1 簡介

SecureVibes 是一個開源的安全自動化工具，其功能為簡化弱點掃描和評估程序。此框架的主要目標是將多種安全掃描方法整合到一個統一的 pipeline 中，使安全專業人員能夠有效率地識別和分析其系統和網路中的弱點。本研究報告提供 SecureVibes 架構、核心組件和實作細節的全面技術分析，特別強調其模組化設計和整合模式。

現代 IT 基礎設施日益複雜，因此需要能夠適應各種環境和 Threat actor 環境的自動化安全評估工具。SecureVibes 透過其可擴充的、基於外掛的架構來滿足這一需求，該架構允許納入各種安全工具和客製化評估模組。本報告將解構 SecureVibes 的技術基礎，檢查其結構模式和操作工作流程。

掌握資安自動化趨勢：SecureVibes 架構品質屬性探討 | 資訊安全新聞

2 系統架構分析

SecureVibes 的架構遵循一種 組件與連接器（component-and-connector） 的結構，其中系統被結構化為一組具有執行時期行為和互動的元素。這種架構方法強調資料在組件之間流動及其執行時期的關係。

2.1 架構風格與模式

SecureVibes 實作了一種基於 pipeline 的架構風格，該風格定義了「組件和連接器類型的詞彙，以及如何將它們組合的一組限制」。在這個框架中：

  • 組件 包括掃描模組、資料處理器和報告引擎
  • 連接器 建立了這些組件之間的通訊通道，主要透過標準化的資料格式和 API
  • 限制 確保正確的執行順序和資料流驗證

高階系統架構可以使用以下圖視覺化：

graph TD A[User Configuration] --> B[Core Orchestrator]; B --> C[NMAP Scanner]; B --> D[Vuln Database]; B --> E[Custom Modules]; C --> F[Result Parser]; D --> F; E --> F; F --> G[Report Generator]; G --> H[HTML Report]; G --> I[JSON Output]; G --> J[PDF Export]; style A fill:#e1f5fe style B fill:#f3e5f5 style C fill:#fff3e0 style D fill:#fff3e0 style E fill:#fff3e0 style F fill:#e8f5e8 style G fill:#ffebee

這種架構模式能夠將不同功能單元之間的關注點分離，允許模組化開發和測試。 pipeline-style structural organization 允許資料流經各個處理階段，同時在處理安全掃描結果方面保持一致性。

3 核心組件與技術實作

3.1 設定管理

SecureVibes 中的設定系統利用結構化的方法來管理掃描參數和模組設定。根據對程式庫的分析，設定遵循一個階層式模型，其中預設設定可以被使用者特定的偏好覆蓋。 

# Sample Configuration Structure (Simplified)
{
  "scan_parameters": {
    "target_networks": ["192.168.1.0/24"], # CIDR notation for network ranges
    "port_ranges": "1-1000", # TCP port ranges to scan
    "scan_intensity": "aggressive", # Scanning intensity profile
    "timing_template": "T4", # NMAP timing template
    "max_parallel_scans": 5 # Concurrent scanning threads
  },
  "module_configuration": {
    "nmap_scanner": {
      "enable_service_scan": true, # Service detection flag
      "enable_os_detection": false, # OS fingerprinting toggle
      "script_scanning": "vuln" # NMAP script categories
    },
    "vulnerability_assessment": {
      "cvss_threshold": 6.0, # Minimum CVSS score to report
      "severity_levels": ["high", "critical"] # Severity filters
    }
  },
  "output_settings": {
    "report_formats": ["html", "json"], # Output format selection
    "include_remediation": true, # Include fix recommendations
    "custom_template_path": null # Path to custom report templates
  }
}

此設定系統展示了 配置結構（allocation structures） 的應用，它「體現了系統將如何與其環境中的非軟體結構相關聯的決策」。這從系統如何適應不同的網路環境和掃描要求中可以清楚看出。

3.2 掃描引擎架構

核心掃描功能實作了一個模組化的外掛架構，允許整合各種安全工具。技術設計遵循組件與連接器模式，組件之間具有明確定義的介面。

掃描工作流程可以表示為：

sequenceDiagram participant U as User participant O as Orchestrator participant NM as NMAP Scanner participant VD as Vulnerability DB participant RP as Result Processor participant RG as Report Generator U->>O: Execute Scan Command O->>NM: Initiate Network Scan NM->>NM: Perform Port Scanning NM->>NM: Service Detection NM->>O: Return Raw Results O->>VD: Query Vulnerability Data VD->>O: Return CVE Information O->>RP: Correlate Results RP->>RP: Assess Risk Levels RP->>RG: Generate Structured Data RG->>U: Produce Final Reports

此時序圖說明了組件之間的執行時期行為和互動，這是 組件與連接器結構（component-and-connector structures） 的特徵。系統中的每個組件都有特定的職責，並透過明確定義的通道進行通訊。

3.3 資料處理與關聯性分析

SecureVibes 的一個關鍵技術面向是其資料處理 pipeline ，它將原始掃描資料轉換為可操作的安全情報。實作內容包括：

  • 資料正規化 例程，將不同掃描工具的輸出標準化
  • 關聯性演算法 ，將發現的服務對應到已知的弱點
  • 風險評估啟發法 ，根據多種因素對發現結果進行優先排序

資料處理遵循轉換導向的架構，其中每個階段逐步豐富安全資料： 

  1. # Pseudocode: Data Processing Pipeline
  2. class DataProcessingPipeline:
  3.     def process_raw_results(self, raw_scan_data):
  4.         # Stage 1: Normalization
  5.         normalized_data = self.normalize_scan_output(raw_scan_data)
  7.         # Stage 2: Service Identification
  8.         service_mappings = self.identify_services(normalized_data)
  10.         # Stage 3: Vulnerability Correlation
  11.         vulnerability_matches = self.correlate_vulnerabilities(service_mappings)
  13.         # Stage 4: Risk Assessment
  14.         risk_assessed_data = self.assess_risk_levels(vulnerability_matches)
  16.         # Stage 5: Report Preparation
  17.         final_output = self.prepare_reporting_data(risk_assessed_data)
  19.         return final_output
  21.     def normalize_scan_output(self, raw_data):
  22.         # Convert various scanner formats to standardized internal representation
  23.         # Input: Raw output from security tools (NMAP, etc.)
  24.         # Output: Standardized JSON structure with consistent field names
  25.         normalized = {}
  26.         for host in raw_data['hosts']:
  27.             normalized_host = {
  28.                 'ip_address': host['addr'],
  29.                 'hostname': host.get('hostnames', [{}])[0].get('name', ''),
  30.                 'ports': [],
  31.                 'os_guess': host.get('osmatch', [{}])[0].get('name', 'Unknown')
  32.             }
  33.             for port in host.get('ports', []):
  34.                 normalized_port = {
  35.                     'port_id': port['portid'],
  36.                     'protocol': port['protocol'],
  37.                     'service_name': port.get('service', {}).get('name', 'unknown'),
  38.                     'service_version': port.get('service', {}).get('version', ''),
  39.                     'state': port['state']
  40.                 }
  41.                 normalized_host['ports'].append(normalized_port)
  42.             normalized[host['addr']] = normalized_host
  43.         return normalized

此 pipeline 體現了如何使用 模組結構（module structures） 來「將決策體現為一組必須建構或採購的程式碼或資料單元」。每個處理階段都代表一個離散的模組，在整體資料轉換程序中具有特定的職責。

4 實作細節與程式碼分析

4.1 核心協調引擎

SecureVibes 中的主要協調邏輯協調各種掃描模組的執行並管理它們之間的資料流。實作遵循 軟體架構重構（software architecture reconstruction） 的原則，其中涉及「分析系統現有的設計和實作 Artifact 以建構其模型」。

協調引擎的關鍵面向包括：

  • 用於協同掃描操作的 執行緒池（Thread pool）管理
  • 針對長時間執行的安全掃描的 逾時處理
  • 針對失敗掃描模組的 錯誤復原 機制
  • 資源監控 以防止系統超載

4.2 外掛架構與擴充機制

SecureVibes 實作了一個靈活的外掛系統，允許開發人員使用客製化掃描模組來擴充其功能。外掛架構使用了所有模組都必須實作的標準化介面： 

  1. # Base Plugin Interface Definition
  2. class SecurityScannerPlugin:
  3.     """Base class for all security scanner plugins in SecureVibes"""
  5.     def __init__(self, config):
  6.         self.config = config
  7.         self.plugin_name = "base_plugin"
  8.         self.version = "1.0.0"
  9.         self.supported_scan_types = []
  11.     def validate_parameters(self, scan_parameters):
  12.         """Validate input parameters before executing scan"""
  13.         required_params = self.get_required_parameters()
  14.         for param in required_params:
  15.             if param not in scan_parameters:
  16.                 raise ValueError(f"Missing required parameter: {param}")
  17.         return True
  19.     def execute_scan(self, target, options=None):
  20.         """Execute the security scan against specified target"""
  21.         # Base implementation - to be overridden by specific plugins
  22.         raise NotImplementedError("Subclasses must implement execute_scan")
  24.     def parse_results(self, raw_output):
  25.         """Parse raw scanner output into standardized format"""
  26.         # Base implementation - to be overridden by specific plugins
  27.         raise NotImplementedError("Subclasses must implement parse_results")
  29.     def get_required_parameters(self):
  30.         """Return list of required parameters for this plugin"""
  31.         return ['target']
  33.     def get_optional_parameters(self):
  34.         """Return list of optional parameters for this plugin"""
  35.         return {}
  37.     def get_supported_scan_types(self):
  38.         """Return list of supported scan types for this plugin"""
  39.         return self.supported_scan_types
  40. # NMAP Scanner Plugin Implementation
  41. class NmapScannerPlugin(SecurityScannerPlugin):
  42.     """Implementation of NMAP scanning functionality as a SecureVibes plugin"""
  44.     def __init__(self, config):
  45.         super().__init__(config)
  46.         self.plugin_name = "nmap_scanner"
  47.         self.version = "2.1.0"
  48.         self.supported_scan_types = [
  49.             "tcp_connect",
  50.             "syn_scan",
  51.             "udp_scan",
  52.             "service_detection"
  53.         ]
  55.     def execute_scan(self, target, options=None):
  56.         """Execute NMAP scan against specified target"""
  57.         if options is None:
  58.             options = {}
  60.         # Build NMAP command arguments based on target and options
  61.         nmap_args = self._build_nmap_arguments(target, options)
  63.         # Execute NMAP command using subprocess
  64.         try:
  65.             result = subprocess.run(
  66.                 nmap_args,
  67.                 capture_output=True,
  68.                 text=True,
  69.                 timeout=self.config.get('scan_timeout', 1800)
  70.             )
  72.             if result.returncode != 0:
  73.                 raise RuntimeError(f"NMAP execution failed: {result.stderr}")
  75.             return result.stdout
  77.         except subprocess.TimeoutExpired:
  78.             raise RuntimeError("NMAP scan timed out")
  80.     def _build_nmap_arguments(self, target, options):
  81.         """Construct NMAP command line arguments based on scan options"""
  82.         args = ['nmap']
  84.         # Add scan type arguments
  85.         if options.get('scan_type') == 'syn_scan':
  86.             args.append('-sS')
  87.         elif options.get('scan_type') == 'udp_scan':
  88.             args.append('-sU')
  89.         else: # Default to TCP connect scan
  90.             args.append('-sT')
  92.         # Add service detection if requested
  93.         if options.get('service_detection', True):
  94.             args.append('-sV')
  96.         # Add OS detection if requested
  97.         if options.get('os_detection', False):
  98.             args.append('-O')
  100.         # Add timing template
  101.         timing = options.get('timing_template', 'T4')
  102.         args.append(f'-{timing}')
  104.         # Add port specification
  105.         ports = options.get('ports', '1-1000')
  106.         args.append('-p')
  107.         args.append(ports)
  109.         # Add output format options
  110.         args.append('-oX')
  111.         args.append('-') # Output to stdout for parsing
  113.         # Add target specification
  114.         args.append(target)
  116.         return args
  118.     def parse_results(self, raw_output):
  119.         """Parse NMAP XML output into standardized format"""
  120.         try:
  121.             # Parse XML output from NMAP
  122.             root = ET.fromstring(raw_output)
  124.             parsed_results = {
  125.                 'scan_info': {},
  126.                 'hosts': []
  127.             }
  129.             # Extract scan metadata
  130.             scan_info = root.find('scaninfo')
  131.             if scan_info is not None:
  132.                 parsed_results['scan_info'] = {
  133.                     'type': scan_info.get('type', ''),
  134.                     'protocol': scan_info.get('protocol', ''),
  135.                     'num_services': scan_info.get('numservices', '')
  136.                 }
  138.             # Extract host information
  139.             for host in root.findall('host'):
  140.                 host_data = self._parse_host_element(host)
  141.                 parsed_results['hosts'].append(host_data)
  143.             return parsed_results
  145.         except ET.ParseError as e:
  146.             raise ValueError(f"Failed to parse NMAP XML output: {str(e)}")
  148.     def _parse_host_element(self, host_element):
  149.         """Parse individual host element from NMAP XML output"""
  150.         host_data = {
  151.             'addresses': [],
  152.             'ports': [],
  153.             'os_guesses': []
  154.         }
  156.         # Parse address information
  157.         for address in host_element.findall('address'):
  158.             host_data['addresses'].append({
  159.                 'addr': address.get('addr'),
  160.                 'addrtype': address.get('addrtype')
  161.             })
  163.         # Parse port information
  164.         ports_element = host_element.find('ports')
  165.         if ports_element is not None:
  166.             for port in ports_element.findall('port'):
  167.                 port_data = self._parse_port_element(port)
  168.                 host_data['ports'].append(port_data)
  170.         # Parse OS information
  171.         os_element = host_element.find('os')
  172.         if os_element is not None:
  173.             for os_match in os_element.findall('osmatch'):
  174.                 host_data['os_guesses'].append({
  175.                     'name': os_match.get('name'),
  176.                     'accuracy': os_match.get('accuracy')
  177.                 })
  179.         return host_data
  181.     def _parse_port_element(self, port_element):
  182.         """Parse individual port element from NMAP XML output"""
  183.         port_data = {
  184.             'portid': port_element.get('portid'),
  185.             'protocol': port_element.get('protocol'),
  186.             'state': 'unknown',
  187.             'service': {}
  188.         }
  190.         # Parse port state
  191.         state_element = port_element.find('state')
  192.         if state_element is not None:
  193.             port_data['state'] = state_element.get('state')
  195.         # Parse service information
  196.         service_element = port_element.find('service')
  197.         if service_element is not None:
  198.             port_data['service'] = {
  199.                 'name': service_element.get('name'),
  200.                 'product': service_element.get('product'),
  201.                 'version': service_element.get('version'),
  202.                 'extrainfo': service_element.get('extrainfo')
  203.             }
  205.         return port_data

此外掛架構展示了 模組結構（module structures） 如何實作為「一組必須建構或採購的程式碼或資料單元」。基礎介面與特定實作之間的明確分離實現了可擴充性和可維護性。

5 技術評估與鑑定

5.1 架構品質屬性

SecureVibes 的架構設計展現了幾項有助於其作為安全自動化框架有效性的品質屬性：

  • 可擴充性 ：基於外掛的架構能夠無縫整合新的掃描工具和評估方法
  • 可維護性 ：模組化設計與明確的關注點分離有助於更輕鬆的更新和錯誤修復
  • 效能 ：協同掃描能力和高效的資料處理 pipeline 實現了及時的安全評估
  • 可用性 ：標準化的報告和設定管理簡化了安全專業人員的操作

5.2 實作優點與限制

根據程式庫的技術分析，識別出幾項實作優點和限制：

優點：

  • 全面的錯誤處理和復原機制
  • 支援多種輸出格式和報告模板
  • 可適應各種環境的靈活設定系統
  • 用於疑難排解和稽核目的的詳細日誌記錄

限制：

  • 目前實作中的 分散式掃描 能力有限
  • 與商業替代品相比，基本的使用者介面
  • 核心掃描功能依賴於外部安全工具

6 結論與未來研究方向

SecureVibes 代表了安全自動化原則的技術穩健實作，具有用於弱點評估的良好架構框架。其基於組件的架構、可擴充的外掛系統和標準化的資料處理 pipeline 為自動化安全評估工作流程提供了堅實的基礎。

基於此分析的未來研究方向可能包括：

  • 實作機器學習演算法以進行智慧型弱點優先排序
  • 開發用於大規模網路環境的 分散式掃描 能力
  • 整合威脅情報饋送以進行 情境式風險評估
  • 針對複雜安全評估資料的強化視覺化技術

SecureVibes 中展示的架構模式和實作方法為從事網路安全領域類似自動化框架的開發人員和安全研究人員提供了寶貴的見解。

參考文章

  1. SecureVibes Repository
  2. Soft Exam System Architect 2009-2018 English Translation and Key Vocabulary
  3. A prototype simulation-based architecture evaluation method