Platforma pro kyberbezpečnostní vzdělávání z Masarykovy univerzity

Platforma pro kyberbezpečnostní  vzdělávání z Masarykovy univerzity

Masarykova univerzita vydala platformu KYPO Cyber Range (KYPO CRP) jako open-source software, který má pomoci rozvíjet dovednosti v oblasti kybernetické bezpečnosti v České republice i Evropě. Cílem je pomoci vyřešit problém chybějících odborníků na kybernetickou bezpečnost poskytnutím platformy pro kyberbezpečnostní vzdělávání. Platforma staví na několikaletých zkušenostech s využíváním kybernetických rozsahů při výuce, výcviku a cvičeních kybernetické obrany včetně českých technických cvičení kybernetické bezpečnosti a školení profesionálů z energetiky.


                     kyberbezpečnostní vzdělávání               prevence    cloud                  cyber range                  KYPO CRP


Vznik platformy pro kyberbezpečnostní vzdělávání

S rozvojem digitální společnosti neustále roste poptávka po odbornících z oblasti kyberbezpečnosti [2]. Jejich vzdělávání a příprava je prioritou řady států EU, která volá po rozvoji kyberbezpečnostních dovedností a tréninkových prostředí [2]. Kromě teoretických znalostí je velmi důležité, aby tito odborníci rozvíjeli také své praktické schopnosti. Z tohoto důvodu je kladen důraz na praktický přístup umožňující získání reálné zkušenosti např. při řešení kyberbezpečnostního incidentu. Právě to je smyslem tréninkových prostředí označovaných jako cyber range.

Jedním z těchto tréninkových prostředí je i KYPO Cyber Range Platform (dále KYPO CRP), jehož počátky sahají do roku 2013, kdy Masarykova univerzita začala řešit projekt Kybernetický polygon (VG20132015103) v rámci Programu bezpečnostního výzkumu Ministerstva vnitra ČR. Cílem projektu bylo vytvořit prostředí pro aplikovaný výzkum, ověřování nových bezpečnostních metod, nástrojů a školení členů bezpečnostních týmů. Projektový tým získal za tento projekt Cenu ministra vnitra za bezpečnostní výzkum a navázal projektem Simulace, detekce a potlačení kybernetických hrozeb ohrožujících kritickou infrastrukturu (VI20162019014).

V rámci aktivit realizovaných nad platformou KYPO CRP je důležité zmínit sérii cvičení Cyber Czech realizovaných ve spolupráci s Národní agenturou pro kybernetickou a informační bezpečnost (NÚKIB). Ta disponovala prvními kyberbezpečnostními cvičeními vytvořenými v České republice, která využívala naplno vlastnosti první verze prostředí a udávala směr dalšího rozvoje. Klíčovým okamžikem, který ovlivnil další směřování rozvoje KYPO CRP pak byl vstup do Evropského projektu CONCORDIA zastřešujícího spolupráci mezi univerzitami a průmyslovými partnery na rozvoji kyberbezpečnosti pro zajištění digitální suverenity EU.

Přechod k otevřenému modelu a komunitě

Přestože je cyber range velmi užitečným nástrojem pro vzdělávání studentů a kyberbezpečnostních profesionálů, jejich rozšíření je v současnosti mezi organizacemi stále poměrně malé. Příčiny tohoto stavu jsou v zásadě dvě. První z nich je technologická složitost a cena celého prostředí. Navrhnout, vybudovat a provozovat takové prostředí zcela samostatně je v mnoha případech nad možnosti organizací, které jej potřebují. Zakoupení cyber range je pro většinu organizací zcela nemyslitelné, protože se jejich ceny pohybují v řádech statisíců euro. Druhou příčinou je pak uzavřenost a vzájemná nekompatibilita existujících řešení, kdy spolupráce na tréninkových scénářích mezi jednotlivými institucemi představuje netriviální úkol z pohledu technologického i autorsko-právního.

Tyto skutečnosti jsou bariérou pro větší rozšíření cyber range a využití v rámci kyberbezpečnostního vzdělávání. Jednou z možností, jak tuto bariéru překonat, je open source přístup. Ten zvolil také tým KYPO CRP. Platforma je k dispozici zdarma a náklady na její pořízení jsou značně snížené. Důležitou roli hraje licenční otevřenost, přenositelnost obsahu a budování komunity zaměřené na praktické vzdělávání. To znamená, že se organizace mohou soustředit na tvorbu tréninků dle vlastních potřeb a jejich realizaci. Výsledky své tvorby pak mohou také sdílet s ostatními a nadále je díky komunitě vylepšovat. Nejde však jen o poskytnutí prostředí zdarma a snížení nákladů na pořízení. Důležitou roli zde hrají licenční otevřenost, přenositelnost obsahu a budování komunity soustřeďující se na praktické vzdělávání. Organizace se tak mohou soustředit na vlastní tvorbu tréninků a jejich realizaci. Otevřený formát popisující virtuální prostředí a samotný trénink tak poskytuje možnost volně vyměňovat jednotlivé stavební bloky a snížit náklady na vytvoření tréninku.

Otevřený formát umožňuje zajistit kompatibilitu s dalšími existujícími tréninkovými prostředími. Je možné použít přímo otevřený formát nebo vytvořit poměrně jednoduše konvertor z otevřeného formátu do nativního formátu konkrétní cyber range. V současné době je otevřený formát dále využíván nástrojem Cyber Sandbox Creator [3], který je vhodný pro přípravu tréninků a realizaci jednoduchých kyberbezpečnostních školení.

Snímek obrazovky 2021 03 30 231920

Současné využití platformy

V současnosti je KYPO CRP využíváno ve výuce na Fakultě informatiky Masarykovy univerzity a po uvolnění jako open source software je nasazováno pro potřeby testování a výuku studentů na několika institucích v Evropě.

Pilotní nasazení KYPO CRP mimo Masarykovu univerzitu bylo poprvé realizováno na přelomu let 2020 a 2021 ve spolupráci s Vysokým učením technickým v Brně, které jako člen Evropského projektu SPARTA provádělo rešerši a hodnocení dostupných tréninkových prostředí. Fakulta elektrotechniky navíc chce využít tréninkové prostředí pro výuku studentů ve svých laboratořích. V budoucnu pak budou k platformě připojeny prvky inteligentních sítí pro potřeby výuky a výzkumu.

KYPO CRP bylo testováno v Holandsku na vysokých školách (Hogeschool Utrecht, Haagse Hogeschool, Hogeschool Windesheim) hledajících možnost pro praktickou výuku kyberbezpečnosti. Po měsíčních testech byla platforma velmi kladně ohodnocena a došlo k odsouhlasení další spolupráce a prototypového nasazení.

KYPO CRP je také využito v několika kurzech profesního vzdělávání na akademické či komerční bázi. Jako příklad z poslední doby lze zmínit využití v kurzech připravovaných v rámci spolupráce s Národní agenturou pro komunikační a informační technologie (NAKIT) a podpořené agenturou TAČR. Dále byla platforma v předchozích letech použita pro několik školení kyberbezpečnosti pro zaměstnance organizací z energetického sektoru.

V neposlední řadě bylo KYPO CRP využito pro školení představující základní bezpečnostní aspekty virtualizace založené na technologii kontejnerů. Vytvořené školení obsahuje prezentaci s technologickým úvodem s navazujícími praktickými cvičeními. V době psaní článku proběhla dvě opakování tohoto školení. První bylo realizováno v listopadu 2020 v rámci konference EGI 2020 pro administrátory a bezpečnostní pracovníky z akademických institucí v rámci EU. Druhý běh byl v únoru 2021 součástí semináře IRIS pro správce akademických výzkumných infrastruktur ve Velké Británii. Poslední běh byl realizován v březnu 2021 pro účastníky konference ISGC.

Technologie platformy

KYPO CRP bylo navrženo s cílem snížit náklady na realizaci praktických kyberbezpečnostních tréninků pomocí automatizace, flexibility, škálovatelnosti a opakovatelnosti základních činností. Architektura platformy je postavena na mikroslužbách zajišťujících dobrou rozšiřitelnost prostředí do budoucna. Využívá také moderní cloudové platformy OpenStack pro stavbu a vlastní běh virtuálních prostředí. Je tak zajištěna dobrá škálovatelnost platformy. Mezi další využité klíčové technologie patří jazyky Python, Java, TypeScript a související softwarové frameworky. Jako úložiště událostí vznikajících v rámci tréninků bylo zvoleno analytické úložiště Elasticsearch.

Při tvorbě virtuálních prostředí je využíváno principu s názvem infrastruktura jako kód, kdy jsou veškeré součásti emulovaného prostředí (např. stroje, linky či síťové prvky) a jejich konfigurace popsány ve strojově čitelné podobě. Tento popis je založen na formátu Heat a je zaznamenán ve formátu YAML, který je snadno čitelný i člověkem (viz Obr. 1). Navazující konfigurace jednotlivých strojů v rámci virtuálního prostředí je realizována pomocí nástroje Ansible. Pro potřeby KYPO CRP jsou pak tyto popisy virtuálních prostředí verzovány v interním Git repozitáři či externím nástroji jako je Gitlab.

Pro popis tréninku je v KYPO CRP využito formátu JSON, který je opět snadno čitelný strojem i člověkem (viz Obr. 2). Trénink je možné vytvořit v interním nástroji v rámci platformy či v libovolném textovém editoru. Takto vytvořený soubor je pak možné díky snadnému exportu a importu sdílet s dalšími organizacemi využívajícím tuto platformu.

Nasazení KYPO Cyber Range Platform

Platforma je navržena tak, aby bylo možné využít výhod kontejnerizace a automatizovaného nasazení. Veškeré potřebné informace pro nasazení platformy jsou pak zapsány ve veřejně dostupné dokumentaci na webu KYPO CRP [5].

Jedinou požadovanou prerekvizitou pro nasazení KYPO CRP je cloudové prostředí OpenStack s kompatibilní konfigurací a množstvím zdrojů potřebným pro zamýšlené úkoly. Po nastavení instalačních skriptů a skriptů pro nasazení je pak možné platformu nasadit během několika desítek minut. V případě potřeby lze dohodnout nasazení platformy přímo týmem KYPO CRP.

Vytvoření tréninku v KYPO Cyber Range Platform

Podmínkou pro realizaci tréninku je samozřejmě jeho dostupnost. Při tvorbě tréninku je třeba vytvořit dvě samostatné části, které jsou pevně svázány až při jeho realizaci v KYPO CRP.  

Snímek obrazovky 2021 03 30 232122

První částí je definice sandboxu, tedy virtuálního prostředí obsahujícího virtuální stroj nebo stroje propojené sítí. Definice sandboxu je popsána pomocí dříve uvedeného otevřeného formátu a umožňuje zachytit konfiguraci stroje včetně zdrojů a operačního systému společně s propojením s ostatními stroji v rámci sítě. Dále je nutné pro každý stroj v definici vytvořit Ansible skripty popisující konfiguraci celého stroje společně s instalací softwaru. 

Druhou částí je vytvoření tréninkové definice obsahující všechny náležitosti v budoucnu realizovaného tréninku. Definice je opět popsána pomocí dříve prezentovaného otevřeného formátu. Ten obsahuje název tréninku, jeho popis, odhadovanou dobu trvání a dále členění na jednotlivé bloky (level), kterých může obsahovat libovolné množství. V současné době jsou pak dostupné tři základní typy bloků umožňující vytvořit poměrně komplexní trénink.

Game level – nejdůležitější z bloků obsahuje popis úkolu, poskytuje přístup do virtuálního prostředí pro jeho řešení a zadání výsledku do platformy. Blok poskytuje přístup do virtuálního prostředí skrze Spice klienta, případně konfigurační soubor pro připojení skrze SSH. Lze v něm nastavit počet získaných bodů za vyřešení úkolů a také systém nápověd, které účastníka tréninku v případě problémů k řešení dovedou. Samozřejmostí je nastavení bodové penalizace za zobrazené nápovědy a možnost zobrazit řešení (při ztrátě bodů).

Info level – tento blok představuje možnost, jak zobrazit účastníku školení potřebné informace. Ve své podstatě jej lze chápat jako ekvivalent prezentace či webové stránky.

Assessment level – poslední z bloků poskytuje prostředí pro vytváření dotazníků a testů s několika typy otázek. Lze jej využít pro doplňkové testování znalostí účastníků v oblastech, kde není vhodné použít praktický úkol. Samozřejmostí je nastavení bodového hodnocení odpovědí u jednotlivých otázek. Dotazník lze využít bez bodového hodnocení i pro získání zpětné vazby na trénink.

Realizace tréninku v KYPO Cyber Range Platform

Realizaci tréninku v rámci KYPO Cyber Range Platform lze rozdělit do dvou bezprostředně navazujících částí. První částí je vytvoření prostoru s jednotlivými virtuálními prostředími, která budou použita pro výuku v rámci dále vytvořeného tréninku. Druhou částí je pak vytvoření tréninku, vlastní výuka, ukončení tréninku s případným vyzvednutím nasbíraných informací o průběhu a následně zrušením virtuálních prostředí a uvolněním všech použitých zdrojů.

Snímek obrazovky 2021 03 30 232233

Prvním krokem pro úspěšnou realizaci tréninku v KYPO Cybe Range Platform je vytvoření prostoru pro trénink (Pool) obsahujícího jednotlivá virtuální prostředí (Sandbox). Celý postup je podrobněji popsán v několika krocích (viz Obr. 3).

  1. V připojeném Git repozitáři je dostupná kompletní a validní definice sandboxu.
  2. Instruktor vloží v uživatelském rozhraní URI Git repozitáře z předchozího kroku a zanese definici sandboxu do KYPO Cyber Range Platform.
  3. Nyní lze alokovat prostor pro trénink (Pool), označuje maximální množství vytvořených zdrojů pro trénink a zároveň omezuje počet účastníků, kteří se mohou účastnit tréninku současně.
  4. Po kliknutí na tlačítko pro vytvoření tréninkových prostředí (Sandbox) je z Git repozitáře stažena definice sandboxu, která je analyzována (4a), a následně jsou postaveny konkrétní sandboxy (4b).
  5. Vytvořené sandboxy mohou být dále zkontrolovány či upraveny Instruktorem (5a) přistoupivším přes SSH nebo jsou bez dalších úprav použity pro realizaci tréninku.

Snímek obrazovky 2021 03 30 232249

Druhý krok, samotná realizace tréninku, sestává z přípravy tréninkové definice, vytvoření konkrétní tréninkové instance a její exekuce. Po ukončení tréninku jsou v případě potřeby stažena všechna data o proběhnutém tréninku a uvolněny zdroje pro další použití. Celý proces je zachycen na přiložené ilustraci (viz Obr. 4).

  1. Instruktor vytvoří definici tréninku (Definition), která je naprosto nezávislá na dříve vytvořené definici sandboxu.
  2. Je vytvořen konkrétní trénink (Instance) a je mu přiřazen obsah (Definition).
  3. Následně je tréninku přiřazen volný prostor (Pool) se zdroji.
  4. Instruktor předá vygenerovaný přístupový token účastníkům tréninku.
  5. Účastníci zahájí trénink zadáním tokenu do KYPO CRP. K tréninku se pak mohou pomocí tokenu po dobu, kdy je instance aktivní, kdykoli vrátit.
  6. Účastníci mohou k sandboxu v rámci svého tréninku přistoupit pomocí grafického rozhraní nebo po stažení konfigurace skrze SSH klienta.
  7. Instruktor může sledovat průběh tréninku a postup jednotlivých účastníků pomocí real-time vizualizací v grafickém rozhraní KYPO CRP.
  8. V okamžiku dokončení tréninkové instance jsou k dispozici podrobné výsledky pro stažení a další vyhodnocení.
  9. Po ukončení tréninkové instance a stažení dat jsou alokované zdroje uvolněny a dostupné pro další použití

Snímek obrazovky 2021 03 30 232449

Závěr

Vydání KYPO CRP jako open source a jeho zpřístupnění zájemcům z Evropy i světa je z pohledu Masarykovy univerzity chápán jako příspěvek kyberbezpečnostní komunitě ke zvýšení počtu odborníků skrze větší dostupnost prakticky orientovaného kyberbezpečnostního vzdělávání pro studenty i profesionály. V současné době je proto rozvíjena komunita kolem platformy. Cílem je přitáhnout nové uživatele a rozvíjet spolupráci, která bude směřovat ke zvýšení povědomí o KYPO CRP a většímu využití této platformy. Jsou také zkoumány možnosti spolupráce s poskytovateli cloudových služeb, aby byl umožněn přístup k platformě i organizacím bez vlastních výpočetních zdrojů. Paralelně je pro platformu vytvářen obsah ve formě kyberbezpečnostních školení na různá témata.

V neposlední řadě se tým kolem KYPO CRP zapojuje do aktivit na evropské úrovni a zároveň pokračuje ve výzkumu zaměřeném na zlepšování vzdělávací zkušenosti i technologií pro její dosažení. Spolupracuje také na profesním programu zaměřeném na kyberbezpečnost. 

Jakub Čegan Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

Snímek obrazovky 2021 03 30 232600

Daniel Tovarňák Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

Snímek obrazovky 2021 03 30 232744

POUŽITÉ ZDROJE:

[ 1 ] As The End Of 2020 Approaches, The Cybersecurity Talent Drought Gets Worse [online]. Forbes Media, 2020 [cit. 2021-03-10]. Dostupné z: https://www.forbes.com/sites/emilsayegh/2020/09/22/as-the-end-of-2020-approaches-the-cybersecurity-talentdrought-gets-worse/?sh=3a41adbc5f86

[ 2 ] EU Cybersecurity Policy [online]. 2020 [cit. 2021-03-10]. Dostupné z: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/cyber-security

[ 3 ] CyberSec4Europe delivers Cyber Sandbox Creator: Project Story [online]. 2020 [cit. 2021-03-10]. Dostupné z: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/cybersec4europe-delivers-cyber-sandbox-creator

[ 4 ] MUNI a NAKIT připravily kurzy kyberbezpečnosti pro IT profesionály [online]. 2021 [cit. 2021-03-10]. Dostupné z: https://csirt.muni.cz/about-us/news/muni-a-nakit-pripravily-kurzy-kyberbezpecnosti-pro-it-profesionaly

[ 5 ] MUNI a NAKIT připravily kurzy kyberbezpečnosti pro IT profesionály [online]. 2020 [cit. 2021-03-10]. Dostupné z: https://docs.crp.kypo.muni.cz/


Vytisknout