39、操作系统级和应用程序保护：保障设备安全与用户体验-优快云博客

操作系统级和应用程序保护：保障设备安全与用户体验

1. 硬件防篡改与选择

在保护设备硬件方面，有多种防篡改的方法。例如，亚马逊提供了一些相关产品：
- Steel Security Cable Seal
- Locking tags for Containers, Cargo…

不过，并非所有方法都适用于你的解决方案，需要谨慎选择。接下来，我们将探讨如何锁定操作系统。

2. 构建全面接口的挑战

构建一个全面的接口，不仅要考虑应用程序本身，还要涵盖用户访问、更新等方面。通过应用程序/用户界面隐藏更多内容，可以提高设备的安全性。这一挑战可能决定产品的成败，为用户提供丰富、愉悦的体验，能增加用户对产品的认可度。

3. 最小化root访问

设备应易于使用，不要求终端用户具备管理应用程序和操作系统的专业技能。如果终端用户所在组织有能力维护此类解决方案，他们可能会自行开发。因此，应尽量防止终端用户直接访问操作系统，否则可能会带来以下风险：
- 添加或删除软件
- 更改系统配置
- 添加或删除系统或应用程序中的用户
- 移除安全防护措施或配置
- 更改或删除日志以掩盖痕迹（或完全删除日志）
- 对系统进行更改，使设备无法实现其预定功能

4. SUDO和限制控制台访问

尽量减少或完全消除终端用户对操作系统的直接访问。设备应像一个黑匣子，终端用户只能访问其设计的服务以及未被自动化的管理任务。可以通过以下方式实现：
- 在图形或Web UI背后，使用具有受限sudo权限的非root用户账户运行脚本。
- 如果终端用户可以登录系统并拥有终端访问权限，限制他们的可见内容和可执行操作，通过ACLs、SUID、SGID等机制控制文件权限。为有系统访问权限的用户提供有限的界面，但支持人员除外。

5. 非交互式LUKS加密

自动化磁盘加密可以将责任从终端用户手中移除，避免他们恶意更改加密设置。不进行自动化加密会导致用户体验不佳，并使解决方案易受攻击。

6. 将用户限制在应用程序空间

将所有终端用户设置为应用程序级用户，而非操作系统级用户。这样，用户只能与应用程序的界面进行交互，无法访问命令行shell，类似于应用程序沙箱，为解决方案增加了一层安全保护。

7. 应用程序在启动时自动启动

确保界面和应用程序在启动时自动启动，并使用systemd以非root用户身份运行。以下是一个示例：

# 启动并启用应用程序
$ systemctl --user start myapplication.service
$ systemctl --user enable myapplication.service

# 确保服务在用户未登录时也能运行
$ sudo loginctl enable-linger $USER

8. 构建简化配置的UI以提供出色的用户体验

为用户提供积极、有价值的用户体验（UX）至关重要。一个优秀的界面应满足以下要求：
- 直观性超出预期，用户可以轻松导航。
- 为终端用户提供适当数量的详细信息，避免过多管理问题。
- 考虑所有可能出现的支持和配置需求，使终端用户无需直接访问操作系统。
- 让终端用户无需大量培训即可使用设备的功能。

9. 初始配置 - 文本UI

以下是一个简单的文本UI初始配置流程：

graph LR
    A[欢迎屏幕] --> B[主菜单]
    B --> C[网络配置 - 开始（设置主机名）]
    C --> D[网络配置 - 进行中（IP地址设置）]
    D --> E[网络配置 - 继续（子网掩码和DNS设置）]
    E --> F[网络配置 - 确认]
    F --> G[配置执行]

在这个过程中，终端用户只需提供属性值，后台自动化完成配置更改，限制用户的访问和操作，无需root权限。

10. 初始配置 - 网络UI

Web界面更美观，但需要更多编程。初始配置时，可以使用预定义的IP地址让新用户访问初始设置页面。以下是一个简化的Web UI配置流程：

graph LR
    A[欢迎页面] --> B[开始初始配置]
    B --> C[主配置菜单]
    C --> D[设置管理员密码]
    C --> E[网络配置（设置主机名和网络设置）]

11. 更新控制 - 文本UI

设备需要更新以修复操作系统漏洞、增强应用程序功能等。更新界面应根据使用场景和部署方法进行设计，例如，气隙系统无法联网检查更新，可通过USB拇指驱动器、tarballs和ISO镜像等方式提供更新。以下是一个文本UI更新菜单示例：
| 操作 | 说明 |
| ---- | ---- |
| 检查更新 | 检查操作系统、应用程序和固件的更新 |
| 下载更新 | 下载可用的更新 |
| 安装更新 | 安装下载的更新 |

12. 工厂重置控制

每个设备都应具备恢复出厂设置的功能，方便用户重新配置设备或清除敏感数据。Web UI重置功能通常需要两步确认，文本UI则会提示用户确认重置操作。

通过以上措施，可以确保设备的安全性和稳定性，同时为用户提供出色的体验。在设计和开发过程中，应充分考虑这些因素，以满足用户的需求。

操作系统级和应用程序保护：保障设备安全与用户体验（续）

13. 总结关键要点

为了更好地回顾和理解前文提到的保障设备安全与用户体验的各项措施，下面将其关键要点总结成表格：
| 措施 | 具体内容 |
| ---- | ---- |
| 硬件防篡改 | 可选择如亚马逊的Steel Security Cable Seal、Locking tags for Containers, Cargo等产品，但要谨慎挑选适合的方案 |
| 构建全面接口 | 涵盖应用程序、用户访问、更新等方面，通过隐藏内容提高设备安全性 |
| 最小化root访问 | 防止终端用户直接访问操作系统，避免一系列风险，如软件增减、配置更改等 |
| SUDO和限制控制台访问 | 减少或消除用户对操作系统的直接访问，通过脚本和权限控制实现 |
| 非交互式LUKS加密 | 自动化磁盘加密，避免用户恶意更改加密设置 |
| 将用户限制在应用程序空间 | 让用户作为应用程序级用户，只能与应用界面交互，增加安全层 |
| 应用程序自动启动 | 使用systemd以非root用户身份在启动时自动运行应用程序 |
| 构建简化UI | 界面要直观、提供适当信息、考虑支持配置需求、无需大量培训即可使用 |
| 初始配置 - 文本UI | 按欢迎屏幕、主菜单、网络配置等流程进行，后台自动化完成配置 |
| 初始配置 - 网络UI | 通过预定义IP访问，按欢迎页面、主配置菜单等步骤配置 |
| 更新控制 - 文本UI | 根据使用场景设计更新界面，提供检查、下载、安装更新等操作 |
| 工厂重置控制 | 具备恢复出厂设置功能，Web UI和文本UI都有确认机制 |

14. 操作流程对比

为了更清晰地展示不同类型配置和控制的操作流程差异，下面用表格进行对比：
| 类型 | 操作流程 |
| ---- | ---- |
| 初始配置 - 文本UI | 欢迎屏幕 -> 主菜单 -> 网络配置（主机名设置 -> IP地址设置 -> 子网掩码和DNS设置 -> 确认 -> 执行） |
| 初始配置 - 网络UI | 欢迎页面 -> 开始初始配置 -> 主配置菜单 -> 设置管理员密码 -> 网络配置（主机名和网络设置） |
| 更新控制 - 文本UI | 检查更新 -> 下载更新 -> 安装更新 |
| 工厂重置控制 - Web UI | 确认重置意图（勾选复选框） -> 按下重置按钮（可能有弹出窗口再次确认） |
| 工厂重置控制 - 文本UI | 提示确认重置操作 -> 用户选择确认或取消 |

15. 综合流程图

下面的mermaid流程图展示了从设备初始配置到更新和重置的整个过程：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(初始配置):::process
    B --> C{选择配置类型}:::decision
    C -->|文本UI| D(文本UI配置流程):::process
    C -->|网络UI| E(网络UI配置流程):::process
    D --> F(设备正常运行):::process
    E --> F
    F --> G(定期检查更新):::process
    G --> H{是否有更新}:::decision
    H -->|是| I(更新控制 - 文本UI流程):::process
    H -->|否| F
    I --> F
    F --> J{是否需要重置}:::decision
    J -->|是| K{重置类型}:::decision
    K -->|Web UI| L(Web UI工厂重置流程):::process
    K -->|文本UI| M(文本UI工厂重置流程):::process
    L --> F
    M --> F
    J -->|否| F

16. 实施建议

在实施上述保障措施时，可遵循以下步骤：
1. 规划阶段
- 明确设备的使用场景和目标用户，确定适合的硬件防篡改方案。
- 设计全面的接口，考虑用户访问、更新等功能的隐藏和保护。
2. 开发阶段
- 按照最小化root访问原则，编写代码限制用户对操作系统的直接访问。
- 实现非交互式LUKS加密和将用户限制在应用程序空间的功能。
- 使用systemd配置应用程序自动启动。
3. UI设计阶段
- 根据用户体验要求，设计直观、简洁的文本UI和网络UI。
- 确保更新控制和工厂重置控制的UI符合用户操作习惯。
4. 测试阶段
- 对设备进行全面测试，包括安全性测试、功能测试和用户体验测试。
- 检查更新控制和工厂重置功能是否正常工作。
5. 部署阶段
- 将设备部署到实际环境中，提供必要的培训和支持。
- 定期监控设备的安全性和性能，及时进行更新和维护。