如何防止黑客入侵[8]：物理隔离的几种玩法

★先插播一个安全通告

　　11月29日曝光了一个 Firefox 的高危漏洞，详情在“这里”（洋文）。
　　根据漏洞描述，此漏洞只影响 Windows 平台。照理说俺用的是 Linux，应该不受影响。但考虑到俺是高危险人士，为了保险起见，还是先静默几天——暂不使用“编程随想”这个身份进行网络活动。俗话说得好：【小心驶得万年船】。
　　本来俺计划在11月底发一篇博文谈 Linux，但是这个漏洞让俺改变主意——所以今天这篇来聊聊“物理隔离”的话题。
　　（本文发出后，俺已经到博客后台管理界面，把这几天被 Google 误判为垃圾广告的评论，全都恢复出来了）

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★本文的目标读者是哪些人？

　　为了避免浪费大伙儿的时间，俺先声明一下本文的目标读者。
　　这篇博文是面向那些【对安全性要求非常高】的用户。对这些人而言，“虚拟机隔离”还是无法令他们放心。

　　既然聊到这里，顺便解释一下：什么情况下“虚拟机隔离”会出问题。
　　如果虚拟化软件（比如 VirtualBox、VMware、KVM ...）本身出现了安全漏洞，并且这个安全漏洞会导致虚拟机被穿透；然后，Guest OS 正好又感染了恶意软件；而相关恶意代码正好又能够利用这个漏洞进行穿透；那么，该恶意代码就有可能从 Guest OS 入侵 Host OS。一旦恶意代码能够侵入 Host OS，理论上它就可以访问这个 Host OS 上的所有 Guest OS。在这种情况下，“虚拟机隔离”的措施就【失效】了。
　　出现上述情况的概率是非常低的——需要好几个条件【同时】具备。因此，能够进行这种攻击的，必然是比较高级的入侵者，而且这个入侵者对入侵对象必须有深入的了解：
知道对方用的是什么类型的虚拟化软件（不同的虚拟化软件，其安全漏洞的情况全然不同），
知道对方用的 Guest OS 是什么类型的系统
知道对方用的 Host OS 是什么类型的系统

　　所以，普通的网民不需要考虑这种风险。为啥捏？能这么搞的入侵者都是比较高级的，他们根本不屑于去入侵普通网民。

★预备知识：关于“隔离性”和“攻击面”

◇几种不同的隔离级别

　　在本系列的前面3篇，俺连续聊了很多关于 Web 方面的防范措施。你看完这3篇之后应该会发现：俺提及的防范措施，全都是围绕“隔离”这个概念来展开的。不论是“多实例”还是“多用户”或者“多虚拟机”，说白了都是为了隔离“浏览器环境”。
　　“隔离”的好处在于：一旦某个环境被入侵，（只要你的隔离屏障没有被穿透）别的环境不会受影响。说到“隔离屏障被穿透”，自然就引出“隔离性的好坏”这个话题。
　　不同的“隔离措施”，其“隔离性”是不同的。“隔离性”越好，攻击者就越难穿透。
　　【常见的】隔离措施（从低到高）有如下几种。俺结合浏览器来加以说明
1. 进程级
（以浏览器为例）搞多个“浏览器实例”。不同的实例肯定是不同进程，但都在同一个用户下。
2. 用户级
（以浏览器为例）在不同的【普通】用户下分别运行浏览器。但都在同一个操作系统下。
3. 虚拟系统级
（以浏览器为例）创建多个虚拟系统（Guest OS），在不同的虚拟系统中分别运行浏览器。虽然处于不同的 Guest OS，但还是在同一个 Host OS 下。
4. 物理系统级
（以浏览器为例）在不同的物理系统中运行浏览器。

　　今天俺要介绍的就是最高级的“物理系统级的隔离”。

◇“物理隔离”的3种子类型

　　“物理隔离”还可以继续细分为3种子类型（这三种级别也是从低到高）：
物理隔离1型
多个物理系统之间【存在】网络连接。
物理隔离2型
多个物理系统之间【没有】网络连接，但【存在】存储介质的交换（比如：通过“U盘”交换数据）。
物理隔离3型
多个物理系统之间既【没有】网络连接，也【没有】存储介质的交换。

◇攻击面

　　关于这个概念，洋文称之为“attack surface”，相关的英文维基百科页面在“这里”。考虑到很多同学不喜欢看洋文，下面俺通俗地扫盲一下。
　　为了描述这个概念，暂且借用一下军事术语。在军事领域中，如果其它因素都一样，则防线越长就越容易被突破。
　　在信息安全领域，道理也类似。军事领域的“防线”就类似于本文所说的“攻击面”。

◇“攻击面”的2个维度

　　从概念上讲，“攻击面”可以再分成2个维度，分别是“时间维度”和“空间维度”。为了便于理解，下面俺举例说明。

　　时间维度
　　有两台软硬件配置一模一样电脑（A 和 B）。A 是一年到头365天都挂在网上，而 B 在一年里面只联网1分钟。很显然，A 被入侵的概率要大大高于 B。

　　空间维度
　　有两台服务器 A 和 B，都是始终联网的（时间维度一样）。A 上面【没有】装任何服务端软件；而 B 上面既装了 Apache（web 服务）又装了 MySQL（数据库）。而且这几个服务的端口都对外开放。假如某天，Apache 曝光了高危漏洞，B 就可能因此而被入侵，但是 A 就没事儿。
　　【通俗地说】，系统中装的软件越多，则包含的“代码”就越多，那么“代码”中出现安全漏洞的概率也就越大。
　　（上面这句只是“通俗”的说法。严格来讲，“攻击面”与“代码量”并【不是】简单的线性关系。这两者之间的关系牵扯的因素很多，比如:软件代码的质量，软件模块的类型、各个软件模块之间的依赖关系、开源 or 闭源 ......）

★招数1：把不同的上网帐号放到不同的物理系统

　　这个招数是最容易想到的，所以俺先聊这招。
　　如今很多人都有不止一台 PC。但是 PC 再多也不会超过10台吧（除非你是开网吧的）。但是你的上网帐号很可能不止10个。所以，你不太可能给每一个上网帐号配一台单独的 PC。这就需要考虑一个“划分策略”：哪些帐号共用一台 PC。
　　“划分策略”通常有如下两种：

◇根据“重要程度”进行划分

　　比如说，你搞两台 PC，一台专门用来操作很重要的网络帐号，另一台用来操作不那么重要的网络帐号。
　　对于前者，安装靠谱的操作系统（Linux ＞ Mac OS ＞ Windows），装的软件要尽量【少】（减少“攻击面”），并采取尽可能多的措施来保护它（具体措施参见本系列前面几篇）。

◇根据“身份”划分

　　如果你对隐匿性的要求很高，可以考虑以“身份”划分上网帐号到不同的 PC。
　　为了便于理解，拿俺自个儿来举例：
　　显然，俺是非常看重“隐匿性”滴——如果让朝廷方面知道俺的真实身份，俺就废了。所以，俺不光注重【安全性】的需求（防止被入侵），更加要注重【隐匿性】的需求（防止俺的“虚拟身份”与“真实身份”被关联起来）。
　　如果俺仅仅使用“虚拟机隔离”（一个虚拟机用来操作“真实身份”的帐号，另一个虚拟机用来操作“编程随想这个身份”的帐号）。万一碰到“虚拟机穿透”（前面提到过），入侵者通过 Guest OS 进入 Host OS，就可以同时访问到这两个 Guest OS，就有可能发现：原来“编程随想”就是某某人。
　　反之，如果把这两个身份的帐号放到两台 PC（物理隔离）。即使“编程随想”这个身份对应的 PC 被彻底入侵，入侵者看到的帐号全部都是“编程随想”相关的帐号，不会看到“真实身份的帐号”（因为这些帐号在另一台 PC 上）。

★招数2：在【专用的】物理系统中操作“重置密码的邮箱”

　　这个招数很简单，仅仅从章节标题，你基本上就能猜到是怎么玩的。所以俺就节省点口水，不展开了。
　　下面简单说说这个招数的注意事项：
1. 用来“重置密码”的邮箱，最好是专用的——也就是说：除了“重置密码”，不再作其它用途（以降低“攻击面”）
2. 操作这个邮箱的 PC，最好也是专用的（以降低“攻击面”）
3. 这台电脑只要很低的硬件配置就可以了。所以，你可以拿以前淘汰的旧电脑来用。

★招数3：在【专用的】物理系统中运行密码生成器

　　可能很多同学是第一次听说“密码生成器”这个玩意儿。所以俺来解释一下：
　　在本系列的第3篇《如何构造安全的口令/密码》中，俺介绍了好几种设置密码的技巧，那篇教程的最后一招就是“用散列算法构造密码”。
　　“用散列算法构造密码”，有“简单用法”，也有“高级用法”（对这两种，那篇博文都有介绍）。由于本文针对的是“安全性要求很高的读者”，所以你当然要用“高级用法”。“高级用法”通常需要依靠一个小程序/小脚本来辅助你进行 N 迭代（计算 N 次散列）。这个“小程序/小脚本”就是本章节所说的“密码生成器”。
　　有了“密码生成器”，你可以轻松构造出许许多多超长密码（可以长达几百个字符，前提是：网站要支持这么长的密码）。而且你【不需要】花很多脑细胞来记住这些变态的长密码。你只需记住自己的“种子串”以及“迭代次数”。如果你把“种子串”及“迭代次数”写死在生成器的脚本中，那你甚至连这两个信息也【不用】记忆。
　　这台运行“密码生成器”的电脑完全【不用联网】。所以这台 PC 的隔离属于前面提到的“物理隔离3型”——这是物理隔离中最严格的（没有之一）。

★招数4：对重要帐号划分“操作机”和“登录机”

　　这个招数与前面几个完全不同——是采用【2台】PC 来保护【单个】帐号。通常而言，只有很重要的帐号才值得你动用两台物理电脑来保护。
　　这个招数相对比较难懂，俺需要多费点口水。在开讲之前，先来解释一下什么是“记住登录状态”的功能。

◇“记住登录状态”功能

　　如今大部分网络帐号都有【记住登录状态】这个功能。当你登录该帐号，输入完密码后，如果勾选了“记住登录状态”这个选项（不同的网站，界面上的叫法可能略有不同），那么你下次访问该帐号就【不用】再输入密码了。

◇“记住登录状态”的技术原理

　　网站是如何做到这个效果的捏？通常是利用浏览器 cookie。当你输入密码并登录成功之后，会在 cookie 中保存一个“安全令牌”（洋文叫“token”）。这个“安全令牌”不是密码，但是比密码更复杂更难暴力破解。而且，根据令牌是【无法】逆向推算出密码的（只要是比较靠谱的网站，技术上肯定能保证这点）。
　　当你下一次又访问了这个网站，浏览器会把 cookie 中的这个令牌发送到网站服务器，服务器端会采用某种安全可靠的算法来验证这个令牌是否合法，如果合法，就认为你是之前登录过的那个用户。
　　由于 cookie 有时间限制（期限），过了期限这个 cookie 就失效了。这时候你如果又访问这个网站，它又会要求你输入密码。另外，如果你在浏览器中清空了所有 cookie，那么下一次访问该网站也要重新输入密码。

◇物理隔离的玩法

　　明白了这个功能的原理之后，开始来说“物理隔离”怎么玩。
　　你需要专门准备2台 PC——“登录机”和“操作机”。记住：这2台电脑都是用来操作【同一个】帐号滴。
　　每次需要登录该帐号，你一定要在“登录机”上输入密码。登录成功之后，把登录机上的【cookie 文件】复制到“操作机”上。然后你就可以在“操作机”上【免登录】访问该帐号。
　　（由于需要把 cookie 从“登录机” copy 到“操作机”。所以这种隔离属于前面提到的“物理隔离2型”）

◇这个招数的优点

　　首先，因为你从来【不】在“操作机”上输入该帐号的密码。所以，即使“操作机”被植入木马，木马也不可能知道该帐号的密码是啥。

　　从“时间维度”而言
　　由于“登录机”仅仅用来输入密码，其它的日常操作都在“操作机”。所以，（从“时间维度”上讲）“登录机”的攻击面远远小于“操作机”。

　　从“空间维度”而言
　　由于这个“登录机”仅仅用来输入密码。你只需安装非常少的几个软件（比如 浏览器 之类的）。如果你的帐号名称是洋文（大部分应该都是吧），这台“登录机”甚至连输入法都【不用装】。
　　所以，从“空间维度”而言，“登录机”的攻击面也会远远小于“操作机”。

　　综上所述，入侵者很难搞定“登录机”。
　　然后，前面俺又说了，根据（cookie 中的）“安全令牌”是无法逆向推算出帐号密码滴。所以，即使“操作机”被【彻底】入侵了，入侵者虽然可以进入你的帐号，但是他/她依然无法知道你的密码（因此也就无法改密码）。
　　这种情况下，你可以很轻松地把入侵者踢掉——只需通过“登录机”进入帐号，修改密码；然后入侵者在“操作机”上就进不了这个帐号了（一旦修改过密码，原有的安全令牌就作废了）。

★招数5：“物理隔离”搭配“多重代理”

◇“物理电脑”与“虚拟机”在“网络隔离”方面的差异

　　俺博客上有一个很受欢迎的系列叫做《如何隐藏你的踪迹，避免跨省追捕》。在这个系列中，俺介绍“多重代理”，也介绍了“用虚拟机防止公网 IP 暴露”。
　　当初俺写那篇《用虚拟机隐匿公网 IP》的时候，好几个懂技术的读者跳出来质疑。因为他们光看标题没看内容 :)
　　所谓的“用虚拟机防止公网 IP 暴露”，是因为：可以利用虚拟网卡的不同模式（NAT 及 Host-Only）来设置网络隔离，使得 Guest OS 中的软件【无法直接联网】（强迫这些软件走代理）。这样就可以避免：“因为某些软件【直连网络】导致的公网 IP 暴露”。

　　但如果出现“虚拟机被穿透”，那“公网 IP”还是有暴露的风险。因为虚拟网卡只能用来限制 Guest OS，而无法限制 Host OS。而 Host OS 中的软件通常是可以直连公网的。当某个恶意代码从 Guest OS 穿透进入 Host OS，该恶意代码就有可能尝试“网络直连”，并导致你的公网 IP 暴露。
　　看到这里，聪明的读者已经猜到解决方案了。那就是把原先“单虚拟机方案 或 双虚拟机方案”中那个“隔离的虚拟机”换成“隔离的物理电脑”。
　　话虽这么说，但操作起来会有点复杂。
　　原先的“虚拟机方案”，你只需设置虚拟网卡的“网卡模式”（设置成 Host-Only 或 Internal），就可以把 Guest OS 的网络访问隔离起来。但是物理电脑是【没有】虚拟网卡的，物理电脑是物理网卡。而“物理网卡”是【没有】“网卡模式”让你修改的。所以你需要在网络拓扑上下点功夫。具体的玩法有很多种，考虑到本文的篇幅有限，俺只介绍其中一种。

◇“物理电脑”进行“网络隔离”的玩法（方法之一）

　　下面俺【简单】介绍一下步骤（考虑到本文面向的是安全要求很高的读者。既然你的安全要求很高，当然不能是技术菜鸟，肚子里要有点货。所以，俺在下面只提几个要点，操作的细节靠你自己摸索了）

1.
准备两台物理电脑，分别称为“隔离机”和“网关机”。
“隔离机”要有一个【有线】的网卡；“网关机”要有2个网卡，至少有一个是【有线】的（用来与“隔离机”对接）
为啥俺要强调“有线网卡”，因为有线网卡才能确保其只连接到一个对端；而无线网卡就难说了。
所以隔离机只能保留仅有的一个有线网卡。如果隔离机有多余的无线网卡，在 BIOS 里面禁掉。

2.
“隔离机”上运行的软件是：
有可能遭遇高级入侵的软件（比如你的浏览器），或者是那些本身就不太安分的软件（比如 QQ）
“网关机”上运行的软件是：
TOR
TOR 的前置代理（如果你在墙外，可以不用前置代理。但是有前置代理会更安全——“双重代理”优于“单重代理”）
防火墙

3.
前面说了，“网关机”至少有一个有线网卡，用来对接“隔离机”。
因此，你需要配置“网关机”的防火墙，使得【在这块网卡上】只允许 TOR 的监听端口对外暴露（这条一定设置）
另一块网卡是用来接入公网的，你可以配置防火墙，禁止该网卡上的任何监听端口（这条可设可不设，设置了更保险一些）

4.
用一根网线把这2台电脑各自的【有线网卡】对接起来。

5.
设置“隔离机”上的软件，让它们以“网关机”的 TOR 作为代理。

6.
设置“网关机”上的 TOR，让它通过“网关机”上的前置代理联网。

★总结

　　几个主要招数聊得差不多了。俺在最后提醒一下：
1. 本文的这几个招数，相互之间是可以【组合使用】的
2. 本文的这几个招数是可以跟“虚拟机隔离”结合起来用的
3. 组合得越复杂，需要的物理电脑也越多 :)
4. 如今的 PC 已经很便宜啦（两三千就可以买到硬件配置还凑合的）。如果你是“高危人士”或“高价值目标”，【不要】吝啬那几千块钱！


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