Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án được thực hiện trong bối cảnh các mối đe dọa an ninh mạng gia tăng nhanh chóng về quy mô lẫn mức độ tinh vi. Theo thống kê của tổ chức APWG (The Anti-Phishing Working Group), riêng trong quý 2 năm 2024 đã ghi nhận 877.536 cuộc tấn công phishing. Báo cáo của CrowdStrike cho thấy số lượng xâm nhập từ quý 3 năm 2022 đến quý 4 năm 2023 tăng đột biến với tỷ lệ lên đến 150% trong giai đoạn cao điểm, trước khi giảm nhẹ khoảng 15% vào đầu năm 2024 nhưng vẫn cao hơn đáng kể so với năm 2022. Các mối đe dọa chủ yếu bao gồm ransomware, phishing, DDoS và APT (Advanced Persistent Threat), trong đó các cuộc tấn công APT kết hợp với kỹ thuật khai thác lỗ hổng zero-day và trí tuệ nhân tạo đang vượt qua khả năng phòng thủ của các hệ thống bảo mật truyền thống.
Tại Việt Nam, nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ chưa triển khai các giải pháp SIEM, dẫn đến khoảng trống lớn trong năng lực giám sát và phát hiện mối đe dọa. Sự mở rộng của hệ sinh thái số với IoT, dịch vụ đám mây và tích hợp bên thứ ba càng làm gia tăng bề mặt tấn công, tạo ra nhu cầu cấp thiết về giải pháp giám sát toàn diện, chủ động.
Mục tiêu nghiên cứu: Đồ án hướng đến ba mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu tổng quan về các nguy cơ an ninh mạng hiện nay và phương pháp Threat Hunting.
- Tìm hiểu, phân tích nền tảng Security Onion — kiến trúc, thành phần, quy trình triển khai, ưu điểm và nhược điểm.
- Ứng dụng Security Onion để mô phỏng, phát hiện và phân tích các kịch bản tấn công thực tế (malware, phishing).
Đối tượng nghiên cứu: Nền tảng Security Onion 2 và các công cụ tích hợp trong hệ thống (Suricata, Zeek, Kibana, Elastic Agent, osquery, Stenographer, CyberChef, Sguil, Squert, WireShark, InfluxDB, CAPMe).
Phạm vi nghiên cứu: Môi trường thực nghiệm được xây dựng trên nền tảng ảo hóa VMware với địa chỉ IP tĩnh được phân bổ cho các máy ảo, thực hiện năm 2024 tại Học viện Kỹ thuật Mật mã — Khoa An toàn thông tin.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình
Đồ án sử dụng hai khung lý thuyết chính:
- Hunting Maturity Model (HMM): Mô hình trưởng thành Threat Hunting gồm năm cấp độ từ HM0 (Initial) — phụ thuộc hoàn toàn vào cảnh báo tự động của IDS/SIEM/antivirus — đến HM4 (Leading) — tự động hóa toàn bộ quy trình săn tìm. Mô hình này được sử dụng làm cơ sở đánh giá năng lực phát hiện chủ động của tổ chức.
- MITRE ATT&CK Framework: Khung Tactics, Techniques and Procedures (TTPs) do MITRE xây dựng từ năm 2013, cung cấp góc nhìn tổng quan về hành vi của kẻ tấn công sau khi xâm nhập hệ thống. Đồ án tham chiếu ATT&CK để phân loại và nhận diện kỹ thuật tấn công trong các kịch bản thực nghiệm.
Ngoài ra, đồ án đề cập đến khái niệm IOC (Indicators of Compromise), Threat Intelligence (thông tin tình báo mối đe dọa), DAP (Data Analyst Process — quy trình phân tích dữ liệu), và các kỹ thuật săn tìm: Searching, Clustering, Stacking.
Phương pháp nghiên cứu
Đồ án kết hợp hai nhóm phương pháp:
- Phân tích và tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu báo cáo thực tế từ CrowdStrike, Sophos, APWG; tài liệu kỹ thuật của Security Onion; sách chuyên khảo về IDH (tác giả Sanders, C.); tài liệu MITRE ATT&CK.
- Thực nghiệm kỹ thuật: Xây dựng môi trường lab ảo hóa trên VMware, triển khai Security Onion 2 theo kiến trúc Standalone, sau đó mô phỏng hai kịch bản tấn công thực tế và phân tích nhật ký phát hiện trên nền tảng.
Nguồn dữ liệu
Dữ liệu phân tích đến từ: báo cáo công khai của CrowdStrike (Q3/2022–Q2/2024), Sophos, APWG (Q2/2024); nhật ký mạng và cảnh báo thu thập qua Security Onion trong môi trường thực nghiệm VMware; đánh giá sản phẩm từ nền tảng Gartner (so sánh Security Onion và Cisco Systems).
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan về nguy cơ tiềm ẩn và Threat Hunting
Chương này phác thảo bức tranh toàn cảnh về an ninh mạng hiện nay thông qua số liệu thống kê từ CrowdStrike và Sophos. Theo báo cáo CrowdStrike, ngành công nghệ chịu tỷ lệ tấn công mạng cao nhất (khoảng 30–35%), tiếp theo là tư vấn và dịch vụ chuyên nghiệp (20–25%) và dịch vụ tài chính (15–18%). Báo cáo Sophos chỉ ra rằng exploited vulnerability chiếm tỷ lệ cao nhất trong lĩnh vực năng lượng, dầu khí (49%), trong khi compromised credentials dẫn đầu trong khối chính phủ liên bang (47%).
Tác giả trình bày khái niệm Threat Hunting — quá trình tìm kiếm chủ động trên toàn bộ hệ thống nhằm phát hiện các tấn công mà công cụ tự động bỏ sót — theo định nghĩa của Splunk. Mô hình HMM được mô tả chi tiết qua năm cấp độ (HM0 đến HM4), trong đó HM2 (Procedural) được xác định là cấp độ phổ biến nhất ở các tổ chức có chương trình Threat Hunting.
Quy trình rà soát mối đe dọa được trình bày theo bảy bước tuần tự: (1) Bắt đầu/kích hoạt rà soát; (2) Xây dựng giả thuyết/lập kế hoạch; (3) Tương quan nguồn Threat Intelligence; (4) Điều tra số; (5) Xác định IOC mới; (6) Cập nhật giả thuyết; (7) Chuyển giao cho quy trình ứng cứu sự cố. Ba kỹ thuật săn tìm chủ yếu được phân tích: Searching (truy vấn có tiêu chí rõ ràng), Clustering (phân cụm dữ liệu bằng học máy để phát hiện ngoại lệ) và Stacking (đếm tần suất xuất hiện để xác định bất thường).
Chương II: Security Onion — Giải pháp săn tìm mối đe dọa tiềm ẩn
Chương này là trọng tâm lý thuyết và kỹ thuật của đồ án. Security Onion được giới thiệu là nền tảng mã nguồn mở miễn phí được khởi tạo bởi Doug Burks từ năm 2008 dưới dạng bản phân phối Linux cho phát hiện xâm nhập và giám sát an ninh mạng. Các mốc lịch sử quan trọng bao gồm: tái cấu trúc lớn năm 2012 ("Big Distro Rebuild"); thành lập Security Onion Solutions LLC năm 2014; phát hành thiết bị phần cứng tùy chỉnh năm 2018; ra mắt Security Onion 2 với giao diện web bản địa năm 2020; bổ sung Cases, Dashboards, Analyzers vào Security Onion Console (SOC) năm 2022; công bố module Detections và Security Onion Pro năm 2024.
Thành phần cốt lõi được phân tích theo bốn nhóm chức năng:
| Nhóm chức năng |
Công cụ tích hợp |
Mô tả chính |
| Phát hiện xâm nhập mạng (NIDS) |
Suricata, Snort, Zeek |
Suricata: phát hiện dựa trên chữ ký; Zeek: phân tích theo hướng giao thức, ghi nhật ký DNS/HTTP/FTP/SSH/SSL |
| Bắt gói tin toàn phần |
Stenographer |
Ghi toàn bộ gói tin từ NIC ra đĩa, hỗ trợ xử lý khi đĩa đầy |
| Giám sát máy chủ (HIDS) |
Elastic Agent, osquery, Elastic Fleet |
Thu thập endpoint, truy vấn thời gian thực, quản lý tập trung |
| Honeypot phát hiện xâm nhập |
OpenCanary (IDH) |
Mô phỏng HTTP, FTP, SSH; kích hoạt cảnh báo khi có tương tác |
Giao diện phân tích bao gồm: Security Onion Console (SOC), Kibana (phân tích đa chiều qua "single pane of glass"), Hunt (truy vấn tập trung, tổng hợp nhiều trường vào một bảng), CyberChef (mã hóa/giải mã, phân tích hash, lọc log — phát triển bởi GCHQ), Sguil (NSM mã nguồn mở, viết bằng Tcl/Tk), Squert (truy vấn web từ dữ liệu Sguil), WireShark (phân tích giao thức TCP/UDP/HTTP/HTTPS thời gian thực), InfluxDB (lưu trữ và trực quan hóa dữ liệu chuỗi thời gian, hỗ trợ ETL), CAPMe.
Kiến trúc triển khai được đề cập qua bốn dạng: Import, Eval (Evaluation Mode — mặc định dùng Snort), Standalone và Distributed, mỗi dạng có yêu cầu phần cứng khác nhau được trình bày trong đồ án.
Chương kết thúc bằng phân tích so sánh Security Onion với Cisco Systems dựa trên đánh giá của Gartner, bao gồm các tiêu chí: điểm tổng thể, Evaluation và Contracting, khả năng tích hợp và triển khai, khả năng hỗ trợ dịch vụ. Bảng nhận xét của người dùng (Bảng 1.1 trong đồ án) tổng hợp ý kiến thực tế từ cộng đồng về hai sản phẩm.
Chương III: Ứng dụng của Security Onion trong việc săn tìm mối đe dọa tiềm ẩn
Chương này trình bày hai kịch bản tấn công được mô phỏng hoàn chỉnh trong môi trường lab VMware, trong đó Security Onion đóng vai trò hệ thống phát hiện và phân tích.
Kịch bản 1 — Tấn công bằng malware/reverse shell:
Tác giả sử dụng Metasploit để tạo payload mã độc, thiết lập listener cho kết nối reverse shell, khởi động máy chủ HTTP trên cổng 8080 để phân phối malware. Máy nạn nhân được mô phỏng tải malware về và thực thi, thiết lập kênh lắng nghe thành công. Security Onion ghi nhận lưu lượng mạng bất thường trong quá trình máy trạm bị malware kiểm soát; nhật ký được hiển thị qua Dashboards và Kibana.
Kịch bản 2 — Tấn công phishing:
Tác giả sử dụng bộ công cụ SET (Social Engineering Toolkit) để tạo trang web giả mạo giao diện đăng nhập Google. Email phishing được gửi đến nạn nhân thông qua công cụ sendemail. Khi nạn nhân đăng nhập vào trang giả mạo, thông tin user/password bị thu thập. Hệ thống Security Onion ghi nhận các sự kiện liên quan, hiển thị logs chi tiết qua phần Dashboards và Kibana, cho phép phân tích đường đi của tấn công.
Thiết kế và triển khai
Môi trường thực nghiệm được xây dựng trên VMware với địa chỉ IP tĩnh được phân bổ cho từng máy ảo (chi tiết tại Bảng 1.2 trong đồ án). Security Onion 2 được cài đặt theo kiến trúc Standalone thông qua quy trình setup được mô tả chi tiết bằng 16 hình ảnh minh họa (Hình 2.23 đến Hình 2.38).
Công nghệ sử dụng:
| Thành phần |
Công nghệ/Công cụ |
| Nền tảng giám sát |
Security Onion 2 |
| Phát hiện xâm nhập mạng |
Suricata (AF_PACKET mode), Snort (Eval mode), Zeek |
| Bắt gói tin |
Stenographer |
| Lưu trữ nhật ký |
Elasticsearch |
| Phân tích và trực quan hóa |
Kibana, InfluxDB, Hunt |
| Giám sát endpoint |
Elastic Agent, osquery, Elastic Fleet |
| Phân tích dữ liệu |
CyberChef, Sguil, Squert, WireShark, CAPMe |
| Công cụ tấn công (thực nghiệm) |
Metasploit, SET (Social Engineering Toolkit), sendemail |
| Ảo hóa |
VMware |
Chuyển đổi NIDS engine từ Snort sang Suricata thực hiện qua lệnh sed chỉnh sửa tệp cấu hình /etc/nsm/securityonion.conf và chạy lại rule-update. Kết quả phát hiện được xác nhận qua giao diện Dashboards (Security Onion Console) và Kibana với logs chi tiết về từng sự kiện.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính:
- Hệ thống Security Onion 2 được triển khai thành công trong môi trường lab VMware theo kiến trúc Standalone, ghi nhận và phân tích được lưu lượng mạng từ cả hai kịch bản tấn công.
- Kịch bản tấn công malware qua reverse shell (Metasploit, cổng 8080): Security Onion phát hiện lưu lượng bất thường, hiển thị logs trên Dashboards và Kibana.
- Kịch bản tấn công phishing (SET + sendemail): Security Onion ghi nhận các sự kiện liên quan đến trang web giả mạo Google Login, thu thập được bằng chứng lộ thông tin user/password của nạn nhân thông qua hệ thống logs.
- Từ đánh giá của Gartner: Security Onion được so sánh với Cisco Systems trên nhiều tiêu chí, cho thấy Security Onion là lựa chọn khả thi về chi phí cho các tổ chức chưa có điều kiện triển khai giải pháp thương mại.
Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất:
- Ưu tiên triển khai Security Onion 2 cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam chưa có SIEM, nhằm nâng cao năng lực giám sát mà không đòi hỏi đầu tư lớn vào hệ thống thương mại.
- Kết hợp Threat Hunting chủ động với Security Onion như một chiến lược bổ sung cho các hệ thống phòng thủ thụ động hiện có (tường lửa, antivirus, IDS truyền thống).
- Áp dụng quy trình rà soát mối đe dọa bảy bước kết hợp với MITRE ATT&CK và HMM để nâng cao mức độ trưởng thành của tổ chức trong phát hiện mối đe dọa.
Đóng góp so với nghiên cứu trước:
Tác giả xây dựng một tài liệu tiếng Việt tương đối toàn diện về Security Onion 2 — bao gồm lịch sử phát triển, kiến trúc, quy trình cài đặt chi tiết và ứng dụng thực nghiệm — trong bối cảnh tài liệu tiếng Việt về nền tảng này còn hạn chế. Đồ án bổ sung phần thực nghiệm kịch bản tấn công kép (malware + phishing) trên cùng một hệ thống Security Onion, minh họa khả năng phát hiện đa dạng loại tấn công của nền tảng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được xác định từ phạm vi nghiên cứu:
- Môi trường thực nghiệm giới hạn trong lab VMware với kiến trúc Standalone; chưa thử nghiệm kiến trúc Distributed trên hạ tầng thực tế quy mô lớn.
- Số lượng kịch bản tấn công mô phỏng còn hạn chế (malware/reverse shell và phishing); chưa bao gồm các loại tấn công APT phức tạp, DDoS hay tấn công chuỗi cung ứng.
- Đánh giá hiệu năng phát hiện của Security Onion (tỷ lệ phát hiện, tỷ lệ dương tính giả) chưa được định lượng trong đồ án.
- Chưa tích hợp Security Onion với các nguồn Threat Intelligence tự động để đánh giá khả năng tương quan IOC theo thời gian thực.
Hướng nghiên cứu tiếp:
Tác giả gợi mở hướng phát triển là mở rộng phạm vi kịch bản tấn công, thử nghiệm triển khai kiến trúc Distributed trong môi trường doanh nghiệp thực tế, và tích hợp thêm nguồn Threat Intelligence tự động để nâng cao mức độ trưởng thành Threat Hunting (từ HM2 lên HM3/HM4).
Giá trị tham khảo
Đồ án phù hợp làm tài liệu tham khảo cho:
- Sinh viên ngành An toàn thông tin, Công nghệ thông tin muốn tìm hiểu về giám sát an ninh mạng (NSM) và nền tảng mã nguồn mở: có thể tham khảo Chương II về kiến trúc, thành phần và quy trình cài đặt Security Onion 2.
- Sinh viên làm đồ án về Threat Hunting hoặc SIEM: Chương I cung cấp khung lý thuyết HMM, MITRE ATT&CK và quy trình rà soát mối đe dọa bảy bước có thể áp dụng trực tiếp.
- Kỹ sư/chuyên viên bảo mật tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ muốn triển khai hệ thống giám sát chi phí thấp: Chương II (quy trình cài đặt 16 bước minh họa) và phần so sánh Security Onion — Cisco Systems trên Gartner là tham chiếu thực tiễn.
- Người nghiên cứu phân tích phishing và malware: Chương III cung cấp quy trình mô phỏng tấn công end-to-end (từ tạo payload/trang giả mạo đến phân tích nhật ký) sử dụng Metasploit, SET, sendemail kết hợp với Security Onion.
Câu hỏi thường gặp
1. Security Onion 2 hỗ trợ những kiến trúc triển khai nào và yêu cầu phần cứng ra sao?
Đồ án mô tả bốn kiến trúc: Import, Eval, Standalone và Distributed. Yêu cầu phần cứng khác nhau cho từng dạng được trình bày trong Hình 2.16 của đồ án. Trong thực nghiệm, tác giả sử dụng kiến trúc Standalone trên VMware.
2. Khi cài đặt Security Onion ở chế độ Evaluation Mode, engine NIDS mặc định là gì và cách chuyển sang Suricata như thế nào?
Ở chế độ Evaluation Mode, Security Onion mặc định sử dụng Snort làm NIDS engine. Để chuyển sang Suricata, cần dừng sensor (sudo so-sensor-stop), chỉnh sửa tệp /etc/nsm/securityonion.conf bằng lệnh sed để thay ENGINE=snort thành ENGINE=suricata, sau đó chạy sudo rule-update.
3. Security Onion phát hiện tấn công phishing như thế nào trong kịch bản thực nghiệm của đồ án?
Tác giả sử dụng SET để tạo trang web giả mạo giao diện đăng nhập Google và gửi email phishing qua sendemail. Khi nạn nhân đăng nhập vào trang giả mạo, thông tin user/password bị lộ (Hình 3.20). Security Onion ghi nhận các sự kiện liên quan, hiển thị logs trên giao diện Dashboards (Hình 3.21) và Kibana (Hình 3.22), cho phép phân tích chi tiết từng sự kiện (Hình 3.23).
4. Mô hình Hunting Maturity Model (HMM) mô tả bao nhiêu cấp độ và cấp độ nào phổ biến nhất trong thực tế?
HMM gồm năm cấp độ từ HM0 (Initial — hoàn toàn phụ thuộc IDS/SIEM/antivirus tự động) đến HM4 (Leading — tự động hóa toàn bộ quy trình, nhà phân tích tập trung phát triển quy trình mới). Đồ án xác định HM2 (Procedural) là cấp độ phổ biến nhất trong các tổ chức có chương trình Threat Hunting, khi tổ chức đã chuẩn hóa quy trình và áp dụng các kỹ thuật phân tích định kỳ.
5. Trong so sánh giữa Security Onion và Cisco Systems, nguồn đánh giá nào được sử dụng và các tiêu chí nào được so sánh?
Đồ án sử dụng dữ liệu đánh giá từ nền tảng Gartner. Các tiêu chí bao gồm: điểm trung bình tổng thể (Hình 2.40–2.41), Evaluation và Contracting (Hình 2.42), khả năng tích hợp và triển khai (Hình 2.43), và khả năng hỗ trợ dịch vụ (Hình 2.44). Bảng 1.1 trong đồ án tổng hợp nhận xét định tính từ người dùng thực tế của cả hai sản phẩm.
Kết luận
Đồ án của Nguyễn Huy Hoàng (AT17N0106, Học viện Kỹ thuật Mật mã, 2024) nghiên cứu và xây dựng giải pháp phát hiện, săn tìm mối đe dọa an ninh mạng dựa trên nền tảng mã nguồn mở Security Onion 2, kết hợp với khung lý thuyết Threat Hunting (HMM, MITRE ATT&CK) và quy trình rà soát mối đe dọa có cấu trúc. Thực nghiệm được thực hiện trên môi trường VMware với hai kịch bản tấn công cụ thể — malware/reverse shell qua Metasploit và phishing qua SET — minh họa khả năng phát hiện và ghi nhận bằng chứng của Security Onion thông qua Kibana, Dashboards và các công cụ phân tích tích hợp. Đồ án đóng góp một tài liệu tham khảo tiếng Việt có hệ thống về Security Onion 2, hữu ích cho sinh viên và kỹ sư bảo mật muốn triển khai giải pháp NSM chi phí thấp trong bối cảnh Việt Nam.