威胁建模：风险评估综合指南

在当今互联互通的世界里，网络安全至关重要。组织面临着不断演变的威胁环境，因此主动采取安全措施至关重要。威胁建模是强大安全策略的关键组成部分，它能让您在潜在威胁被利用之前识别、理解并缓解它们。本综合指南将探讨用于有效风险评估的威胁建模原则、方法论和最佳实践。

什么是威胁建模？

威胁建模是一个结构化的流程，用于识别和分析系统或应用程序的潜在安全威胁。它涉及理解系统架构，识别潜在漏洞，并根据威胁的可能性和影响对其进行优先级排序。与事后处理威胁的被动安全措施不同，威胁建模是一种主动方法，可帮助组织预测并防止安全漏洞。

可以将威胁建模看作是安全领域的架构规划。正如建筑师在建筑设计中识别潜在的结构弱点一样，威胁建模师在系统设计中识别潜在的安全缺陷。

为什么威胁建模很重要？

威胁建模具有以下几个关键优势：

• 早期识别威胁：通过在开发生命周期的早期识别威胁，组织可以在问题变得昂贵和耗时之前解决它们。
• 改善安全态势：威胁建模通过将安全考量纳入设计和开发过程，帮助组织构建更安全的系统。
• 降低风险：通过理解和缓解潜在威胁，组织可以降低安全漏洞和数据丢失的风险。
• 合规性：威胁建模可以帮助组织满足法规合规性要求，例如 GDPR、HIPAA 和 PCI DSS。
• 更好的资源分配：通过根据可能性和影响对威胁进行优先级排序，组织可以更有效地分配安全资源。

威胁建模的关键原则

有效的威胁建模遵循几个关键原则：

• 关注系统：威胁建模应关注正在分析的特定系统或应用程序，考虑其独特的架构、功能和环境。
• 假设恶意：威胁建模师应假设攻击者会试图利用他们能找到的任何漏洞。
• 像攻击者一样思考：为了识别潜在威胁，威胁建模师必须像攻击者一样思考，并考虑他们可能尝试破坏系统的各种方式。
• 全面性：威胁建模应考虑所有潜在威胁，包括技术性和非技术性威胁。
• 确定威胁的优先级：并非所有威胁都是平等的。威胁建模师应根据其可能性和影响对威胁进行优先级排序。
• 迭代过程：威胁建模应该是一个迭代过程，贯穿整个开发生命周期。

威胁建模方法论

有多种威胁建模方法论可供选择，每种方法都有其优缺点。一些最流行的方法论包括：

STRIDE

STRIDE 由微软开发，是一种广泛使用的威胁建模方法论，它将威胁分为六类：

• 欺骗（Spoofing）：冒充其他用户或实体。
• 篡改（Tampering）：未经授权修改数据或代码。
• 抵赖（Repudiation）：否认对某项操作负责。
• 信息泄露（Information Disclosure）：向未经授权方泄露敏感信息。
• 拒绝服务（Denial of Service）：使系统对合法用户不可用。
• 权限提升（Elevation of Privilege）：获得对系统资源的未授权访问。

STRIDE 通过系统地考虑每个类别与系统不同组件的关系来帮助识别潜在威胁。

例如：考虑一个网上银行应用程序。使用 STRIDE，我们可以识别以下威胁：

• 欺骗：攻击者可能冒充合法用户的登录凭据，以获得对其账户的未授权访问。
• 篡改：攻击者可能篡改交易数据，将资金转移到自己的账户。
• 抵赖：用户可能否认进行过某笔交易，使得追踪欺诈活动变得困难。
• 信息泄露：攻击者可能获取敏感客户数据，例如账号和密码。
• 拒绝服务：攻击者可能发起拒绝服务攻击，阻止用户访问网上银行应用程序。
• 权限提升：攻击者可能获得提升的权限以访问管理功能并修改系统设置。

PASTA

PASTA（攻击模拟与威胁分析过程）是一种以风险为中心的威胁建模方法论，侧重于理解攻击者的视角。它包括七个阶段：

• 定义目标：定义系统的业务和安全目标。
• 定义技术范围：定义威胁模型的技术范围。
• 应用程序分解：将应用程序分解为其组成部分。
• 威胁分析：识别对应用程序的潜在威胁。
• 漏洞分析：识别可能被已识别威胁利用的漏洞。
• 攻击建模：创建攻击模型以模拟攻击者可能如何利用漏洞。
• 风险与影响分析：评估每个潜在攻击的风险和影响。

PASTA 强调安全专业人员和业务利益相关者之间的协作，以确保安全措施与业务目标保持一致。

ATT&CK

ATT&CK（对抗性战术、技术和通用知识）是一个基于真实世界观察的对手战术和技术知识库。虽然它不完全是一种威胁建模方法论，但 ATT&CK 提供了有关攻击者如何操作的宝贵见解，可用于为威胁建模过程提供信息。

通过了解攻击者使用的战术和技术，组织可以更好地预测和防御潜在威胁。

例如：使用 ATT&CK 框架，威胁建模师可能会发现攻击者通常使用网络钓鱼电子邮件来获得对系统的初始访问权限。这些知识随后可用于实施安全措施以防止网络钓鱼攻击，例如员工培训和电子邮件过滤。

威胁建模流程

威胁建模过程通常包括以下步骤：

1. 定义范围：明确定义威胁模型的范围，包括正在分析的系统或应用程序、其边界及其依赖关系。
2. 理解系统：全面了解系统的架构、功能和环境。这可能涉及审查文档、访谈利益相关者和进行技术评估。
3. 识别资产：识别需要保护的关键资产，例如数据、应用程序和基础设施。
4. 分解系统：将系统分解为其组成部分，例如流程、数据流和接口。
5. 识别威胁：识别对系统的潜在威胁，同时考虑技术和非技术威胁。使用 STRIDE、PASTA 或 ATT&CK 等方法论来指导威胁识别。
6. 分析威胁：分析每个已识别的威胁，以了解其可能性和影响。考虑攻击者的动机、能力和潜在的攻击向量。
7. 确定威胁的优先级：根据其可能性和影响对威胁进行优先级排序。首先关注解决最高优先级的威胁。
8. 记录威胁：记录所有已识别的威胁及其分析和优先级。此文档将成为安全专业人员和开发人员的宝贵资源。
9. 制定缓解策略：为每个已识别的威胁制定缓解策略。这些策略可能涉及实施技术控制（如防火墙和入侵检测系统），或实施非技术控制（如政策和程序）。
10. 验证缓解策略：验证缓解策略的有效性，以确保它们充分解决了已识别的威胁。这可能涉及进行渗透测试或漏洞评估。
11. 迭代和更新：威胁建模是一个迭代过程。随着系统的发展，重访并更新威胁模型以反映任何变化非常重要。

威胁建模工具

有多种工具可用于支持威胁建模过程，从简单的图表工具到更复杂的威胁建模平台。一些流行的工具包括：

• Microsoft Threat Modeling Tool：微软提供的一款免费工具，可帮助用户识别和分析潜在威胁。
• OWASP Threat Dragon：一个开源的威胁建模工具，支持多种方法论，包括 STRIDE 和 PASTA。
• IriusRisk：一个商业威胁建模平台，提供一套全面的功能来管理和缓解安全风险。
• ThreatModeler：另一个专注于自动化和集成到软件开发生命周期（SDLC）中的商业平台。

工具的选择将取决于组织的具体需求和被分析系统的复杂性。

不同情境下威胁建模的实践案例

以下示例说明了威胁建模如何在不同情境下应用：

案例一：云基础设施

情景：一家公司正在将其基础设施迁移到云提供商。

威胁建模步骤：

1. 定义范围：威胁模型的范围包括所有云资源，例如虚拟机、存储和网络组件。
2. 理解系统：了解云提供商的安全模型，包括其共担责任模型和可用的安全服务。
3. 识别资产：识别迁移到云端的关键资产，例如敏感数据和应用程序。
4. 分解系统：将云基础设施分解为其组成部分，例如虚拟网络、安全组和访问控制列表。
5. 识别威胁：识别潜在威胁，例如对云资源的未授权访问、数据泄露和拒绝服务攻击。
6. 分析威胁：分析每个威胁的可能性和影响，考虑云提供商的安全控制和存储在云中数据的敏感性等因素。
7. 确定威胁的优先级：根据其可能性和影响对威胁进行优先级排序。
8. 制定缓解策略：制定缓解策略，例如实施强访问控制、加密敏感数据和配置安全警报。

案例二：移动应用程序

情景：一家公司正在开发一个存储敏感用户数据的移动应用程序。

威胁建模步骤：

1. 定义范围：威胁模型的范围包括移动应用程序、其后端服务器以及存储在设备上的数据。
2. 理解系统：了解移动操作系统的安全功能和移动平台的潜在漏洞。
3. 识别资产：识别存储在移动设备上的关键资产，例如用户凭据、个人信息和财务数据。
4. 分解系统：将移动应用程序分解为其组成部分，例如用户界面、数据存储和网络通信。
5. 识别威胁：识别潜在威胁，例如对移动设备的未授权访问、数据盗窃和恶意软件感染。
6. 分析威胁：分析每个威胁的可能性和影响，考虑移动操作系统的安全性和用户的安全实践等因素。
7. 确定威胁的优先级：根据其可能性和影响对威胁进行优先级排序。
8. 制定缓解策略：制定缓解策略，例如实施强身份验证、加密敏感数据和使用安全编码实践。

案例三：物联网（IoT）设备

情景：一家公司正在开发一种收集和传输传感器数据的物联网（IoT）设备。

威胁建模步骤：

1. 定义范围：威胁模型的范围包括物联网设备、其通信渠道以及处理传感器数据的后端服务器。
2. 理解系统：了解物联网设备硬件和软件组件的安全能力，以及用于通信的安全协议。
3. 识别资产：识别物联网设备收集和传输的关键资产，例如传感器数据、设备凭据和配置信息。
4. 分解系统：将物联网系统分解为其组成部分，例如传感器、微控制器、通信模块和后端服务器。
5. 识别威胁：识别潜在威胁，例如对物联网设备的未授权访问、数据拦截和传感器数据操纵。
6. 分析威胁：分析每个威胁的可能性和影响，考虑物联网设备固件的安全性和通信协议的强度等因素。
7. 确定威胁的优先级：根据其可能性和影响对威胁进行优先级排序。
8. 制定缓解策略：制定缓解策略，例如实施强身份验证、加密传感器数据和使用安全启动机制。

威胁建模的最佳实践

为了最大化威胁建模的有效性，请考虑以下最佳实践：

• 让利益相关者参与：让来自组织不同领域的利益相关者参与，例如安全、开发、运营和业务部门。
• 使用结构化方法：使用结构化的威胁建模方法论，如 STRIDE 或 PASTA，以确保考虑所有潜在威胁。
• 关注最关键的资产：将威胁建模工作优先放在需要保护的最关键资产上。
• 尽可能自动化：使用威胁建模工具来自动化重复性任务并提高效率。
• 记录一切：记录威胁建模过程的所有方面，包括已识别的威胁、其分析和缓解策略。
• 定期审查和更新：定期审查和更新威胁模型，以反映系统和威胁环境的变化。
• 与 SDLC 集成：将威胁建模集成到软件开发生命周期（SDLC）中，以确保在整个开发过程中都考虑安全性。
• 培训和意识：为开发人员和其他利益相关者提供关于威胁建模原则和最佳实践的培训和意识教育。

威胁建模的未来

威胁建模是一个不断发展的领域，新的方法论和工具层出不穷。随着系统变得越来越复杂，威胁环境不断演变，威胁建模对于组织保护其资产将变得更加关键。塑造威胁建模未来的关键趋势包括：

• 自动化：随着组织寻求简化流程和提高效率，自动化将在威胁建模中扮演越来越重要的角色。
• 与 DevSecOps 集成：威胁建模将与 DevSecOps 实践更紧密地集成，使组织能够从一开始就将安全性构建到开发过程中。
• 人工智能和机器学习：人工智能和机器学习技术将用于自动化威胁识别和分析，使威胁建模更高效、更有效。
• 云原生安全：随着云原生技术的日益普及，威胁建模需要适应以应对云环境独特的安全挑战。

结论

威胁建模是识别和缓解安全威胁的关键过程。通过主动分析潜在的漏洞和攻击向量，组织可以构建更安全的系统并降低安全漏洞的风险。通过采用结构化的威胁建模方法论、利用适当的工具并遵循最佳实践，组织可以有效地保护其关键资产并确保其系统的安全。

将威胁建模作为您网络安全策略的核心组成部分，并赋予您的组织能力以主动防御不断演变的威胁环境。不要等到漏洞发生——今天就开始进行威胁建模吧。