高安全等級信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估探討
時(shí)間:2021-10-01 來源:51mbalunwen作者:vicky
本文系統(tǒng)地研究了信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的理論及方法,根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合高安全等級信息系統(tǒng)的特點(diǎn),融合了十幾年的風(fēng)險(xiǎn)評估經(jīng)驗(yàn)和案例,優(yōu)化了評估指標(biāo)體系和評估模型,改進(jìn)了評估過程中每個(gè)階段的具體操作步驟,保證了風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的可信度和實(shí)用性,提出了切實(shí)可行的高安全等級信息系統(tǒng)安全防護(hù)和管理的合理建議,為深入高效的開展高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估提供有力支撐,為國家相關(guān)行政部門對高安全等級信息系統(tǒng)的管理決策提供關(guān)鍵依據(jù)。
1 引言
1.1 論文背景及意義
高安全等級信息系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估主要從信息系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行、態(tài)勢等方面對高安全等級信息系統(tǒng)的安全保障狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估和判斷,以明確我國信息安全保障體系的建設(shè)水平和保障能力,為國家信息安全保障宏觀決策提供支持和依據(jù)[3]。
1.1.1 研究背景
隨著信息社會(huì)的迅猛發(fā)展,信息系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,與此同時(shí),信息系統(tǒng)的安全保密問題成為了不可忽視的問題,尤其是高安全等級信息系統(tǒng),由于其存儲(chǔ)和處理關(guān)鍵信息,一旦安全保密工作出現(xiàn)疏忽,就會(huì)造成關(guān)鍵信息泄露,嚴(yán)重危害國家經(jīng)濟(jì)及政治生態(tài)安全
(1)信息安全的形勢日益嚴(yán)峻
邁入二十一世紀(jì)的人類生活在一個(gè)嶄新的全球化信息時(shí)代,信息的觸角已延伸到國家和社會(huì)的每一個(gè)角落。人們在享受信息帶來的巨大便利的同時(shí),也承受著空前的信息影響和控制。信息作為支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的重要戰(zhàn)略資源,是一個(gè)國家政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化各領(lǐng)域活動(dòng)開展的必要條件。隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對信息和高安全等級信息系統(tǒng)的依賴程度日益增強(qiáng),電力、電信、交通、銀行等直接關(guān)系國計(jì)民生的高安全等級信息系統(tǒng)在受到傳統(tǒng)的物理性破壞的同時(shí)又面臨新興的虛擬化的攻擊,高安全等級信息系統(tǒng)的安全問題隨之凸顯。高安全等級信息系統(tǒng)隨時(shí)面臨遭受無意破壞甚至惡意破壞,輕者導(dǎo)致少量的經(jīng)濟(jì)損失或短時(shí)間的不便,重者則威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全,甚至危害到國家安全。高安全等級信息系統(tǒng)的安全問題已成為關(guān)系國家安全的戰(zhàn)略性問題。
當(dāng)前,我國信息安全面臨的形勢依然十分嚴(yán)峻,維護(hù)國家信息安全的任務(wù)依然十分艱巨。國外敵對勢力對我國高安全等級信息系統(tǒng)的滲透和顛覆活動(dòng)從未停止并不斷升級;境內(nèi)外反動(dòng)勢力在國外敵對勢力的支持下,對高安全等級信息系統(tǒng)頻繁進(jìn)行攻擊和破壞;國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)違法犯罪持續(xù)大幅上升,網(wǎng)絡(luò)竊密情況嚴(yán)重,計(jì)算機(jī)病毒傳播和網(wǎng)絡(luò)非法入侵十分嚴(yán)重,犯罪分子利用一些高安全等級信息系統(tǒng)的安全漏洞進(jìn)行違法犯罪,給用戶造成嚴(yán)重?fù)p失,引發(fā)諸多社會(huì)問題;高安全等級信息系統(tǒng)安全管理不善,安全措施不到位,高安全等級信息系統(tǒng)運(yùn)行事故時(shí)有發(fā)生。
高安全等級信息系統(tǒng)軟件的安全漏洞仍是各種安全威脅的主要根源,利用系統(tǒng)漏洞植入的木馬程序?qū)ξ覈ヂ?lián)網(wǎng)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。特別值得注意的是計(jì)算機(jī)黑客和其它信息安全破壞者的一些高技術(shù)行為,例如非授權(quán)訪問和種植病毒,表明入侵者具備高端的計(jì)算機(jī)文化理念,并非常熟悉信息技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顩r。他們甚至能夠使用諸如 Modem 追蹤軟件之類的復(fù)雜設(shè)備和工具,搜索高安全等級信息系統(tǒng)的脆弱點(diǎn),給全球互聯(lián)網(wǎng)安全造成更大范圍和更深程度的威脅和破壞。
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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在信息時(shí)代,信息安全內(nèi)涵進(jìn)一步豐富,在內(nèi)容上不僅包括國家秘密,也包括商業(yè)秘密、個(gè)人隱私等其他情報(bào)信息資源。信息安全與國家的政治安全、經(jīng)濟(jì)安全、文化安全和國防安全不可分割,對國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展基礎(chǔ)性、全局性作用日益凸顯,被稱為“第一安全”。從整個(gè)世界范圍看,信息安全的第一地位已經(jīng)成為各國普遍共識(shí)。
總體上看,2017-2018 年度,國際信息安全領(lǐng)域威脅加劇,高安全等級信息系統(tǒng)頻遭受密集攻擊,網(wǎng)絡(luò)恐怖主義出現(xiàn)新形勢,斯諾登事件更是將各國政府監(jiān)聽監(jiān)控由暗轉(zhuǎn)明。為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全形勢,各國提供巨大的人力、物力、財(cái)力開展風(fēng)險(xiǎn)評估研究工作,本文主要研究高安全等級信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估,所以,重點(diǎn)分析了風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)評估方法、虛擬化系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估以及高安全等級信息系統(tǒng)互聯(lián)互通方法三個(gè)方面的研究現(xiàn)狀。
1.2.1 風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)及方法研究現(xiàn)狀
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)及方法也發(fā)生了巨大的變化,國內(nèi)外的相關(guān)政府及安全組織積極制定標(biāo)準(zhǔn)并研究適用于風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)的評估方法。
1.風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)
信息安全中三分靠技術(shù)和七分靠管理,風(fēng)險(xiǎn)評估作為風(fēng)險(xiǎn)管理的必備環(huán)節(jié),承擔(dān)著發(fā)現(xiàn)信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的重要作用,國內(nèi)外專家在充分研究與分析的基礎(chǔ)上,建立了數(shù)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)險(xiǎn)評估過程進(jìn)行約束和指導(dǎo)??傮w而言,國外開展風(fēng)險(xiǎn)評估的研究較早,風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)更加完善,雖然國內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評估的相關(guān)研究起步較晚,但是成果豐碩,已經(jīng)形成并建立了完善的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)體系,極大提高了國內(nèi)信息系統(tǒng)的安全性。
(1)國外風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)
從 20 世紀(jì) 80 年代開始,歐美等國家相繼投入到信息安全風(fēng)險(xiǎn)評估的標(biāo)準(zhǔn)研究及制定工作中,陸續(xù)頒布了滿足各自國家實(shí)際需求的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)。美國憑借強(qiáng)大的科技實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備,率先于 1983 年制定《可信計(jì)算化系統(tǒng)評估準(zhǔn)則》(TCSEC)[21],該標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)定了計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的技術(shù)細(xì)節(jié),將計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)依次劃分為最低保護(hù)等級、自主保護(hù)等級、強(qiáng)制保護(hù)等級、驗(yàn)證保護(hù)等級等四個(gè)安全性等級,對風(fēng)險(xiǎn)評估的相關(guān)研究與發(fā)展產(chǎn)生了非常重要的影響。參照美國的 TCSEC,英國、法國、德國與荷蘭共同制定《信息技術(shù)安全評估準(zhǔn)則》(ITSEC)[22],同樣把安全評估對象劃分了不同的安全等級。在綜合了 TCSEC 和ITSEC 的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上,美國聯(lián)合歐洲等國家制定《信息技術(shù)安全通用評估準(zhǔn)則》(CC)[23],用標(biāo)準(zhǔn)化的方法建立安全要求的部件功能集合,對安全評價(jià)目標(biāo)提出了安全評價(jià)保證級別。
圖 1-1 技術(shù)路線圖
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2 基礎(chǔ)理論及方法
2.1 相關(guān)概念
本文的研究對象是高安全等級信息系統(tǒng),所涉及的相關(guān)概念主要包括高安全等級信息系統(tǒng)、虛擬化技術(shù)、工業(yè)控制系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評估。
2.1.1 高安全等級信息系統(tǒng)
信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估根據(jù)信息系統(tǒng)在國家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)生活中的重要程度,遭到破壞后對國家安全、社會(huì)秩序、公共利益以及公民、法人和其他組織的合法權(quán)益的危害程度等,由低到高劃分為五個(gè)安全保護(hù)等級[1]。本文的研究對象為高安全等級信息系統(tǒng),特指第三級、第四級和和第五級信息系統(tǒng)。
高安全等級環(huán)境是指應(yīng)用于某些領(lǐng)域的,具有特殊安全需求的相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點(diǎn)如下:
(1)網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)男畔⑸婕皣野踩c利益;
(2)網(wǎng)絡(luò)與國際互聯(lián)網(wǎng)、或其他公共信息網(wǎng)絡(luò)之間不存在物理上的連接;
(3)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)嚴(yán)格的安全防護(hù)要求建設(shè)、管理與使用。因此,高安全等級網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中處理關(guān)系國家安全利益的信息,一般處于孤立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之中,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對有限,多數(shù)情況是以局域網(wǎng)或城域網(wǎng)的形式存在。在高安全等級信息系統(tǒng)投入使用后,保密行政管理部門對其進(jìn)行指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查。其中國家保密行政管理部門負(fù)責(zé)全國高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估工作的指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查;地方各級保密行政管理部門負(fù)責(zé)本行政區(qū)域高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估工作的指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查。
2.1.2 虛擬化技術(shù)
虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算的主要支撐技術(shù)之一,實(shí)現(xiàn)了以服務(wù)的方式為用戶提供各種軟硬件資源,同時(shí)也引入一系列新的安全問題。
虛擬化(Virtualization)的概念在 20 世紀(jì) 60 年代首次出現(xiàn),利用它可以對屬于稀有而昂貴資源的大型機(jī)硬件進(jìn)行分區(qū)。近年來,隨著云計(jì)算的全面落地實(shí)踐,虛擬化技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)勢日益體現(xiàn),不僅降低了 IT 成本,而且增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性和可靠性,虛擬化的概念也逐漸深入到人們?nèi)粘5墓ぷ髋c生活中。
虛擬化技術(shù)主要分為以下幾類:硬件虛擬化(Hardware virtualization),即利用物理主機(jī)的硬件及相關(guān)虛擬化軟件,創(chuàng)建一個(gè)能夠運(yùn)行操作系統(tǒng)的虛擬機(jī);桌面虛擬化(Desktop Virtualization),旨在將邏輯桌面與物理主機(jī)分開;其他一些針對不同對象的虛擬化技術(shù),包括應(yīng)用軟件、內(nèi)存、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)等。
圖 2-1 傳統(tǒng)架構(gòu)和虛擬化架構(gòu)
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2.2 方法理論概述
本文在研究過程中所應(yīng)用的方法理論主要包括層次分析法、模糊綜合評判法以及博弈論。
2.2.1 層次分析法
層次分析法(AHP)是美國匹茲堡大學(xué)教授薩泰(A.L.Saaty)首次提出,用于對系統(tǒng)問題進(jìn)行分析。
(1)建立層次分析結(jié)構(gòu)
分析系統(tǒng)問題,依據(jù)一定的規(guī)則將其從頂向下拆分為不同的層次結(jié)構(gòu),通常會(huì)拆分為三個(gè)層次,第一層為需要實(shí)現(xiàn)的目的,第二層為需要遵守的規(guī)則,第三層為采取的具體措施。
(2)構(gòu)造判斷矩陣
在層次分析結(jié)構(gòu)中,每一個(gè)元素的重要性是不一樣的,以每一個(gè)元素的權(quán)重值為基礎(chǔ)構(gòu)造判斷矩陣。
2.2.2 模糊綜合評判法
在風(fēng)險(xiǎn)評估過程中,評估的因素會(huì)存在很多,特別容易忽略掉某些因素,從而使評估結(jié)果出現(xiàn)偏差,而模糊綜合評判法利用模糊數(shù)學(xué)及隸屬度等理論,綜合考慮所有評估因素,使評估結(jié)果更加科學(xué)全面。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
(1)選取評估指標(biāo)
基于評估對象的特點(diǎn)及環(huán)境,綜合分析能夠?qū)υu估對象產(chǎn)生影響的所有因素,并將這些因素構(gòu)成一個(gè)集合。
(2)設(shè)定指標(biāo)權(quán)重
依據(jù)評估指標(biāo)對評估對象的影響程度的大小,這里的影響大小是指標(biāo)之間相對而言,為所有的評估指標(biāo)設(shè)定權(quán)重,記為 Q。
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3 傳統(tǒng)高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的挑戰(zhàn)..........................17
3.1 傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估..............................18
3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)評估基本原理.............................18
3.1.2 存在的不足之處........................19
4 基于博弈論的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型構(gòu)建...........................30
4.1 高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的界定及特點(diǎn).............................31
4.1.1 高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的界定.............................31
4.1.2 高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的特點(diǎn)...............................32
5 基于虛擬化技術(shù)的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型構(gòu)建.............................50
5.1 虛擬化系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)工作............................51
5.2 虛擬化系統(tǒng)脆弱性分析...................................51
7 高安全等級信息系統(tǒng)安全保密風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.1 信息系統(tǒng)評估內(nèi)容的關(guān)聯(lián)分析
對高安全等級信息系統(tǒng)進(jìn)行評估時(shí),對應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)定義了多種評估內(nèi)容,形成了豐富的評估指標(biāo),如日常管理、安全審計(jì)、異常事件等,旨在從多個(gè)維度描述高安全等級信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)狀況,并指導(dǎo)信息系統(tǒng)建設(shè)人員對高安全等級信息系統(tǒng)進(jìn)行有針對性地修正。然而,不同指標(biāo)可能對應(yīng)了相似甚至相同的評估內(nèi)容,從而出現(xiàn)針對某些評估內(nèi)容的重復(fù)測量的問題。
因而,本問題將基于歷史評估數(shù)據(jù),從整體上了解各個(gè)評估指標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,定位那些強(qiáng)關(guān)聯(lián)的評估項(xiàng),一方面輔助隊(duì)評估項(xiàng)包含的評估小項(xiàng)進(jìn)行修正(刪除、調(diào)整等),避免重復(fù)測量,另一方面將輔助生成可靠的評估指標(biāo)體系,指導(dǎo)評估人員工作。
7.1.1 模型構(gòu)
為了挖掘評估內(nèi)容的之間的關(guān)聯(lián)特性,本文設(shè)計(jì)了關(guān)聯(lián)分析模型。該模型旨在為所有評估內(nèi)容,發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的其他評估內(nèi)容。此外,模型構(gòu)建時(shí),仍然考慮了模型運(yùn)行時(shí)的時(shí)間復(fù)雜度。本節(jié)首先描述了關(guān)聯(lián)分析時(shí)的部分名詞定義,隨后描述了具體的建模方法。
2.建模方法
(1)將每個(gè)由評估小項(xiàng)構(gòu)成的評估記錄轉(zhuǎn)化為一個(gè)向量,并且過濾掉那些評估小項(xiàng)值為滿足的指標(biāo)。向量中的每個(gè)元素 ele 由評估小項(xiàng)的唯一標(biāo)識(shí) sign 和評估結(jié)果 result 構(gòu)成,即 ele ={sign,result}。其中 result 可以為滿足(由 2 表示)、基本滿足(由 1 表示)、不滿足(由 0 表示)。此外,通過過濾一方面能夠降低計(jì)算的復(fù)雜度,另一方面減少滿足的評估指標(biāo)對于評估小項(xiàng)頻繁項(xiàng)挖掘的影響。
(2)利用關(guān)聯(lián)分析方法,從由多個(gè)向量組成序列中,挖掘由多個(gè)元素組成的具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的頻繁項(xiàng) xi={ele1,ele2,…,elen}。由于元素在序列中出現(xiàn)的頻次 c(ele),直接影響了頻繁項(xiàng)的提取結(jié)果。為了保證算法的運(yùn)行時(shí)間,以及發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻次不同的元素 elei的頻繁項(xiàng),對于那些在序列中出現(xiàn)頻率不同的元素,在挖掘其頻繁項(xiàng)時(shí)做了如下處理:
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8 總結(jié)與展望
8.1 研究總結(jié)
風(fēng)險(xiǎn)評估是指對威脅、漏洞、資產(chǎn)及由此帶來的風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行評估,通過對高安全等級信息系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)高安全等級信息系統(tǒng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)及安全隱患,安全管理人員依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級采取必要的安全防護(hù)措施,確保高安全等級信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
本文系統(tǒng)地研究了信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的理論及方法,根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合高安全等級信息系統(tǒng)的特點(diǎn),融合了十幾年的風(fēng)險(xiǎn)評估經(jīng)驗(yàn)和案例,優(yōu)化了評估指標(biāo)體系和評估模型,改進(jìn)了評估過程中每個(gè)階段的具體操作步驟,保證了風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的可信度和實(shí)用性,提出了切實(shí)可行的高安全等級信息系統(tǒng)安全防護(hù)和管理的合理建議,為深入高效的開展高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估提供有力支撐,為國家相關(guān)行政部門對高安全等級信息系統(tǒng)的管理決策提供關(guān)鍵依據(jù)。
8.1.1 風(fēng)險(xiǎn)評估模型總結(jié)分析本文分析了三種不同的風(fēng)險(xiǎn)評估應(yīng)用場景,分別是傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)、基于虛擬化技術(shù)的高安全等級信息系統(tǒng)和面向互聯(lián)互通的高安全等級信息系統(tǒng),針對不同的應(yīng)用場景,本文分別設(shè)計(jì)了不同的風(fēng)險(xiǎn)評估模型和方法。
(1)傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)
在傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境由服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成,尚未引入虛擬化技術(shù)或互聯(lián)互通功能,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較單一。針對傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng),在實(shí)際評估過程中,評估指標(biāo)的重要性差異是客觀存在的,并受到?jīng)Q策者的主觀意愿影響。在確定評估指標(biāo)的權(quán)重時(shí),都是依據(jù)專家評估經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定,很容易使評估結(jié)果出現(xiàn)偏差。所以風(fēng)險(xiǎn)評估方法需要及時(shí)更新,研制出切實(shí)可靠實(shí)用的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的方法。
本文依據(jù)高安全等級信息系統(tǒng)的特點(diǎn)及防護(hù)要求,選取風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo),并構(gòu)建多層次指標(biāo)體系。基于該指標(biāo)體系,將博弈理論引入到風(fēng)險(xiǎn)評估中,把評估人員的防御方法與攻擊人員的攻擊方法作為攻防博弈的基礎(chǔ),通過構(gòu)建攻防博弈模型,分析評估人員及攻擊人員在攻防過程中獲得的收益及付出的開銷,一方面證明納什均衡點(diǎn)的存在,另一方面為攻防博弈模型提供理論基礎(chǔ)。結(jié)合高安全等級信息系統(tǒng)的安全等級,計(jì)算得到信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值,使得風(fēng)險(xiǎn)評估過程更加科學(xué)合理。
參考文獻(xiàn)(略)
1 引言
1.1 論文背景及意義
高安全等級信息系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估主要從信息系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行、態(tài)勢等方面對高安全等級信息系統(tǒng)的安全保障狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估和判斷,以明確我國信息安全保障體系的建設(shè)水平和保障能力,為國家信息安全保障宏觀決策提供支持和依據(jù)[3]。
1.1.1 研究背景
隨著信息社會(huì)的迅猛發(fā)展,信息系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,與此同時(shí),信息系統(tǒng)的安全保密問題成為了不可忽視的問題,尤其是高安全等級信息系統(tǒng),由于其存儲(chǔ)和處理關(guān)鍵信息,一旦安全保密工作出現(xiàn)疏忽,就會(huì)造成關(guān)鍵信息泄露,嚴(yán)重危害國家經(jīng)濟(jì)及政治生態(tài)安全
(1)信息安全的形勢日益嚴(yán)峻
邁入二十一世紀(jì)的人類生活在一個(gè)嶄新的全球化信息時(shí)代,信息的觸角已延伸到國家和社會(huì)的每一個(gè)角落。人們在享受信息帶來的巨大便利的同時(shí),也承受著空前的信息影響和控制。信息作為支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的重要戰(zhàn)略資源,是一個(gè)國家政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化各領(lǐng)域活動(dòng)開展的必要條件。隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對信息和高安全等級信息系統(tǒng)的依賴程度日益增強(qiáng),電力、電信、交通、銀行等直接關(guān)系國計(jì)民生的高安全等級信息系統(tǒng)在受到傳統(tǒng)的物理性破壞的同時(shí)又面臨新興的虛擬化的攻擊,高安全等級信息系統(tǒng)的安全問題隨之凸顯。高安全等級信息系統(tǒng)隨時(shí)面臨遭受無意破壞甚至惡意破壞,輕者導(dǎo)致少量的經(jīng)濟(jì)損失或短時(shí)間的不便,重者則威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全,甚至危害到國家安全。高安全等級信息系統(tǒng)的安全問題已成為關(guān)系國家安全的戰(zhàn)略性問題。
當(dāng)前,我國信息安全面臨的形勢依然十分嚴(yán)峻,維護(hù)國家信息安全的任務(wù)依然十分艱巨。國外敵對勢力對我國高安全等級信息系統(tǒng)的滲透和顛覆活動(dòng)從未停止并不斷升級;境內(nèi)外反動(dòng)勢力在國外敵對勢力的支持下,對高安全等級信息系統(tǒng)頻繁進(jìn)行攻擊和破壞;國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)違法犯罪持續(xù)大幅上升,網(wǎng)絡(luò)竊密情況嚴(yán)重,計(jì)算機(jī)病毒傳播和網(wǎng)絡(luò)非法入侵十分嚴(yán)重,犯罪分子利用一些高安全等級信息系統(tǒng)的安全漏洞進(jìn)行違法犯罪,給用戶造成嚴(yán)重?fù)p失,引發(fā)諸多社會(huì)問題;高安全等級信息系統(tǒng)安全管理不善,安全措施不到位,高安全等級信息系統(tǒng)運(yùn)行事故時(shí)有發(fā)生。
高安全等級信息系統(tǒng)軟件的安全漏洞仍是各種安全威脅的主要根源,利用系統(tǒng)漏洞植入的木馬程序?qū)ξ覈ヂ?lián)網(wǎng)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。特別值得注意的是計(jì)算機(jī)黑客和其它信息安全破壞者的一些高技術(shù)行為,例如非授權(quán)訪問和種植病毒,表明入侵者具備高端的計(jì)算機(jī)文化理念,并非常熟悉信息技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顩r。他們甚至能夠使用諸如 Modem 追蹤軟件之類的復(fù)雜設(shè)備和工具,搜索高安全等級信息系統(tǒng)的脆弱點(diǎn),給全球互聯(lián)網(wǎng)安全造成更大范圍和更深程度的威脅和破壞。
...........................
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在信息時(shí)代,信息安全內(nèi)涵進(jìn)一步豐富,在內(nèi)容上不僅包括國家秘密,也包括商業(yè)秘密、個(gè)人隱私等其他情報(bào)信息資源。信息安全與國家的政治安全、經(jīng)濟(jì)安全、文化安全和國防安全不可分割,對國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展基礎(chǔ)性、全局性作用日益凸顯,被稱為“第一安全”。從整個(gè)世界范圍看,信息安全的第一地位已經(jīng)成為各國普遍共識(shí)。
總體上看,2017-2018 年度,國際信息安全領(lǐng)域威脅加劇,高安全等級信息系統(tǒng)頻遭受密集攻擊,網(wǎng)絡(luò)恐怖主義出現(xiàn)新形勢,斯諾登事件更是將各國政府監(jiān)聽監(jiān)控由暗轉(zhuǎn)明。為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全形勢,各國提供巨大的人力、物力、財(cái)力開展風(fēng)險(xiǎn)評估研究工作,本文主要研究高安全等級信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估,所以,重點(diǎn)分析了風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)評估方法、虛擬化系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估以及高安全等級信息系統(tǒng)互聯(lián)互通方法三個(gè)方面的研究現(xiàn)狀。
1.2.1 風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)及方法研究現(xiàn)狀
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)及方法也發(fā)生了巨大的變化,國內(nèi)外的相關(guān)政府及安全組織積極制定標(biāo)準(zhǔn)并研究適用于風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)的評估方法。
1.風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)
信息安全中三分靠技術(shù)和七分靠管理,風(fēng)險(xiǎn)評估作為風(fēng)險(xiǎn)管理的必備環(huán)節(jié),承擔(dān)著發(fā)現(xiàn)信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的重要作用,國內(nèi)外專家在充分研究與分析的基礎(chǔ)上,建立了數(shù)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)險(xiǎn)評估過程進(jìn)行約束和指導(dǎo)??傮w而言,國外開展風(fēng)險(xiǎn)評估的研究較早,風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)更加完善,雖然國內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評估的相關(guān)研究起步較晚,但是成果豐碩,已經(jīng)形成并建立了完善的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)體系,極大提高了國內(nèi)信息系統(tǒng)的安全性。
(1)國外風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)
從 20 世紀(jì) 80 年代開始,歐美等國家相繼投入到信息安全風(fēng)險(xiǎn)評估的標(biāo)準(zhǔn)研究及制定工作中,陸續(xù)頒布了滿足各自國家實(shí)際需求的風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)。美國憑借強(qiáng)大的科技實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備,率先于 1983 年制定《可信計(jì)算化系統(tǒng)評估準(zhǔn)則》(TCSEC)[21],該標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)定了計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的技術(shù)細(xì)節(jié),將計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)依次劃分為最低保護(hù)等級、自主保護(hù)等級、強(qiáng)制保護(hù)等級、驗(yàn)證保護(hù)等級等四個(gè)安全性等級,對風(fēng)險(xiǎn)評估的相關(guān)研究與發(fā)展產(chǎn)生了非常重要的影響。參照美國的 TCSEC,英國、法國、德國與荷蘭共同制定《信息技術(shù)安全評估準(zhǔn)則》(ITSEC)[22],同樣把安全評估對象劃分了不同的安全等級。在綜合了 TCSEC 和ITSEC 的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上,美國聯(lián)合歐洲等國家制定《信息技術(shù)安全通用評估準(zhǔn)則》(CC)[23],用標(biāo)準(zhǔn)化的方法建立安全要求的部件功能集合,對安全評價(jià)目標(biāo)提出了安全評價(jià)保證級別。
圖 1-1 技術(shù)路線圖
2 基礎(chǔ)理論及方法
2.1 相關(guān)概念
本文的研究對象是高安全等級信息系統(tǒng),所涉及的相關(guān)概念主要包括高安全等級信息系統(tǒng)、虛擬化技術(shù)、工業(yè)控制系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評估。
2.1.1 高安全等級信息系統(tǒng)
信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估根據(jù)信息系統(tǒng)在國家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)生活中的重要程度,遭到破壞后對國家安全、社會(huì)秩序、公共利益以及公民、法人和其他組織的合法權(quán)益的危害程度等,由低到高劃分為五個(gè)安全保護(hù)等級[1]。本文的研究對象為高安全等級信息系統(tǒng),特指第三級、第四級和和第五級信息系統(tǒng)。
高安全等級環(huán)境是指應(yīng)用于某些領(lǐng)域的,具有特殊安全需求的相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點(diǎn)如下:
(1)網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)男畔⑸婕皣野踩c利益;
(2)網(wǎng)絡(luò)與國際互聯(lián)網(wǎng)、或其他公共信息網(wǎng)絡(luò)之間不存在物理上的連接;
(3)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)嚴(yán)格的安全防護(hù)要求建設(shè)、管理與使用。因此,高安全等級網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中處理關(guān)系國家安全利益的信息,一般處于孤立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之中,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對有限,多數(shù)情況是以局域網(wǎng)或城域網(wǎng)的形式存在。在高安全等級信息系統(tǒng)投入使用后,保密行政管理部門對其進(jìn)行指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查。其中國家保密行政管理部門負(fù)責(zé)全國高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估工作的指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查;地方各級保密行政管理部門負(fù)責(zé)本行政區(qū)域高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估工作的指導(dǎo)、監(jiān)督和檢查。
2.1.2 虛擬化技術(shù)
虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算的主要支撐技術(shù)之一,實(shí)現(xiàn)了以服務(wù)的方式為用戶提供各種軟硬件資源,同時(shí)也引入一系列新的安全問題。
虛擬化(Virtualization)的概念在 20 世紀(jì) 60 年代首次出現(xiàn),利用它可以對屬于稀有而昂貴資源的大型機(jī)硬件進(jìn)行分區(qū)。近年來,隨著云計(jì)算的全面落地實(shí)踐,虛擬化技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)勢日益體現(xiàn),不僅降低了 IT 成本,而且增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性和可靠性,虛擬化的概念也逐漸深入到人們?nèi)粘5墓ぷ髋c生活中。
虛擬化技術(shù)主要分為以下幾類:硬件虛擬化(Hardware virtualization),即利用物理主機(jī)的硬件及相關(guān)虛擬化軟件,創(chuàng)建一個(gè)能夠運(yùn)行操作系統(tǒng)的虛擬機(jī);桌面虛擬化(Desktop Virtualization),旨在將邏輯桌面與物理主機(jī)分開;其他一些針對不同對象的虛擬化技術(shù),包括應(yīng)用軟件、內(nèi)存、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)等。
圖 2-1 傳統(tǒng)架構(gòu)和虛擬化架構(gòu)
2.2 方法理論概述
本文在研究過程中所應(yīng)用的方法理論主要包括層次分析法、模糊綜合評判法以及博弈論。
2.2.1 層次分析法
層次分析法(AHP)是美國匹茲堡大學(xué)教授薩泰(A.L.Saaty)首次提出,用于對系統(tǒng)問題進(jìn)行分析。
(1)建立層次分析結(jié)構(gòu)
分析系統(tǒng)問題,依據(jù)一定的規(guī)則將其從頂向下拆分為不同的層次結(jié)構(gòu),通常會(huì)拆分為三個(gè)層次,第一層為需要實(shí)現(xiàn)的目的,第二層為需要遵守的規(guī)則,第三層為采取的具體措施。
(2)構(gòu)造判斷矩陣
在層次分析結(jié)構(gòu)中,每一個(gè)元素的重要性是不一樣的,以每一個(gè)元素的權(quán)重值為基礎(chǔ)構(gòu)造判斷矩陣。
2.2.2 模糊綜合評判法
在風(fēng)險(xiǎn)評估過程中,評估的因素會(huì)存在很多,特別容易忽略掉某些因素,從而使評估結(jié)果出現(xiàn)偏差,而模糊綜合評判法利用模糊數(shù)學(xué)及隸屬度等理論,綜合考慮所有評估因素,使評估結(jié)果更加科學(xué)全面。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
(1)選取評估指標(biāo)
基于評估對象的特點(diǎn)及環(huán)境,綜合分析能夠?qū)υu估對象產(chǎn)生影響的所有因素,并將這些因素構(gòu)成一個(gè)集合。
(2)設(shè)定指標(biāo)權(quán)重
依據(jù)評估指標(biāo)對評估對象的影響程度的大小,這里的影響大小是指標(biāo)之間相對而言,為所有的評估指標(biāo)設(shè)定權(quán)重,記為 Q。
................................
3 傳統(tǒng)高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的挑戰(zhàn)..........................17
3.1 傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估..............................18
3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)評估基本原理.............................18
3.1.2 存在的不足之處........................19
4 基于博弈論的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型構(gòu)建...........................30
4.1 高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的界定及特點(diǎn).............................31
4.1.1 高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的界定.............................31
4.1.2 高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的特點(diǎn)...............................32
5 基于虛擬化技術(shù)的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型構(gòu)建.............................50
5.1 虛擬化系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)工作............................51
5.2 虛擬化系統(tǒng)脆弱性分析...................................51
7 高安全等級信息系統(tǒng)安全保密風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.1 信息系統(tǒng)評估內(nèi)容的關(guān)聯(lián)分析
對高安全等級信息系統(tǒng)進(jìn)行評估時(shí),對應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)定義了多種評估內(nèi)容,形成了豐富的評估指標(biāo),如日常管理、安全審計(jì)、異常事件等,旨在從多個(gè)維度描述高安全等級信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)狀況,并指導(dǎo)信息系統(tǒng)建設(shè)人員對高安全等級信息系統(tǒng)進(jìn)行有針對性地修正。然而,不同指標(biāo)可能對應(yīng)了相似甚至相同的評估內(nèi)容,從而出現(xiàn)針對某些評估內(nèi)容的重復(fù)測量的問題。
因而,本問題將基于歷史評估數(shù)據(jù),從整體上了解各個(gè)評估指標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,定位那些強(qiáng)關(guān)聯(lián)的評估項(xiàng),一方面輔助隊(duì)評估項(xiàng)包含的評估小項(xiàng)進(jìn)行修正(刪除、調(diào)整等),避免重復(fù)測量,另一方面將輔助生成可靠的評估指標(biāo)體系,指導(dǎo)評估人員工作。
7.1.1 模型構(gòu)
為了挖掘評估內(nèi)容的之間的關(guān)聯(lián)特性,本文設(shè)計(jì)了關(guān)聯(lián)分析模型。該模型旨在為所有評估內(nèi)容,發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的其他評估內(nèi)容。此外,模型構(gòu)建時(shí),仍然考慮了模型運(yùn)行時(shí)的時(shí)間復(fù)雜度。本節(jié)首先描述了關(guān)聯(lián)分析時(shí)的部分名詞定義,隨后描述了具體的建模方法。
2.建模方法
(1)將每個(gè)由評估小項(xiàng)構(gòu)成的評估記錄轉(zhuǎn)化為一個(gè)向量,并且過濾掉那些評估小項(xiàng)值為滿足的指標(biāo)。向量中的每個(gè)元素 ele 由評估小項(xiàng)的唯一標(biāo)識(shí) sign 和評估結(jié)果 result 構(gòu)成,即 ele ={sign,result}。其中 result 可以為滿足(由 2 表示)、基本滿足(由 1 表示)、不滿足(由 0 表示)。此外,通過過濾一方面能夠降低計(jì)算的復(fù)雜度,另一方面減少滿足的評估指標(biāo)對于評估小項(xiàng)頻繁項(xiàng)挖掘的影響。
(2)利用關(guān)聯(lián)分析方法,從由多個(gè)向量組成序列中,挖掘由多個(gè)元素組成的具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的頻繁項(xiàng) xi={ele1,ele2,…,elen}。由于元素在序列中出現(xiàn)的頻次 c(ele),直接影響了頻繁項(xiàng)的提取結(jié)果。為了保證算法的運(yùn)行時(shí)間,以及發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)頻次不同的元素 elei的頻繁項(xiàng),對于那些在序列中出現(xiàn)頻率不同的元素,在挖掘其頻繁項(xiàng)時(shí)做了如下處理:
.......................
8 總結(jié)與展望
8.1 研究總結(jié)
風(fēng)險(xiǎn)評估是指對威脅、漏洞、資產(chǎn)及由此帶來的風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行評估,通過對高安全等級信息系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)高安全等級信息系統(tǒng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)及安全隱患,安全管理人員依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級采取必要的安全防護(hù)措施,確保高安全等級信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
本文系統(tǒng)地研究了信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的理論及方法,根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合高安全等級信息系統(tǒng)的特點(diǎn),融合了十幾年的風(fēng)險(xiǎn)評估經(jīng)驗(yàn)和案例,優(yōu)化了評估指標(biāo)體系和評估模型,改進(jìn)了評估過程中每個(gè)階段的具體操作步驟,保證了風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的可信度和實(shí)用性,提出了切實(shí)可行的高安全等級信息系統(tǒng)安全防護(hù)和管理的合理建議,為深入高效的開展高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估提供有力支撐,為國家相關(guān)行政部門對高安全等級信息系統(tǒng)的管理決策提供關(guān)鍵依據(jù)。
8.1.1 風(fēng)險(xiǎn)評估模型總結(jié)分析本文分析了三種不同的風(fēng)險(xiǎn)評估應(yīng)用場景,分別是傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)、基于虛擬化技術(shù)的高安全等級信息系統(tǒng)和面向互聯(lián)互通的高安全等級信息系統(tǒng),針對不同的應(yīng)用場景,本文分別設(shè)計(jì)了不同的風(fēng)險(xiǎn)評估模型和方法。
(1)傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)
在傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境由服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成,尚未引入虛擬化技術(shù)或互聯(lián)互通功能,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較單一。針對傳統(tǒng)的高安全等級信息系統(tǒng),在實(shí)際評估過程中,評估指標(biāo)的重要性差異是客觀存在的,并受到?jīng)Q策者的主觀意愿影響。在確定評估指標(biāo)的權(quán)重時(shí),都是依據(jù)專家評估經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定,很容易使評估結(jié)果出現(xiàn)偏差。所以風(fēng)險(xiǎn)評估方法需要及時(shí)更新,研制出切實(shí)可靠實(shí)用的高安全等級信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估的方法。
本文依據(jù)高安全等級信息系統(tǒng)的特點(diǎn)及防護(hù)要求,選取風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo),并構(gòu)建多層次指標(biāo)體系。基于該指標(biāo)體系,將博弈理論引入到風(fēng)險(xiǎn)評估中,把評估人員的防御方法與攻擊人員的攻擊方法作為攻防博弈的基礎(chǔ),通過構(gòu)建攻防博弈模型,分析評估人員及攻擊人員在攻防過程中獲得的收益及付出的開銷,一方面證明納什均衡點(diǎn)的存在,另一方面為攻防博弈模型提供理論基礎(chǔ)。結(jié)合高安全等級信息系統(tǒng)的安全等級,計(jì)算得到信息系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值,使得風(fēng)險(xiǎn)評估過程更加科學(xué)合理。
參考文獻(xiàn)(略)
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