了解威脅建模框架、方法和工具可以幫你更好地識別、量化和排序面臨的威脅。

威脅建模是一個結構化的過程，IT專業人員可以通過該過程識別潛在的安全威脅和漏洞，量化每個威脅的嚴重性，并確定技術的優先級以緩解攻擊并保護IT資產。

這個寬泛的定義聽起來可能像是網絡安全專業人員的職位描述，但是威脅模型的重要之處在于它是系統的和結構化的。威脅建模人員將執行一系列具體步驟，以全面了解他們試圖保護的IT環境，識別漏洞和潛在攻擊者。

總的來說，威脅建模在某種程度上仍然是科學和藝術的綜合體，并沒有單一的威脅建模過程規范。威脅建模的實踐借鑒了各種早期的安全實踐，最著名的是1990年代開發的“攻擊樹”的概念。1999年，Microsoft員工Loren Kohnfelder和Praerit Garg在公司內部分發了一份名為“我們產品的威脅”的文件¹，該文件被許多人認為是威脅建模的第一個明確描述。

Kohnfelder和Garg將他們的建議稱為“STRIDE框架”，我們將在本文后面詳細討論它的細節。如今我們已經擁有各種各樣的威脅建模框架和方法，這些模型側重點不同，其中一些模型針對特定安全技術領域，例如，應用程序安全。在本文中，我們將幫助您了解所有這些方法的共同點，以及哪種特定的技術可能適合您。

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威脅建模流程和步驟

每種的威脅建模方法都包含一系列步驟，我們將在本文后面的部分中討論每個步驟的細微差別。首先，我們將看一下所有這些方法共有的基本邏輯流程。對威脅建模過程最簡潔明了的概述之一來自軟件工程師Goran Aviani，他指出威脅模型的目的是回答四個問題：

• 我們面對的是什么?
• 可能會有哪些問題(威脅)?
• 我們該怎么做?
• 我們做得好嗎?

反過來，威脅建模過程應包括四個主要步驟，每個步驟都會為這些問題之一提供答案。

• 分解應用程序或基礎架構
• 確定威脅
• 確定對策和緩解措施
• 排序威脅

為了準確了解這些步驟中的每個步驟，我們需要討論構成威脅建模基礎的特定技術。

威脅建模技術

上面列出的步驟中，最陌生的術語可能是分解(Decompose)。分解應用程序或基礎架構意味著什么?軟件工程師Andrea Della Corte認為，廣義上講，分解應用程序包括“了解應用程序及其與外部實體的交互方式。這涉及創建用例，以了解應用程序的使用方式，確定入口點以查看潛在的攻擊者可以在哪里與應用程序進行交互，確定資產(即攻擊者可能會感興趣的項目/區域)，并標識表示應用程序將授予外部實體的訪問權限的信任級別。”(他在這里專門談論應用程序安全性，但是顯然，從廣義上講，這也適用于對基礎結構的看法。)

分解應用程序的一種技術是構建數據流程圖。這是1970年代開發的一種方法，以可視方式展示數據如何在應用程序或系統中移動，以及各個組件在何處更改或存儲數據。其中信任邊界是在2000年代初期添加進來的概念，特指數據流中的卡點，在該點上需要對數據進行驗證，然后數據才能被接收該數據的實體使用。信任邊界是用數據流程圖進行威脅建模的關鍵。

在線銀行應用的數據流程圖示例

下圖是在線銀行應用程序的數據流程圖;虛線表示信任邊界，數據可能會在信任邊界被更改，因此需要采取安全措施。

網上銀行應用程序的數據流程圖(作者為Wei Zhang和Marco Morana，以OWASP許可分發)

更深入的數據流程圖威脅建模方法可以參考微軟的這個文檔²。

由于數據流程圖是由系統工程師而不是安全專家開發的，因此它們包含了許多威脅建模不需要的開銷。數據流程圖的一種替代方法是過程流程圖。兩者在總體概念上相似，但后者更加精簡，并且側重于用戶和執行代碼在系統中的移動方式，更緊密地反映了攻擊者的思維方式(例如下圖)。

繪制攻擊樹也是一種威脅建模技術，當您確定要對應用程序或基礎結構潛在威脅的階段時，它就變得非常重要。攻擊樹由90年代后期的信息安全傳奇人物布魯斯·施耐爾(Bruce Schneier)開創。它們由代表不同事件的一系列父節點和子節點組成，子節點是必須滿足的條件才能使父節點為真。根節點(圖中的最高父節點)是攻擊的總體目標。借助攻擊樹，威脅建模者可以看到必須組合哪些情況才能使威脅成功。下圖顯示了一個簡單的銀行應用攻擊樹，說明了病毒可能成功感染文件的不同方式。

下圖是Hackinthebox從攻擊者的角度構建的攻擊樹示例，可以幫助您了解自己所面臨的威脅。

威脅建模框架和方法

威脅建模的各種結構化方法通常稱為框架或方法論(本文中這兩個術語基本上可以互換使用)。目前的威脅建模框架和方法有很多，我們挑幾個最流行的介紹如下：

1. 7種頂級威脅建模方法

• STRIDE
• DREAD
• PASTA
• VAST
• Trike
• OCTAVE
• NIST

2. STRIDE威脅建模

如上所述，STRIDE是威脅建模的祖父，最早于90年代末在Microsoft開發。STRIDE代表六種威脅，每種都對CIA三要素構成威脅，具體如下：

• 欺騙或冒充他人或計算機，影響真實性
• 篡改數據，這會破壞完整性
• 抵賴，或無法將執行的操作關聯到操作者，這違反了不可抵賴性
• 信息泄露，違反機密性
• 拒絕服務，這違反了可用性
• 特權提升，違反授權

3. DREAD威脅建模

DREAD被認為是STRIDE模型的一個附加組件，該模型使建模人員可以在確定威脅后對其進行排名。對于每個潛在威脅，DREAD代表六個問題：

• 潛在損害：如果利用漏洞，造成的損害有多大?
• 重現性：重現攻擊有多容易?
• 可利用性：發動攻擊有多容易?
• 受影響的用戶：大概影響了多少用戶?
• 可發現性：查找漏洞有多容易?

這些問題中的每一個都得到1-3分的評分。

4. PASTA威脅建模

PASTA代表攻擊模擬和威脅分析過程，它是一個七步驟過程，致力于使技術安全要求與業務目標保持一致。每個步驟都非常復雜，由幾個子步驟組成，但是總體順序如下：

• 定義目標
• 定義技術范圍
• 應用程序分解
• 威脅分析
• 漏洞和弱點分析
• 攻擊建模
• 風險與影響分析

5. VAST威脅建模

VAST代表可視化，敏捷威脅建模。該模型是 ThreatModeler(自動威脅建模平臺)的基礎，該平臺可以區分應用程序和運營威脅模型。VAST專為集成到圍繞devops構建的工作流中而設計。

6. Trike威脅建模

Trike是用于威脅建模和風險評估的框架的開源工具，它基于防御的角度，而不是試圖模仿攻擊者的思維過程。使用Trike，您可以為要防御的系統建模，并通過CRUD的角度評估每個組件，也就是說，誰可以創建，讀取，更新或刪除該實體。通過遍歷數據流程圖來識別威脅，每種威脅僅分為兩類：拒絕服務或特權提升。

7. OCTAVE威脅建模

OCTAVE代表“運營關鍵威脅，資產和脆弱性評估”，是卡耐基梅隆大學開發的一種威脅建模方法，其重點是組織風險而不是技術風險。它包括三個階段：

• 建立基于資產的威脅配置文件
• 識別基礎架構漏洞
• 制定安全策略和計劃

8. NIST威脅建模

美國國家標準技術研究院擁有自己的以數據為中心的威脅建模方法，該方法包括四個步驟：

• 系統和數據識別和表征
• 識別并選擇要包含在模型中的攻擊媒介
• 表征緩解攻擊媒介的安全控件
• 分析威脅模型

該NIST草案還包括一個方法的具體應用實例。如果您正在尋找威脅建模示例，那么這是一個很棒的文檔，可以閱讀該文檔以了解流程如何工作。

威脅建模優秀實踐

無論選擇哪種框架，都應遵循一些實踐方法。但最重要的(通常也是很難做到的)是將威脅建模作為系統開發過程中的優先事項。如果能在項目開發伊始就做到這一點，以后可以省去很多麻煩，因為安全性可以被深深“植入”到應用程序或系統中。

另一個最佳實踐是不要將應用程序和系統彼此隔離。Michael Santarcangelo寫道：“如果各種威脅模型以相同的方式相互連接，并且應用程序和組件作為IT系統的一部分進行交互，那么結果將是一個全面的攻擊面，CISO可以使用該攻擊面來理解整個企業的整體威脅組合。”

我們還敦促您避免常見的威脅建模錯誤。簡而言之：不要過于關注頭條新聞上的威脅;不要忘記您的用戶可能是所有人中最大的無意威脅;不要忘記威脅模型應該是“活著”的文檔，并且需要不斷更新。

威脅建模工具

需要指出的是，上面列出的兩種方法(VAST和Trike)實際上是圍繞特定的軟件工具構建的。還有一些支持其他方法的工具，例如，Microsoft提供了免費的威脅建模工具，而OWASP Foundation也推出了自己的桌面和web版本的威脅建模工具——Threat Dragon³。

實際上，這里描述的許多方法都是概念性的，并未與任何軟件聯系在一起。攻擊樹或數據流程圖可以用筆和紙繪制。正如Luca Bongiorni的演講所解釋的那樣，用于威脅建模的一些最受歡迎的工具是Microsoft Visio和Excel。開始為基礎架構進行威脅建模的門檻很低，但回報卻很高。

參考資料：

• 最早的威脅建模論文：https://www.microsoft.com/security/blog/2009/08/27/the-threats-to-our-products/
• Uncover Security Design Flaws Using The STRIDE Approach：https://docs.microsoft.com/en-us/archive/msdn-magazine/2006/november/uncover-security-design-flaws-using-the-stride-approach
• OWASP威脅建模工具Threat Dragon：https://owasp.org/www-project-threat-dragon/

【本文是51CTO專欄作者“安全牛”的原創文章，轉載請通過安全牛（微信公眾號id:gooann-sectv）獲取授權】

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