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云计算将计算、存储等能力从用户终端转移到云服务商的“云端”,大幅减少了用户部署和管理应用的成本。软件即服务（Software as a Service,Saa S）云作为当前较为成熟的云计算交付模式,具有多租户、透明访问、按需弹性使用、组合服务等特点,同时用户对资源、数据、程序的控制权也转移到了云端。Saa S云在遭受部分传统网络安全威胁和IT系统安全威胁的同时,其多租户共存、功能虚拟化、物理边界消失、内部通信机制暴露等特点,使得Saa S云也面临诸多新型安全挑战。现有Saa S云安全研究主要集中于传统外挂式安全技术向云上迁移,或是研究云上的动态性机制设计。网络空间拟态防御（Cyber Mimic Defense,CMD）综合利用动态、异构、冗余机制,基于拟态构造、拟态策略产生结构性内生安全增益,实现对拟态界内服务功能的安全防护,近年来受到业界的广泛关注。但如何将拟态安全防御思想应用于Saa S云场景的研究方兴未艾,存在诸多难题亟待解决。本文主要关注以下两个关键问题:1)如何建立具有内生安全效用的Saa S云架构,提升云基础设施及Saa S云服务安全性能;2)如何在保证Saa S服务正常运行的前提下,减少因引入安全防御框架、部署拟态伪装等技术对Saa S服务性能的影响。针对上述问题,本课题分别针对Saa S云内生安全架构、拟态Saa S服务部署及拟态伪装技术展开研究。首先,基于动态异构冗余（Dynamic Heterogeneous Redundancy,DHR）架构,提出一种基于Kubernetes的拟态化Saa S云内生安全架构。面向可实现性、实现代价以及安全增益对Saa S云系统进行拟态化改造,并基于容器云组合服务的特点设计了三种核心安全机制。然后,在多云融合的场景下,在Saa S服务部署阶段进一步提高拟态系统的异构性,并通过合理选择物理资源以降低业务端到端时延,提出一种基于多云融合的拟态Saa S服务部署方法。最后,针对拟态异构云资源池中的网络嗅探和同驻攻击,综合考虑使用动态迁移、蜜罐部署、指纹修改等方法,分别提出一种基于信号博弈的容器迁移与蜜罐部署方法和一种基于指纹匿名的多容器协同拟态伪装方法。本课题的主要研究内容如下:1.针对Saa S云服务攻击面增大、安全管控困难的问题,提出一种拟态化Saa S云内生安全系统架构Mimicloud。首先,基于Saa S云组合服务模式进行二次开发,构建基于DHR模型的拟态化系统架构,利用云计算技术降低拟态技术的实现代价,实现对原有系统的良好兼容与过渡。其次,Mimicloud引入了动态重构、多维重构和交叉校验等安全机制,以消除攻击者获得的攻击知识,防止多个容器因同构漏洞而被攻破,提高Saa S服务的容侵能力。最后,基于排队理论动态分析Mimicloud的服务状态,进而调整拟态轮换策略和服务冗余度,实现安全与性能的折中。基于原型系统的实验测试表明,相较于普通Saa S云系统,Mimicloud可在增加28%的服务延迟成本条件下有效增强Saa S云服务的安全性。2.针对云中同构同源漏洞的威胁和云服务提供商不可信的问题,提出一种基于多云融合的拟态Saa S服务部署方法PJM。首先,在研究内容1的基础上进一步通过多云部署和碎片化执行提高拟态Saa S系统的异构性,利用云中的异构池化资源配置和动态调用分配机制,使得攻击者难以掌握跨平台拟态服务的变化规律并找出可利用的脆弱性条件。其次,将Saa S业务的部署过程建模为一个虚拟网络映射问题,提出容器同驻惩罚机制和多云部署奖励机制,通过优选合理的异构云基础设施来减少攻击者逃逸的可能性。最后,为减少拟态机制和数据跨云传输对系统性能的影响,提出一种基于近端策略优化的拟态化虚拟网络功能映射算法PJM。实验结果表明,多云部署的拟态Saa S服务可使攻击成功率下降约80%,所提算法PJM通过优化映射策略,较对比算法可降低约12.2%的业务端到端服务时延。3.针对Saa S云服务容易遭受容器逃逸、侧信道等同驻攻击的问题,提出一种基于动态迁移和虚假信号的容器拟态伪装方法CDMFS。首先,通过环境感知和自身形态的迭代伪装来造成攻击者的认识困境,提出一种基于网络欺骗的容器拟态伪装方法,提高云系统的“测不准效应”。其次,综合利用移动目标防御、蜜罐等技术进行防御场景重构,降低攻击可达性,并诱使攻击者入侵蜜罐容器,进而暴露出更多的攻击意图和手段。最后,建立信号博弈模型对攻防双方的行为及收益进行均衡分析,为选择最优的拟态伪装类型和防御时机提供参考。实验结果表明,所提策略能够降低同驻攻击达成的概率,较对比算法获得约19%的防御收益提升。4.针对攻击者通过多维指纹信息交叉验证来锁定攻击目标的问题,提出一种基于指纹匿名的多容器协同拟态伪装方法CFDAA。首先,在研究内容3的基础上进一步提高Saa S云服务拟态伪装的欺骗性,通过修改云资源池中容器的指纹满足匿名化标准,制造虚假的云资源视图,提高攻击者网络侦查与嗅探的难度;其次,通过建立容器指纹数据集的语义分类树,对容器指纹修改开销进行量化评估;最后,为实时在线处理快速大量实例化的容器,提出一种基于数据流匿名的动态指纹欺骗算法,通过时延控制和簇分割对容器指纹修改策略和发布时限进行设计。实验结果表明,所提方法能够在额外时间开销可控的情况下,显著提高攻击者定位目标云资源所需的攻击开销。