Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của công nghệ thông tin và mạng Internet đã hình thành không gian mạng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối và truyền tải thông tin, nhưng đồng thời làm gia tăng các nguy cơ mất an toàn thông tin đối với các quốc gia và tổ chức. Các cuộc tấn công mạng ngày càng mở rộng về quy mô, mức độ tinh vi và mục đích, bao gồm các chiến dịch có tổ chức với động cơ kinh tế và chính trị. Trong 6 tháng đầu năm 2023, tại Việt Nam đã ghi nhận nhiều chiến dịch tấn công có chủ đích (APT) nhắm vào các cơ quan, tổ chức trọng yếu và doanh nghiệp thông qua việc khai thác các lỗ hổng phần mềm máy chủ hoặc lỗ hổng zero-day.

Trong khi phần lớn các giải pháp giám sát an ninh mạng truyền thống tập trung vào việc nhận diện các mối đe dọa đã biết (known threats) dựa trên chữ ký, thì các mối đe dọa chưa biết (unknown threats) và kỹ thuật tấn công mới liên tục xuất hiện, gây ra thiệt hại nghiêm trọng. Tình trạng này đặt ra yêu cầu phải chuyển dịch sang mô hình phòng thủ chủ động thông qua việc thu thập, xử lý và chia sẻ dữ liệu tình báo về mối đe dọa mạng (Cyber Threat Intelligence - CTI).

Đề tài "Nghiên cứu nền tảng quản lý dữ liệu tình báo về mối đe dọa trên mạng" do sinh viên Phạm Thị Kiều Oanh thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Hoàng Xuân Dậu tại Khoa An toàn thông tin, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông (01/2024), tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu tổng quan về mối đe dọa an ninh mạng, khái niệm, cấu trúc dữ liệu, chu trình hoạt động của Cyber Threat Intelligence, các chuẩn, giao thức trao đổi dữ liệu tình báo và cơ chế tích hợp CTI vào hệ thống giám sát an toàn mạng.
  2. Khảo sát, phân tích kiến trúc, tính năng và đánh giá so sánh các nền tảng quản lý CTI tiêu biểu (OpenCTI, IBM X-Force Exchange, Dataminr Pulse, Anomali ThreatStream) để lựa chọn nền tảng phù hợp với yêu cầu nghiên cứu và ứng dụng.
  3. Triển khai thực nghiệm nền tảng quản lý CTI mã nguồn mở OpenCTI: thiết lập hệ thống thu thập, chuẩn hóa, xử lý và phân tích dữ liệu tình báo; tích hợp với hệ thống giám sát an ninh mạng Splunk; xây dựng kịch bản tấn công giả lập để kiểm chứng khả năng cảnh báo và phát hiện bất thường trên máy người dùng.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là dữ liệu tình báo mối đe dọa mạng, các nền tảng quản lý CTI và phương thức tích hợp CTI với hệ thống giám sát an toàn mạng (NSM/SIEM). Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc phân tích các giải pháp CTI hiện hành, triển khai thử nghiệm nền tảng mã nguồn mở OpenCTI kết hợp phần mềm SIEM Splunk và giám sát hoạt động trên hệ điều hành Windows thông qua công cụ Windows Sysmon.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án được xây dựng dựa trên các khái niệm và chuẩn mực trong lĩnh vực an toàn thông tin:

  • Phân loại mối đe dọa mạng: Mối đe dọa đã biết (mã độc đã phân tích, kỹ thuật đã công bố, lỗ hổng đã có bản vá) và mối đe dọa chưa biết (mã độc mới/biến thể, kỹ thuật tấn công sáng tạo, lỗ hổng zero-day, hành vi bất thường).
  • Khái niệm và cấu trúc Cyber Threat Intelligence (CTI): Tập hợp tri thức, bằng chứng chi tiết về mối đe dọa nhằm hỗ trợ ra quyết định phòng thủ, bao gồm các thành phần: Chỉ số xâm nhập (IOC), Chiến thuật, Kỹ thuật và Quy trình (TTPs), Nhóm đe dọa (Threat Actors), Lỗ hổng bảo mật (Vulnerabilities), Báo cáo phân tích, Thông tin khắc phục/phòng ngừa và Phân tích hành vi/dự đoán.
  • Chu trình CTI 6 giai đoạn: Lập kế hoạch và mục tiêu (Planning and Direction), Thu thập dữ liệu (Collection), Xử lý dữ liệu (Processing), Phân tích (Analysis), Phân phối (Dissemination) và Phản hồi (Feedback).
  • Chuẩn và giao thức CTI: Chuẩn biểu diễn cấu trúc thông tin mối đe dọa STIX (với các khái niệm Object, Relationship, Behavior, Marking và giao thức đèn giao thông TLP: TLP-RED, TLP-AMBER, TLP-GREEN, TLP-WHITE); Giao thức truyền tải tự động TAXII (hỗ trợ hai dịch vụ Collections và Channels trên nền API Root); Cơ sở tri thức MITRE ATT&CK.
  • Giám sát an toàn mạng (Network Security Monitoring - NSM): Bao gồm 4 miền hoạt động (Bảo vệ, Dò tìm/phát hiện, Đáp ứng, Duy trì) và chu trình 3 bước (Thu thập dữ liệu, Phát hiện xâm nhập, Phân tích dữ liệu).

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm có:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Hệ thống hóa tài liệu học thuật và tài liệu kỹ thuật về các giao thức STIX/TAXII, MITRE ATT&CK và các mô hình tích hợp NSM-CTI.
  • Phương pháp khảo sát và đối sánh (benchmarking): Thiết lập hệ thống tiêu chí kỹ thuật (khả năng phân tích, khả năng tích hợp, giao diện, hỗ trợ chuẩn CTI, độ phổ biến, hiệu suất, chi phí bản quyền) để so sánh 4 nền tảng quản lý CTI.
  • Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Xây dựng mô hình lab hoàn chỉnh bằng công nghệ ảo hóa và container; cấu hình máy chủ OpenCTI, tích hợp bộ kết nối (connectors), kết nối hệ thống SIEM Splunk và thử nghiệm kịch bản tấn công thực tế.

Nguồn dữ liệu trong đồ án bao gồm dữ liệu nguồn mở từ AlienVault OTX, RiskIQ, NVD, MITRE ATT&CK; dữ liệu sự kiện hệ thống ghi nhận từ Windows Sysmon trên máy trạm; và dữ liệu nhật ký truyền thông mạng nội bộ.

Thiết kế và triển khai hệ thống thực nghiệm

Đồ án thiết kế và triển khai mô hình thử nghiệm tích hợp giữa nền tảng quản lý tình báo OpenCTI và hệ thống quản lý sự kiện bảo mật Splunk.

Kiến trúc kỹ thuật của nền tảng OpenCTI được xây dựng theo mô hình microservices, bao gồm các thành phần:

  • Platform: Giao diện quản trị web và hệ thống API dựa trên GraphQL, cho phép truy vấn dữ liệu linh hoạt, giảm thiểu lưu lượng mạng.
  • Database: Sử dụng ElasticSearch làm công cụ lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu phân tán, xử lý dữ liệu chuẩn hóa STIX 2.1 dưới dạng JSON trong thời gian thực.
  • Events stream & Caching: Sử dụng Redis làm máy chủ lưu trữ cấu trúc dữ liệu trên bộ nhớ chính (in-memory) để xử lý luồng sự kiện và bộ đệm với tốc độ cao.
  • Storage: Sử dụng MinIO cho lưu trữ tệp tin cục bộ và tương thích chuẩn S3 Bucket cho lưu trữ đám mây.
  • Messaging System: Sử dụng RabbitMQ với giao thức AMQP để quản lý hàng đợi thông điệp, điều phối giao tiếp giữa các thành phần.
  • Workers: Các tiến trình nền viết bằng Python, tiếp nhận yêu cầu từ RabbitMQ để truy vấn và cập nhật dữ liệu.
  • Connectors: Hệ thống giao tiếp mở rộng gồm 5 nhóm: Import Connectors (thu thập dữ liệu từ bên ngoài và chuyển đổi sang STIX 2.1), Enrichment Connectors (làm giàu ngữ cảnh cho đối tượng từ các dịch vụ tra cứu), Stream Connectors (chuyển tiếp luồng dữ liệu tình báo sang SIEM/SOAR/EDR), Import Files Connectors và Export Files Connectors.

Quy trình triển khai thực nghiệm bao gồm các bước:

  1. Triển khai máy chủ OpenCTI qua Docker Stack, cấu hình biến môi trường, khởi chạy các container phục vụ nền tảng.
  2. Cấu hình các connector thu thập dữ liệu đe dọa tự động từ AlienVault và RiskIQ, chuyển hóa dữ liệu về định dạng chuẩn STIX 2.1, tự động làm giàu thông tin và hiển thị trên giao diện quản trị.
  3. Cài đặt máy chủ Splunk, thiết lập cổng nhận dữ liệu và cấu hình Splunk Stream Connector trên OpenCTI để đẩy danh sách IOC (địa chỉ IP, tên miền, mã băm độc hại) sang Splunk theo thời gian thực.
  4. Cấu hình máy nạn nhân (Victim) chạy hệ điều hành Windows, cài đặt Windows Sysmon để thu thập chi tiết các sự kiện truy vấn DNS, tạo tiến trình và ghi tệp.
  5. Thiết lập kịch bản tấn công: Kẻ tấn công tạo website giả mạo cổng thông tin Quản lý đào tạo PTIT (QLDT PTIT), người dùng trên máy nạn nhân truy cập tên miền giả mạo, dẫn đến việc tải xuống mã độc tự động.
  6. Hệ thống Splunk đối soát dữ liệu sự kiện từ Windows Sysmon với danh sách IOC nhận từ OpenCTI, tự động kích hoạt các cảnh báo về hành vi truy vấn tên miền độc và hành vi tạo tệp mã độc.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về Cyber Threat Intelligence

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về an ninh mạng và tình báo đe dọa. Tác giả phân tích sự khác biệt giữa mối đe dọa đã biết và mối đe dọa chưa biết, cùng các phương thức ngăn chặn tương ứng (chữ ký, tường lửa, IDS/IPS đối với mối đe dọa đã biết; học máy, phân tích hành vi, sandbox và CTI đối với mối đe dọa chưa biết).

Chương này trình bày chi tiết 6 giai đoạn trong chu trình CTI, trong đó nhấn mạnh 7 phương pháp xử lý dữ liệu thô: Chuẩn hóa (Normalization), Lập chỉ mục (Indexing), Dịch thuật (Translation), Bổ sung (Enrichment), Lọc (Filtering), Ưu tiên (Prioritization) và Trực quan hóa (Visualization). Đồng thời, tác giả làm rõ vai trò của chuẩn STIX, giao thức TAXII (với hai dịch vụ cốt lõi là Collections - mô hình request/response và Channels - mô hình publish/subscribe) và ma trận MITRE ATT&CK. Nội dung chương kết thúc bằng việc xây dựng mô hình tích hợp CTI với chu trình giám sát an toàn mạng (NSM) 3 bước (Thu thập, Phát hiện, Phân tích) qua 4 miền chức năng (Bảo vệ, Dò tìm, Đáp ứng, Duy trì).

Chương 2: Nghiên cứu Framework thu thập, xử lý, phân tích và trực quan hóa CTI

Chương 2 tập trung nhận diện 8 thách thức lớn trong triển khai CTI: Thu thập và phân tích dữ liệu, Quy mô và phạm vi, Chất lượng thông tin, Quản lý thông tin CTI, Yếu tố con người, Quyền riêng tư và bảo mật, Chi phí đầu tư và Đào tạo nhân lực. Tác giả phân tích kiến trúc, cơ chế hoạt động và tính năng của 4 nền tảng CTI tiêu biểu: OpenCTI (mã nguồn mở, microservices, GraphQL), IBM X-Force Exchange (SaaS đám mây, báo cáo chuyên sâu X-Force), Dataminr Pulse (phân tích thời gian thực dựa trên AI/ML) và Anomali ThreatStream (quản lý đe dọa đa nguồn, tích hợp SIEM/SOAR).

Dựa trên các tiêu chí kỹ thuật, tác giả tổng hợp bảng so sánh đối chuẩn giữa 4 nền tảng:

Tiêu chí đánh giá OpenCTI IBM X-Force Exchange Dataminr Pulse Anomali ThreatStream
Tính năng và khả năng phân tích
- Phân tích đồ thị liên kết Có Có Không Có
- Phân loại tự động dữ liệu CTI Có Có Không Có
- Phân tích mô hình tấn công Có Có Không Có
- Hỗ trợ phân tích đồ thị phức tạp Có Có Không Có
- Ứng dụng học máy trong phân tích Không Không Có Có
Khả năng tích hợp
- Tích hợp đa dạng nguồn dữ liệu CTI Có Có Có Có
- Tích hợp với các hệ thống giám sát Có Có Không Có
- Tích hợp và mở rộng công cụ khác Có Có Có Có
Giao diện người dùng
- Giao diện thân thiện, trực quan Có Có Có Có
- Hiển thị thông tin CTI có tổ chức Có Có Có Có
- Tạo và tùy chỉnh báo cáo Có Có Có Có
Hỗ trợ chuẩn CTI
- Tích hợp chuẩn STIX/TAXII Có Có Không Có
- Hỗ trợ chuẩn MITRE ATT&CK Có Có Không Có
- Hỗ trợ các chuẩn khác (MISP, CIF...) Có Không Không Có
Mức độ phổ biến và hỗ trợ
- Phổ biến trong cộng đồng Có Có Không Có
- Hỗ trợ cộng đồng & tài liệu Có Có Không Có
Hiệu suất và khả năng mở rộng
- Hiệu suất xử lý và phản ứng Có Có Không Có
- Khả năng mở rộng hệ thống Có Có Không Có
Bản quyền phần mềm
- Phần mềm trả phí Không (Mã nguồn mở) Có (Giới hạn bản free) Có Có

Từ kết quả so sánh, OpenCTI được lựa chọn làm nền tảng triển khai thực nghiệm nhờ tính chất mã nguồn mở miễn phí, kiến trúc microservices linh hoạt, hỗ trợ đầy đủ các chuẩn STIX/TAXII, MITRE ATT&CK và khả năng tích hợp sẵn nhiều connectors với các hệ thống giám sát của bên thứ ba.

Chương 3: Triển khai thực nghiệm dựa trên framework OpenCTI

Chương 3 trình bày toàn bộ quá trình thiết lập mô hình thử nghiệm, bao gồm:

  • Cấu hình hạ tầng Docker Stack cho OpenCTI với đầy đủ các dịch vụ phụ trợ (ElasticSearch, Redis, MinIO, RabbitMQ).
  • Triển khai thu thập dữ liệu đe dọa thực tế từ AlienVault OTX và RiskIQ, thực hiện trích xuất và hiển thị các báo cáo nguy cơ cùng danh sách IOC trên giao diện quản trị OpenCTI.
  • Thực hiện chức năng tạo báo cáo phân tích mã độc, liên kết các thực thể và quan hệ theo chuẩn STIX.
  • Thiết lập máy chủ Splunk, cấu hình tích hợp dữ liệu đẩy từ OpenCTI thông qua Splunk Connector.
  • Cấu hình máy nạn nhân (Victim) thu thập sự kiện qua Windows Sysmon và chuyển tiếp log về Splunk.
  • Thực thi kịch bản tấn công: Kẻ tấn công thiết lập trang web giả mạo cổng thông tin QLDT PTIT; người dùng truy cập tên miền độc hại; mã độc tự động tải về máy. Hệ thống Splunk lập tức đối sánh sự kiện truy vấn và tạo file của Sysmon với danh sách IOC nhận từ OpenCTI, tạo cảnh báo tức thời trên giao diện giám sát an ninh.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đạt được các kết quả cụ thể:

  • Thiết lập thành công hệ thống quản lý tình báo đe dọa mạng mã nguồn mở dựa trên nền tảng OpenCTI, vận hành ổn định trên kiến trúc microservices.
  • Tự động hóa quá trình thu thập, chuẩn hóa dữ liệu đe dọa theo định dạng STIX 2.1 và làm giàu thông tin từ các nguồn AlienVault OTX và RiskIQ.
  • Tích hợp thành công luồng chia sẻ dữ liệu IOC từ OpenCTI sang hệ thống giám sát an toàn thông tin Splunk theo thời gian thực.
  • Xây dựng thành công kịch bản tấn công giả mạo website QLDT PTIT và kiểm chứng cơ chế phát hiện tự động của Splunk dựa trên dữ liệu CTI kết hợp với nhật ký Windows Sysmon.

Về mặt giải pháp, tác giả đề xuất việc ứng dụng các nền tảng CTI mã nguồn mở nhằm tối ưu hóa chi phí đầu tư cho các tổ chức tại Việt Nam, đồng thời chuẩn hóa quy trình tiếp nhận và phân phối dữ liệu tình báo để chuyển đổi mô hình giám sát an ninh từ bị động sang chủ động.

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết và chu trình CTI; cung cấp bảng đối sánh chi tiết giữa các giải pháp CTI thương mại và mã nguồn mở; đồng thời chứng minh bằng thực nghiệm tính khả thi và hiệu quả của việc tích hợp nền tảng CTI (OpenCTI) vào hệ sinh thái giám sát an toàn mạng (Splunk).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được tác giả xác định gồm:

  • Nền tảng OpenCTI chưa có cơ chế xử lý triệt để vấn đề trùng lặp dữ liệu khi số lượng nguồn thu thập tăng cao, có thể dẫn đến hiện tượng tăng tải tài nguyên hệ thống.
  • OpenCTI chưa hỗ trợ tích hợp các mô hình học máy (Machine Learning/AI) để tự động phân tích và đánh giá dữ liệu quy mô lớn như các nền tảng thương mại (Dataminr Pulse, Anomali ThreatStream).
  • Phạm vi thử nghiệm kịch bản tấn công mới dừng lại ở quy mô mô phỏng trên môi trường lab với một máy trạm đơn lẻ.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo bao gồm:

  • Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán học máy nhằm tự động phân loại, lọc trùng lặp và tính toán điểm tin cậy (confidence score) cho dữ liệu CTI.
  • Mở rộng tích hợp OpenCTI với các giải pháp an ninh mạng khác như hệ thống điều phối và phản ứng tự động (SOAR), giải pháp phát hiện điểm cuối (EDR/XDR) và tường lửa thế hệ mới để tự động hóa quy trình ngăn chặn sự cố.
  • Thử nghiệm hệ thống trên môi trường mạng quy mô lớn với nhiều nguồn cấp dữ liệu tình báo chuyên sâu.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành An toàn thông tin, Mạng máy tính và Công nghệ thông tin có nhu cầu tìm hiểu về Cyber Threat Intelligence, các chuẩn STIX/TAXII và mô hình phòng thủ mạng chủ động.
  • Kỹ sư an ninh mạng, chuyên viên phân tích SOC (Security Operations Center) và Threat Intelligence tại các tổ chức, doanh nghiệp trong việc đánh giá, lựa chọn và triển khai nền tảng quản lý CTI mã nguồn mở.
  • Các nhà nghiên cứu quan tâm đến việc xây dựng kiến trúc microservices xử lý dữ liệu đe dọa và phương pháp tích hợp luồng IOC vào hệ thống SIEM.

Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất là bảng so sánh 4 nền tảng CTI tại Chương 2 và quy trình cấu hình, tích hợp kỹ thuật giữa OpenCTI, Splunk và Windows Sysmon tại Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Chu trình Cyber Threat Intelligence gồm những giai đoạn nào?
Chu trình CTI gồm 6 giai đoạn liên tục và lặp lại: (1) Lập kế hoạch và mục tiêu (Planning and Direction), (2) Thu thập dữ liệu (Collection), (3) Xử lý dữ liệu (Processing), (4) Phân tích (Analysis), (5) Phân phối (Dissemination), và (6) Phản hồi (Feedback).

2. Kiến trúc của nền tảng OpenCTI gồm những thành phần công nghệ nào?
OpenCTI được xây dựng theo kiến trúc microservices gồm: Platform (giao diện web và GraphQL API), Database (ElasticSearch lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu STIX dưới dạng JSON), Events stream (Redis in-memory), Storage (MinIO / S3 Bucket), Messaging System (RabbitMQ sử dụng AMQP), Workers (tiến trình nền Python) và hệ thống Connectors (Import, Enrichment, Stream, Import Files, Export Files).

3. Vì sao tác giả lựa chọn OpenCTI thay vì các nền tảng như IBM X-Force Exchange, Dataminr Pulse hay Anomali ThreatStream?
OpenCTI được lựa chọn vì đây là nền tảng mã nguồn mở hoàn toàn miễn phí, tiêu tốn ít tài nguyên hơn, hỗ trợ đầy đủ các chuẩn STIX/TAXII và MITRE ATT&CK, dễ cấu hình và tích hợp sẵn nhiều trình kết nối (connectors) với các hệ thống giám sát của bên thứ ba, phù hợp với phạm vi và điều kiện thực hiện đồ án.

4. Trong mô hình thực nghiệm, dữ liệu tình báo được thu thập từ nguồn nào và tích hợp với hệ thống nào?
Dữ liệu đe dọa được thu thập tự động từ hai nguồn cung cấp CTI là AlienVault OTX và RiskIQ thông qua các Import Connectors, sau đó được chuẩn hóa thành STIX 2.1 trên OpenCTI và đẩy qua Stream Connector sang hệ thống quản lý sự kiện và thông tin an ninh Splunk (SIEM).

5. Kịch bản thử nghiệm phát hiện tấn công được thiết lập như thế nào?
Kịch bản giả lập kẻ tấn công tạo website giả mạo trang Quản lý đào tạo PTIT (QLDT PTIT) để người dùng truy cập và tự động tải mã độc về máy. Nhật ký truy vấn tên miền và tạo tệp từ Windows Sysmon trên máy nạn nhân được gửi về Splunk; Splunk đối soát với danh sách IOC nhận từ OpenCTI và kích hoạt cảnh báo phát hiện hành vi độc hại theo thời gian thực.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Phạm Thị Kiều Oanh đã nghiên cứu toàn diện về Cyber Threat Intelligence và vai trò của việc quản lý dữ liệu tình báo trong mô hình giám sát an ninh mạng chủ động. Thông qua việc phân tích đối chuẩn các nền tảng hiện hành, tác giả đã lựa chọn và triển khai thực nghiệm thành công hệ thống OpenCTI mã nguồn mở, tích hợp đồng bộ với hệ thống SIEM Splunk. Kết quả thử nghiệm kịch bản tấn công giả mạo chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng CTI trong việc tự động hóa cảnh báo và nâng cao năng lực phát hiện mối đe dọa an toàn thông tin.