TARA分析方法論

作者 |沈平上海控安可信軟件創(chuàng)新研究院研發(fā)工程師

來源 |鑒源實驗室

01什么是TARA

TARA是威脅分析與風險評估（Threat Analysis and Risk Assessment）的縮寫,其在ISO/SAE 21434中被認為是網(wǎng)絡(luò)安全分析的核心方法。網(wǎng)絡(luò)安全管理貫穿于ISO/SAE 21434所提出的汽車系統(tǒng)全生命周期，例如在概念階段（21434標準第9章節(jié)）中，完成“對象”（Item）定義后，就需要進行TARA分析來識別車輛潛在的威脅及其風險等級，以明確網(wǎng)絡(luò)安全目標，并為后續(xù)生成網(wǎng)絡(luò)安全需求提供輸入，最終指導(dǎo)后續(xù)的正向開發(fā)。在后開發(fā)階段可對網(wǎng)絡(luò)安全進行分析，得到的安全漏洞及其風險等級可指導(dǎo)后續(xù)的風險處置決策。

在ISO/SAE 21434的第15章節(jié)中介紹了TARA的方法論，同時在附錄H中以汽車大燈系統(tǒng)為例進行了TARA分析。本文也將結(jié)合個人經(jīng)驗對該TARA方法論進行解讀。

02TARA方法論解讀

在ISO/SAE 21434的TARA例子中共有7個部分，分別為資產(chǎn)定義（Asset Identification）、影響等級評估（Impact Rating）、威脅場景識別（Threat Scenario Identification）、攻擊路徑分析（Attack Path Analysis）、攻擊可行性評估（Attack Feasibility Rating）、風險等級判定（Risk Value Determination）、風險處置決策（Risk Treatment Decision）。這7個部分的順序并非固定，圖1為21434標準中所建議的TARA分析流程。

圖1 TARA分析流程概覽圖

03關(guān)鍵概念辨析

為更好地介紹TARA分析，接下來將進行關(guān)鍵概念辨析：

1.資產(chǎn)（Asset）：本身有價值的物體或者能產(chǎn)生價值的物體。

2.損害場景（Damage Scenarios，DS）：描述對象功能與不良后果之間的關(guān)系；對道路使用者或者相關(guān)資產(chǎn)造成的危害。

3.影響（Impact）：由DS造成的損害、對身體傷害的嚴重度程度估計。（DS造成為危害的影響）

4.威脅場景（Threat Scenarios，TS）：造成一個或多個資產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)安全屬性威脅的潛在原因，以造成損害情景。（DS的原因）

5.攻擊路徑（Attack Path）:一套惡意的行為以實現(xiàn)威脅情景。（實現(xiàn)TS的一種或一組方法，是方法不是物理路徑！）

6.攻擊可行性（Attack Feasibility）：描述了成功執(zhí)行攻擊路徑的難易程度。

7.風險等級（Risk Value）：結(jié)合影響等級和攻擊可行性來描述道路車輛的網(wǎng)絡(luò)安全不確定性的影響。

*注：一個資產(chǎn)可以有多個網(wǎng)絡(luò)安全屬性，一個網(wǎng)絡(luò)安全屬性可對應(yīng)多個損害場景。一個損害場景可對應(yīng)多個威脅場景，一個威脅場景可對應(yīng)多個損害場景。

04對象定義

在進行TARA分析前需要完成對象定義（Item Defintion）來得到明確的分析范圍。所謂對象，就是在車輛級別實現(xiàn)功能部件或組件。對象定義包括目標對象的邊界、功能、初步系統(tǒng)架構(gòu)等。

05資產(chǎn)定義

本身有價值的物體，或者能產(chǎn)生價值的物體，即可定義為資產(chǎn)。資產(chǎn)可分為實體資產(chǎn)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)（包括ECU固件、通訊數(shù)據(jù)、用戶隱私數(shù)據(jù)、安全算法等）。識別資產(chǎn)所帶有的網(wǎng)絡(luò)安全屬性（Cybersecurity Properties）得到帶有網(wǎng)絡(luò)安全屬性的資產(chǎn)，進一步可分析其潛在的損害場景（Damage Scenarios，DS），這是資產(chǎn)定義所需要輸出的兩大產(chǎn)物?？筛鶕?jù)對象定義，借助數(shù)據(jù)流圖（Data Flow Diagram，DFD），從進程、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、交互方角度考慮得到資產(chǎn)，也可基于預(yù)定義分類進行枚舉、基于損害場景-威脅場景得到資產(chǎn)。

對于資產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)安全屬性最常用的確定方法為微軟的STRIDE模型，該模型通過威脅來映射到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全屬性，常用的安全屬性包括完整性-I、機密性-C、可用性-A。如表1所示。

表1 STRIDE模型->安全屬性映射表

對于損害場景的描述可包括對象功能與不良后果之間的關(guān)系、外部環(huán)境、對道路使用或者相關(guān)資產(chǎn)造成的危害。

損害場景示例，假設(shè)資產(chǎn)為車輛行駛顯示數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)安全屬性為機密性，那么可以得到損害場景為車輛行駛顯示數(shù)據(jù)被盜，造成乘客隱私信息泄露。如表2所示。

表2 損害場景示例表

06影響等級評估

對于影響等級的評定可從以下四個評判因子：Safety 安全、Financial 財產(chǎn)、Operational 操作、Privacy 隱私（S、F、O、P）來評定DS的危害影響。每個評判因子評級分為四檔：Severe 嚴重的、Major 重大的、Moderate 中等的、Negligible 微不足道的。對于影響等級評估除了標準附錄F以外還可參考J3601。表3-6詳細展示了ISO 21434中對于影響等級的評定打分。

表3 Safety 安全評判因子等級評定表

表4 Financial 財產(chǎn)評判因子等級評定表

表5 Operational 操作評判因子等級評定表

表6 Privacy 隱私評判因子等級評定表

07威脅場景識別

威脅場景是資產(chǎn)被破壞的原因，同時也是損害場景的原因。對于威脅場景的描述可從以下幾個角度來考慮：目標資產(chǎn)、資產(chǎn)的安全屬性損失、安全屬性損失的原因。

威脅場景示例，假設(shè)資產(chǎn)為車輛行駛顯示數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)安全屬性為機密性，那么得到威脅場景為行車顯示數(shù)據(jù)在車內(nèi)傳輸過程中，數(shù)據(jù)被篡改，導(dǎo)致行車顯示數(shù)據(jù)的保密性和私密性被破壞。如表7所示。

表7 威脅場景示例表

08攻擊路徑分析

對于攻擊路徑的識別分為兩種方法，一種為自頂向下的方法，通過分析實現(xiàn)對應(yīng)威脅場景的不同方法來推斷攻擊路徑，可借鑒攻擊樹、攻擊圖，通過R155進行自檢。另外一種為自底向上的方法，從漏洞（Vulnerability）出發(fā), 如果該攻擊路徑?jīng)]有導(dǎo)致威脅場景，則可停止該條路徑的分析。

圖2 攻擊樹架構(gòu)圖（From EVITAD2.3）

攻擊路徑示例，對應(yīng)之前的威脅場景有如下攻擊路徑，設(shè)備接入通信信道和嗅探通信信道包。如下表8所示。

表8 攻擊路徑示例表

09攻擊可行性評估

評估攻擊可行性在標準附錄G中列舉了三種方法，基于攻擊潛力（重點介紹）、基于CVSS、基于攻擊向量。

攻擊潛力方法對攻擊路徑實現(xiàn)的難易程度評估分為四個等級：High、Medium、Low、Very Low，主要從以下五個角度考慮：

1.經(jīng)歷時長（Elapsed Time)，指基于專家知識來識別漏洞到最后利用漏洞所花費的時間；

2.專業(yè)知識（Specialist Expertise），指攻擊者的能力包括技能、經(jīng)驗等；

3.對象或組件的知識（Knowledge of the Item or Component），指攻擊者對于對象和組件所需要的信息；

4.窗口期（Window of Opportunity），指能夠成功攻擊的條件因素；

5.設(shè)備（Equipment），指攻擊者發(fā)現(xiàn)漏洞或執(zhí)行攻擊所需要的工具。

根據(jù)以上五個維度的打分，相加得到總分，然后根據(jù)攻擊可行性等級評定表（如表9所示）映射到響應(yīng)的攻擊可行性等級。

表9 攻擊可行性等級評定表

在標準中采納了CVSS（Common Vulnerability Scoring System，通用漏洞評分系統(tǒng)）中可利用度的度量標準。主要從攻擊向量、攻擊復(fù)雜性、權(quán)限要求和用戶交互四個維度進行評估。

基于攻擊向量是對攻擊可行性評估比較粗略的方法，以攻擊距離遠近來評定，主要為網(wǎng)絡(luò)（Network）、相鄰（Adjacent）、本地（Local）、物理（Physical）四個標準進行評定。

10風險等級判定

危害場景的影響程度和相關(guān)攻擊路徑的可行性通過風險矩陣運行確定一個風險值。如果一個威脅場景對應(yīng)多損害場景，可為每個影響等級確定一個風險等級。如果一個威脅場景對應(yīng)多條攻擊路徑，則取攻擊可行性最大的。表10為風險矩陣表。

表10風險等級評定矩陣表

11風險處置決策

對于每一個威脅場景及其風險值，在標準中建議了以下四種決策：

· 消除風險，通過消除風險源來避免風險，或者決定不開始或繼續(xù)進行引起風險的活動；

· 緩解風險，通過提供網(wǎng)絡(luò)安全目標和概念來降低風險；

· 分擔風險，購買保險或者與供應(yīng)商簽訂風險轉(zhuǎn)移合同；

· 保留風險，通過提供關(guān)于風險的網(wǎng)絡(luò)安全聲明來保留風險。

同時在R155中也有對于風險處置的決策可參考。

審核編輯：湯梓紅