高性能计算(HPC)行业安全与发展:2024年深度分析

通过实现高性能计算安全增强研究完整性
本篇文章的部分核心观点、图表及数据,出自云安全联盟于2025年1月8日发布的报告《通过实现高性能计算安全增强研究完整性》,如需获得原文,请前往文末下载。

高性能计算(HPC)在现代科学研究和技术发展中扮演着至关重要的角色。随着计算能力的不断提升,HPC系统面临着日益严峻的安全挑战。本文将深入分析HPC行业的安全现状、技术进展以及未来发展趋势,探讨如何在保障安全的前提下,最大化HPC系统的科研价值。

关键词:高性能计算(HPC)、网络安全、数据保护、零信任模型、漏洞管理

1. HPC安全挑战与应对策略

HPC系统的复杂性、远程访问的广泛使用以及敏感数据的存储,使其成为网络攻击的主要目标。组织应采取前瞻性安全措施,包括风险评估、漏洞管理、补丁管理、访问控制、监测和事件响应等,以保护HPC系统及其研究成果的完整性。

HPC系统通常由数千个相互连接的节点组成,这种复杂的基础设施增加了保护和管理的难度。例如,识别和修补漏洞、监测可疑活动以及部署安全更新都变得更加困难。此外,HPC系统使用的软件库(如MPI、OpenMP等)在HPC环境之外不常用,现有的安全工具可能无法有效应对这些软件带来的安全挑战。供应链问题也不容忽视,科研社区开发并共享的许多应用程序和信息库增加了供应链风险和攻击的可能性。远程访问的广泛使用可能引入安全风险,未经授权者可能通过入侵远程访问渠道接触敏感数据、安装恶意软件或干扰研究活动。敏感数据的存储更是招致网络攻击的主要原因,一旦数据丢失或被篡改,将给科研社区及数据拥有组织带来严重后果。高级威胁如拒绝服务(DoS)攻击等也日益成为HPC系统面临的主要挑战。

为了应对这些挑战,组织需要采取一系列前瞻性安全措施。风险评估可以帮助组织识别潜在的安全威胁和漏洞,从而制定相应的应对策略。漏洞管理则涉及定期扫描和修复系统中的安全漏洞,确保系统的安全性。补丁管理确保系统及时更新,以防止已知漏洞被利用。访问控制限制了对敏感数据和系统的访问权限,确保只有授权用户才能访问。监测和事件响应则有助于及时发现和应对安全事件,减少损失。

2. 技术创新与HPC安全

新的硬件和软件技术不断涌现,可以在不影响性能的情况下增强HPC系统的安全性。例如,基于硬件的安全性能可以把敏感数据与工作负载隔离,还有专门的软件可用于为高性能环境优化安全协议。

随着技术的不断进步,HPC供应商、研究人员和安全专家之间的合作日益紧密,共同开发创新性解决方案,以在速度与安全之间找到平衡。例如,基于硬件的安全技术如安全飞地(Secure Enclaves)可以提供一个隔离的环境,确保敏感数据在处理过程中不被泄露。此外,专门的软件工具如ReFrame和Spack等,可以帮助HPC系统更好地管理和部署软件包,确保系统的稳定性和安全性。这些工具不仅提高了系统的管理效率,还减少了因软件配置错误导致的安全风险。

在软件开发方面,应用安全控制措施如输入验证、错误处理、编码和转义等,可以有效防止恶意输入和数据泄露。输入验证确保只有正确类型和格式的数据能够输入到应用程序中,防止跨站脚本(XSS)和SQL注入(SQLi)等攻击。错误处理机制可以确保系统在遇到错误时能够优雅地退出并提醒用户,而不是继续使用错误的数据进行计算。编码和转义技术则可以防止注入攻击,确保数据的完整性和安全性。

3. 零信任模型在HPC中的应用

零信任模型强调“永不信任,总要验证”的原则,通过持续验证和严格的访问控制,最大限度缩小受攻击面,降低网络内部的横向移动风险,增强整体安全态势。

零信任模型在HPC环境中的应用,可以有效提高系统的安全性和研究的完整性。遵循NIST零信任架构(ZTA)框架,组织可以实施微分段,将网络划分为相互隔离的小段,限制横向移动并控制潜在威胁。多因素认证(MFA)可以增加一层安全保障,确保只有授权人员能够访问系统。强大的身份和访问管理(IAM)解决方案可以管理和控制用户的访问权限和角色,确保落实最低权限原则。持续监测和实时威胁检测有助于快速识别和响应可疑活动或异常情况,保护敏感信息不被未经授权访问。数据加密则确保传输中的和静止状态的数据安全,防止数据泄露。

零信任模型还可以通过相关机制征得用户对数据处理活动的明确同意,为个人数据提供透明性和控制。保护API的安全性,确保只有授权的应用程序能够访问和交互,进一步增强了系统的安全性。通过这些措施,零信任模型不仅保护了敏感数据,还保持了科研社区的可信性和声誉。

4. 漏洞管理与HPC系统安全

有效的漏洞管理对于提升HPC系统的科学成果至关重要。通过主动管理漏洞,组织可以确保数据的完整性、系统的可用性和研究的保密性,从而提升组织的声誉。

漏洞管理是HPC系统安全的关键环节。资产发现与清单管理可以帮助IT专业人员跟踪和维护公司数字环境内所有设备、软件、服务器等的记录。漏洞扫描器可以对系统和网络进行一系列测试,查找常见弱点或缺陷。补丁管理软件则确保计算机系统打上最新安全补丁,大多数补丁管理解决方案会自动检查更新,并在有新补丁发布时提示用户。安全配置管理(SCM)软件可以确保系统以安全的方式配置,跟踪和批准对设备安全设置的更改,保证系统安全策略合规。

指标测量是漏洞管理程序的重要组成部分,通过测量扫描覆盖率、扫描频率、关键漏洞数量、已关闭漏洞数量以及排除项等指标,可以评价漏洞管理的有效性。例如,美国陆军作战能力发展指挥部分析中心借助HPC对国防部的可存活性、脆弱性和致命性建模进行更快速和更复杂的分析,通过有效的漏洞管理,确保了系统的可用性和数据的完整性。

尽管打补丁修补漏洞有助于提高研究结果的完整性,但并非所有旧库和旧版软件都是可以修补或更换的。科学研究的可重复性需求往往决定了旧版软件必须保留,以防将来需要重复关键计算。因此,HPC系统的漏洞管理还必须考虑采用抑制漏洞的补偿性控制,以应对没有补丁可用的漏洞或需要为科研的可重复性而维持的遗留软件。

相关FAQs:

Q1: HPC系统为什么容易受到网络攻击?

A1: HPC系统通常由数千个相互连接的节点组成,这种复杂的基础设施增加了保护和管理的难度。此外,HPC系统使用的软件库在HPC环境之外不常用,现有的安全工具可能无法有效应对这些软件带来的安全挑战。远程访问的广泛使用也可能引入安全风险,未经授权者可能通过入侵远程访问渠道接触敏感数据、安装恶意软件或干扰研究活动。

Q2: 如何在不影响性能的情况下增强HPC系统的安全性?

A2: 新的硬件和软件技术不断涌现,可以在不影响性能的情况下增强HPC系统的安全性。例如,基于硬件的安全性能可以把敏感数据与工作负载隔离,还有专门的软件可用于为高性能环境优化安全协议。此外,应用安全控制措施如输入验证、错误处理、编码和转义等,可以有效防止恶意输入和数据泄露。

Q3: 零信任模型如何应用于HPC系统?

A3: 零信任模型强调“永不信任,总要验证”的原则,通过持续验证和严格的访问控制,最大限度缩小受攻击面,降低网络内部的横向移动风险,增强整体安全态势。遵循NIST零信任架构(ZTA)框架,组织可以实施微分段,将网络划分为相互隔离的小段,限制横向移动并控制潜在威胁。多因素认证(MFA)可以增加一层安全保障,确保只有授权人员能够访问系统。

Q4: 为什么漏洞管理对HPC系统至关重要?

A4: 有效的漏洞管理对于提升HPC系统的科学成果至关重要。通过主动管理漏洞,组织可以确保数据的完整性、系统的可用性和研究的保密性,从而提升组织的声誉。资产发现与清单管理、漏洞扫描、补丁管理、配置管理和指标测量等流程,可以帮助组织全面管理和控制系统的安全漏洞。

以上就是关于高性能计算(HPC)行业的安全与发展分析。HPC系统在科学研究和技术发展中发挥着重要作用,但同时也面临着严峻的安全挑战。通过采取前瞻性安全措施、应用创新技术、实施零信任模型和有效的漏洞管理,组织可以在保障安全的前提下,最大化HPC系统的科研价值。未来,随着技术的不断进步和安全意识的提高,HPC行业将能够更好地应对各种安全威胁,推动科学研究和技术发展的进一步进步。

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报告介绍:本报告由云安全联盟于2025年1月8日发布,共45页,本报告包含了关于高性能计算,信息安全的详细内容,欢迎下载PDF完整版。

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