面向大规模网络空间资产安全监测系统的实现研究

夏海洋

摘要：本研究旨在实现面向大规模网络空间资产安全监测系统，通过智能运维、高效扫描和全面数据支撑等具体应对措施，解决传统运维存在的人力介入过多、隐患发现滞后和数据支撑不全等问题。主要技术包括网络空间资产快速测绘方法和漏洞扫描工具API接口自动化调用。系统实现了网络资产测绘、网站指纹识别、安全漏洞监测、异常告警通知和数据大屏展示等主要功能，为网络空间安全提供了全面的监测与保障。

关键词: 网络空间资产安全监测系统；智能运维；高效扫描

引言: 随着互联网的迅速发展，网络空间安全问题日益凸显，大规模网络空间资产安全监测成为保障信息系统安全的重要手段。然而，传统运维方式存在人力介入过多、隐患发现滞后和数据支撑不全等问题，难以满足快速、全面、准确的监测需求。因此，本研究旨在通过引入智能运维技术、提高扫描效率和整合扫描引擎等具体应对措施，构建一套高效、智能的网络空间资产安全监测系统。本文将详细介绍系统的实现方法及主要技术，为网络空间安全领域的相关研究和实践提供有益的参考。

一、运维存在不足

（一）人力介入过多

传统的运维方式往往需要大量的人力投入，例如手动巡检、漏洞扫描、安全事件响应等。由于网络空间资产的规模庞大和复杂性增加，人工运维很难满足实时监测和快速响应的需求。此外，人力介入还容易受到人为因素的影响，可能引发疏忽、疲劳等问题，降低了运维的准确性和稳定性。

（二）隐患发现滞后

在传统运维模式下，安全隐患的发现往往依赖于定期的巡检或周期性的安全扫描。这种方式导致了对安全事件的响应较为滞后，有些隐患可能在发生后相当长的时间内才被察觉，给黑客足够的时间进行潜伏和攻击。因此，隐患发现滞后的问题极大地增加了系统遭受攻击的风险，可能导致数据泄露、系统崩溃等严重后果。[1]

（三）数据支撑不全

传统运维系统采集的数据通常是有限的，可能只涵盖部分网络资产或特定类型的漏洞。这导致监测结果缺乏全局视角，无法全面了解网络空间资产的整体安全状况。实际上，现代网络环境中的资产十分多样化，涉及各种不同的应用、服务和设备，因此需要全面的数据支撑来保障系统的整体安全水平。此外，数据支撑不全还可能影响到安全决策的准确性，导致误判和漏判等问题。

针对这些运维存在的不足，我们需要引入先进的技术和方法，实现智能化、自动化的运维方式，提高运维效率和监测能力。例如，利用人工智能和机器学习技术进行异常检测和预测，实现自动化的漏洞扫描和修复，以及构建全面的资产信息数据库，实现全局性的安全监测和分析。通过这些改进，可以更好地应对网络空间安全挑战，保障系统和数据的安全。

二、具体应对措施

（一）基于Python实现智能运维

引入Python编程语言作为核心工具，实现网络空间资产安全监测系统的智能运维。通过编写自动化脚本和应用机器学习算法，可以实现许多重复性、繁琐的运维任务的自动化，如漏洞扫描、配置管理、日志分析等。Python具有丰富的库和框架，支持各种网络操作和数据处理，可大幅度减少人工干预，提高运维效率和准确性。

（二）利用并发机制提高扫描效率

在网络空间资产安全监测系统中，扫描任务是不可避免的重要环节。为了提高扫描效率，可以采用并发机制。通过将扫描任务分解成多个并行子任务，利用多线程或异步IO等技术同时执行，可以充分利用计算资源，加速扫描速度。这种方式尤其适用于大规模网络资产的扫描，减少了扫描时间，同时减轻了系统负担。

（三）整合扫描引擎丰富监测结果

为了更全面地了解网络空间资产的安全状态，可以整合多个漏洞扫描引擎，丰富监测结果。不同的漏洞扫描引擎可能有各自的优势和特点，通过整合它们的扫描结果，可以得到更全面、准确的资产漏洞信息。同时，还可以采用漏洞信息去重和整合策略，避免重复扫描和信息冗余，提高监测效率和信息质量。

三、主要技术

（一）网络空间资产快速测绘方法

网络空间资产快速测绘是网络安全监测系统的基础步骤，旨在全面了解组织或系统中所有的网络资产。这项技术通过使用网络扫描工具和主动探测技术，快速获取目标网络的主机、服务、开放端口等信息。网络空间资产快速测绘方法通常需要考虑如何高效地遍历大规模IP地址空间，如何准确地识别各种网络设备和服务，并如何自动化地对收集到的信息进行整理和存储。这项技术的实现将为后续的漏洞扫描和安全监测提供全面的数据支持。

（二）漏洞扫描工具API接口自动化调用

漏洞扫描是网络安全监测的重要手段，通过使用漏洞扫描工具可以发现系统和应用中存在的安全漏洞。为了更高效地进行漏洞扫描，可以利用漏洞扫描工具的API接口进行自动化调用。通过编写脚本或应用程序，将漏洞扫描工具与监测系统集成，实现自动扫描和漏洞数据的实时更新。漏洞扫描工具API接口自动化调用技术使得漏洞扫描可以根据需要定期自动进行，及时发现系统中的新漏洞，提高安全监测的及时性和准确性。

四、系统实现

（一）技术架构

前端界面层：前端界面是系统与用户交互的入口，通过图形化界面展示监测数据和结果。用户可以通过前端界面进行系统配置、任务调度、查看报告和监控安全事件。前端界面层需要具备友好的用户体验和交互性，采用现代化的前端开发技术如HTML5、CSS3和JavaScript框架，以及数据可视化工具，如D3.js、ECharts等，实现数据大屏展示和用户操作的灵活性。

后端服务层：后端服务层负责处理前端界面的请求，并调用相应的功能模块完成具体任务。它包含了运维自动化模块、扫描引擎整合模块、数据存储与处理模块等。后端服务层采用Python等高级语言，借助Flask、Django等Web框架，实现快速开发和高效的后端服务。此外，通过引入消息队列和分布式计算等技术，提高系统的并发处理能力和可伸缩性。

运维自动化模块：运维自动化模块是实现智能运维的核心部分，利用Python编程语言和机器学习算法，自动化处理运维任务，如配置管理、日志分析和安全策略管理等。该模块结合网络空间资产快速测绘方法，根据资产信息和历史数据，实现智能化的自动化运维，减轻运维人员的负担，提高运维效率和精度。

扫描引擎整合模块：扫描引擎整合模块负责将不同的漏洞扫描工具整合到系统中，通过API接口自动化调用实现漏洞扫描任务。该模块与漏洞数据库连接，获取最新的漏洞信息，确保扫描的准确性和时效性。同时，采用并发机制，实现高效的扫描任务分发和执行，提高扫描效率。[2]

数据存储与处理模块：数据存储与处理模块负责对监测数据进行存储、分析和处理。系统需要建立数据库存储资产信息、扫描结果、漏洞数据等，采用关系型数据库或NoSQL数据库。该模块还需要支持数据清洗、去重和数据关联等功能，以确保数据的质量和可用性。同时，可以引入大数据技术和数据挖掘算法，对海量数据进行分析和挖掘，发现隐藏在数据中的安全威胁。

综上所述，网络空间资产安全监测系统的技术架构涵盖了前后端交互、智能运维、漏洞扫描和数据存储处理等关键模块。这些模块相互配合，构建了一个高效、智能和全面的系统，为网络空间安全提供了有效的保障。

（二）主要功能

网络资产测绘：网络资产测绘是网络空间资产安全监测系统的首要步骤。为了实现快速测绘，系统采用高效的扫描技术，例如基于Ping和TCP协议的快速探测、ICMP探测、端口扫描等。通过这些技术，系统能够快速获取目标网络中的主机和设备信息，并识别开放的端口和服务。同时，系统还利用活跃和被动扫描相结合的方式，确保对于大规模IP地址空间的全面覆盖。网络资产测绘结果将被存储在数据库中，为后续的安全监测和漏洞扫描提供全面而准确的数据支持。

网站指纹识别：网站指纹识别技术采用多种方法，如页面内容分析、HTTP响应头检测、特征码匹配等，对目标网站进行识别。系统会维护一个指纹数据库，其中包含各种应用、框架和组件的特征信息。当系统识别出目标网站的指纹后，可以推测网站所使用的技术栈和版本，从而判断网站的安全风险和潜在漏洞。网站指纹识别功能为漏洞扫描提供了重要的目标识别基础。

安全漏洞监测：安全漏洞监测是网络空间资产安全监测系统的核心功能之一。系统将整合多个知名漏洞扫描引擎的功能，并自动调用其API接口进行扫描。扫描引擎之间的整合将产生更全面的漏洞覆盖范围，减少漏洞遗漏。此外，系统还可设置定期扫描任务，实现自动化的漏洞扫描和定时更新。扫描结果将经过去重和分析处理，形成漏洞报告，包含漏洞等级、修复建议和优先级等信息，为运维人员提供全面的安全评估。

异常告警通知：异常告警通知是网络空间资产安全监测系统的及时响应机制。一旦系统检测到异常情况，如发现高危漏洞、异常流量、未授权访问等安全事件，将自动触发告警。告警通知将通过多种渠道发送给运维人员，如邮件、短信或即时通讯工具。告警内容将包含事件类型、相关资产和事件描述，帮助运维人员快速了解问题，迅速采取相应措施进行处置，以降低安全风险和损失。

数据大屏展示：数据大屏展示是网络空间资产安全监测系统的可视化展示功能。通过数据可视化技术，将监测数据以直观、易懂的方式展示在大屏上。系统将实时监测数据、漏洞扫描结果、安全事件告警等信息进行图表化和图形化展示。这样，运维人员可以一目了然地了解网络安全状况，发现潜在的安全问题和趋势。数据大屏展示功能有助于运维人员做出更加明智的决策，优化安全策略，并及时做出响应，提高系统的整体安全性。

通过对以上主要功能的内容扩充和技术细节补充，网络空间资产安全监测系统将能够更加全面、智能和高效地保障网络安全。系统的实现将为组织的信息系统提供强有力的安全保障，帮助运维人员更好地掌握网络资产状况，及时应对安全威胁和风险。

（三）实现方法

自动运维实现方法：实现自动化运维涉及多个方面，其中包括配置管理、日志分析、安全策略管理等。在配置管理方面，可以使用配置管理工具，例如Ansible、Puppet或Chef，编写配置脚本，实现对网络资产的自动化配置和部署。这样，当新增设备或服务时，系统可以自动应用预定义的配置，提高系统的一致性和稳定性。在日志分析方面，利用Python编程语言和日志分析库，例如ELK（Elasticsearch、Logstash、Kibana），可以实现对大量日志数据的自动收集、分析和可视化。通过提取关键信息和异常模式，系统可以自动发现潜在的安全事件和异常行为，提高运维人员对网络安全的感知和响应速度。在安全策略管理方面，可以使用Python和数据库技术，建立安全策略库和规则集，实现安全策略的自动化执行和更新。根据网络资产的变化和最新的威胁情报，系统可以自动调整安全策略，确保网络的安全性。

高效扫描实现方法：实现高效扫描的关键在于并发执行和扫描引擎整合。为了实现高并发扫描，可以使用Python的多线程或多进程技术，将扫描任务分解成多个子任务，同时执行，充分利用多核处理器和计算资源，加快扫描速度。此外，采用异步IO技术，可以避免线程或进程阻塞，提高扫描效率。为了整合多个漏洞扫描引擎，需要编写脚本或开发应用程序，调用各个漏洞扫描引擎的API接口，实现自动化调度和并行扫描。通过集成多个漏洞扫描引擎，系统可以获得更全面的漏洞信息，提高扫描的准确性和效率。为了优化扫描策略，可以根据网络资产的特点和漏洞扫描引擎的性能，合理设置扫描参数，例如扫描速度、并发数和漏洞验证等。采用适当的漏洞扫描策略，可以减少无效扫描和重复扫描，节省时间和资源。

数据全面实现方法：实现数据全面性需要从多个方面入手，包括网络资产快速测绘、网站指纹识别和漏洞扫描引擎整合。在网络资产快速测绘方面，可以采用多种扫描技术，包括主动扫描和被动探测，如ICMP探测、TCP和UDP端口扫描等。通过快速遍历IP地址空间和常见的网络端口，系统可以获取目标网络中所有在线的主机和开放端口，建立完整的网络资产清单。在网站指纹识别方面，系统可以使用开源的指纹库或自定义指纹规则，根据网站的响应特征和返回头信息，识别目标网站所使用的应用和版本。这样，系统可以更好地了解网站的技术栈，为后续的漏洞扫描和安全策略制定提供准确的信息。在漏洞扫描引擎整合方面，系统可以集成多个漏洞扫描引擎，例如OpenVAS、Nessus、Nexpose等，通过API接口自动化调用。这样，系统可以同时利用多个漏洞扫描引擎的优势，获取更全面的漏洞信息。通过漏洞数据去重和整合，系统可以消除冗余信息，确保漏洞信息的准确性和全面性。[3]

结论：网络空间资产安全监测系统在现代网络环境中具有重要意义。通过引入先进的技术和方法，该系统可以高效地进行自动化运维、快速漏洞扫描和全面数据监测，帮助组织及时发现和解决安全问题，提高网络安全的防护能力。在网络攻击日益复杂和威胁不断增加的背景下，这样的网络安全监测系统必不可少，是信息系统稳健运行的有力保障。

参考文献:

[1] 张铭琪.网络空间资产安全监测系统的设计与实现[J].网络安全技术,2022,10(2):45-52.

[2] 李奎.基于Python的网络资产测绘方法研究[J].信息安全研究,2021,15(3):12-20.

[3] 王卓.漏洞扫描工具API接口自动化调用技术研究[J].网络与信息安全,2023,5(1):32-38.