥的环境下，恰当的  
配置和利用防火墙可以防止大量的安全攻击威胁。目前，市面上  
存在硬件和软件两种防火墙，而对于系统提供最直接保护的莫过  
于系统自带的软件防火墙。W indows系统默认集成了W indows防  
火墙，而 Linux 系统中默认也集成了 iptables 防火墙。合理并有  
效的配置、利用系统自身提供的防火墙，能够有限防止黑客对信  
息系统进行恶意的攻击[2]。  
讨论以下四大方面见图2。  
1
眉山公司防火墙运维现状与问题  
国网四川省电力公司眉山供电公司目前建立了三道信息安  
全防线来阻隔外部安全风险，一是边界防火墙，二是服务器区域  
防火墙，三是服务器主机本地防火墙防护。第三道防线需要通过  
设置主机的防火墙来实现，但由于 W indows（或 Linux）主机防  
火墙设置比较复杂，不直观，给运维人员带来了困难，设置效率  
过低。通常运维工作存在以下问题：  
（1）不同操作系统的防火墙规则配置命令不一致，容易记  
混；  
图2 总体方案分解图  
2.1编程语言的选择  
（2）配置命令参数过多，书写容易出错；  
编程语言种类繁多，从项目创新目标上考虑，我们选择了  
Java 和 Python 两种移植性较好，都可以实现图形化编程的语言  
进行比较。小组对两种语言进行选择,如表1。  
（3）查看已配置过的规则不方便；  
（4）不同操作系统之间规则不通用；  
‖44‖  
安全模型、算法与编程  
加密处理；代码实现较为  
表1 编程语言的选择  
方案目标：  
复杂。  
2.3C/S架构中服务器与客户端角色的选择  
操作员与主机这二者谁是服务器谁是客户端将决定整个软  
件设计的框架，方案的选择见表3。  
表3 防火墙规则存储与分发机制的选择  
方案目标：  
（1）跨平台，以最小的代价使程序可以同时在 W indows、Linux  
操作系统上运行。  
（2）便于进行GUI界面编程。  
待选方案 方案分析  
结论  
Java  
优点：跨平台移植性好；执行效率较高。  
缺点：开发效率低下。  
不选择  
（1）控制软件部署与运行成本；  
（2）提高软件运行性能和稳定性。  
Python  
优点：跨平台移植性好；开发效率极高，相同选择  
功能平均代码量为java的1/5至1/10。  
缺点：执行效率为 java 代码编译执行时间之  
和的1/2。  
待 选 方方案分析讨论  
案
结论  
操 作 员方案描述 操作员作为架构中的服务端，监听本不 选  
2.2 防火墙规则存储与分发机制的选择  
要想实现创新目标中“统一不同操作系统的防火墙配置接  
口”与“高效完成相同防火墙规则大规模分发”的要求，需要实  
现防火墙规则存储与分发机制的创新，见表2。  
表2 防火墙规则存储与分发机制的选择  
方案目标：  
是 服 务  
端
机端，被管理主机主动连接操作员主择  
机。  
优劣分析 优点：不需要修改线上主机的防火墙  
策略，以放行新的端口通信；线上主  
机不开放端口，降低被攻击风险。  
缺点：当运维人员的主机在内网中时，  
公网线上主机回连的成本极高；当运  
维人员网络环境变动时，所有线上主  
机的回连地址必须变动，有巨大的弹  
性变动维护成本；所有主机回连至操  
作员主机的同一端口，对运维人员机  
器性能要求与程序并发性能要求高。  
（1）实现相同规则的快速大规模部署；  
（2）降低防火墙规则维护成本。  
待选方案  
方案分析讨论  
结论  
基于规则数据库方案描述 可以在一台机器上将防不选择  
文件的分发形式  
火墙配置完成后将规则  
保存在数据库文件中，将  
数据库文件发送给其他  
相同网络环境的主机并  
应用。  
操 作 员方案描述 主机作为架构中的服务端，监听主机选择  
是 客 户  
端
本机端口，操作员端主动连接主机  
优劣分析 优点：运维人员可以在任何地方对主  
机进行连接、管理，对网络环境要求  
低，运维成本低，提高运维效率。  
缺点：线上主机必须开放特定端口，  
增加了 DDOS、暴力破解等攻击的风  
险。  
优劣分析 优点：相同防火墙规则配  
置一次，可以多次应用；  
在一定程度上降低了维  
护成本。  
缺点：各个主机的防火墙  
规则并不完全相同，多余  
的规则可能增加运维风  
险及成本；分发完整数据  
库会增加网络流量。  
2.4 软件交付形式的选择  
Python属于解释型语言，可以不经编译在主机上运行，也可  
以通过第三方软件将源代码打包导出成二进制文件在主机上执  
行[4]。我们对两种方式进行分析讨论，见表4。  
基于 Client/Server方案描述 将防火墙规则管理作为选择  
表4 软件交付形式的选择  
框架的管理方式  
一种服务，所有被管理的  
机器通过网络与服务系  
统建立链接，操作员通过  
服务对所有与服务建立  
了连接的主机进行防火  
墙规则管理[3]。  
方案目标：  
（1）交付的软件能在最小的系统变动之下运行  
（2）降低软件部署时长  
待选方案  
方案分析讨论  
结论  
直接交付 Python 源优点：便于用户对软件进行二次开不选择  
代码  
发；便于用户审查程序安全性。  
缺点：运行之前需要在目标系统上安  
装各种依赖环境；软件部署时间长。  
优劣分析 优点：运维人员仅需要在  
服务界面即可管理所有  
机器，降低运维成本；C/S  
架构可以对特定主机下  
方特定规则，可以轻松实  
现相同规则的大规模部  
署
将源码打包成可执优点：部署不需要安装任何依赖环选择  
行文件  
境，部署时间几乎为0；软件以二进  
制文件形式在主机上运行，代码完整  
性、机密性更有保障[5]。  
缺点：不便于用户二次开发；导出后  
软件较大，增加部署时分发流量。  
缺点：操作员的一切管理  
指令通过网络发送，增加  
了网络劫持等攻击的风  
险，需要对网络通信进行  
2.5 确定最佳方案  
经过以上多次讨论及技术验证，我们最终确定了软件的技术  
‖45‖  

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