CANN生态安全保障：cann-security-module的审计日志

参考链接

cann组织链接：https://atomgit.com/cann

ops-nn仓库链接：https://atomgit.com/cann/ops-nn

引言

在AI应用的开发和部署过程中，安全审计是保障系统安全的重要手段。通过记录和分析审计日志，可以及时发现安全威胁、追踪安全事件、满足合规要求。CANN（Compute Architecture for Neural Networks）生态中的cann-security-module，作为安全模块，提供了完善的审计日志功能。

本文将深入解析cann-security-module的审计日志功能，包括日志记录、日志分析和日志管理，旨在帮助开发者理解如何通过审计日志保护AI应用的安全。

一、审计日志概述

1.1 日志作用

审计日志的主要作用：

1. 安全监控：监控安全事件
2. 威胁检测：检测安全威胁
3. 事件追踪：追踪安全事件
4. 合规审计：满足合规要求

1.2 日志类型

常见的审计日志类型：

1. 访问日志：记录访问事件
2. 操作日志：记录操作事件
3. 错误日志：记录错误事件
4. 安全日志：记录安全事件

二、日志记录

2.1 日志结构

// 日志条目
typedef struct {
    timestamp_t timestamp;
    log_level_t level;
    log_type_t type;
    char user_id[256];
    char operation[256];
    char resource[256];
    char result[256];
    char details[1024];
} log_entry_t;

// 日志记录器
typedef struct {
    log_entry_t* entries;
    int capacity;
    int size;
    int head;
    int tail;
    mutex_t mutex;
    file_t* log_file;
} audit_logger_t;

// 创建审计日志记录器
audit_logger_t* create_audit_logger(const char* log_file_path, int capacity) {
    audit_logger_t* logger = (audit_logger_t*)malloc(sizeof(audit_logger_t));
    if (logger == NULL) {
        return NULL;
    }
    
    logger->entries = (log_entry_t*)malloc(capacity * sizeof(log_entry_t));
    if (logger->entries == NULL) {
        free(logger);
        return NULL;
    }
    
    logger->capacity = capacity;
    logger->size = 0;
    logger->head = 0;
    logger->tail = 0;
    
    logger->log_file = fopen(log_file_path, "a");
    if (logger->log_file == NULL) {
        free(logger->entries);
        free(logger);
        return NULL;
    }
    
    mutex_init(&logger->mutex);
    
    return logger;
}

// 记录日志
void log_event(audit_logger_t* logger,
               log_level_t level,
               log_type_t type,
               const char* user_id,
               const char* operation,
               const char* resource,
               const char* result,
               const char* details) {
    mutex_lock(&logger->mutex);
    
    // 检查容量
    if (logger->size >= logger->capacity) {
        // 移除最旧的日志
        logger->head = (logger->head + 1) % logger->capacity;
        logger->size--;
    }
    
    // 记录日志
    log_entry_t* entry = &logger->entries[logger->tail];
    entry->timestamp = get_timestamp();
    entry->level = level;
    entry->type = type;
    strncpy(entry->user_id, user_id, 256);
    strncpy(entry->operation, operation, 256);
    strncpy(entry->resource, resource, 256);
    strncpy(entry->result, result, 256);
    strncpy(entry->details, details, 1024);
    
    logger->tail = (logger->tail + 1) % logger->capacity;
    logger->size++;
    
    // 写入文件
    write_log_to_file(logger->log_file, entry);
    
    mutex_unlock(&logger->mutex);
}

// 写入日志到文件
void write_log_to_file(file_t* log_file, log_entry_t* entry) {
    // 格式化日志
    char log_str[2048];
    snprintf(log_str, sizeof(log_str),
             "[%lld] [%s] [%s] User: %s, Operation: %s, Resource: %s, Result: %s, Details: %s\n",
             entry->timestamp,
             log_level_to_string(entry->level),
             log_type_to_string(entry->type),
             entry->user_id,
             entry->operation,
             entry->resource,
             entry->result,
             entry->details);
    
    // 写入文件
    fwrite(log_str, 1, strlen(log_str), log_file);
    fflush(log_file);
}

2.2 日志级别

// 日志级别
typedef enum {
    LOG_LEVEL_DEBUG,
    LOG_LEVEL_INFO,
    LOG_LEVEL_WARNING,
    LOG_LEVEL_ERROR,
    LOG_LEVEL_CRITICAL
} log_level_t;

// 日志类型
typedef enum {
    LOG_TYPE_ACCESS,
    LOG_TYPE_OPERATION,
    LOG_TYPE_ERROR,
    LOG_TYPE_SECURITY
} log_type_t;

// 日志级别转字符串
const char* log_level_to_string(log_level_t level) {
    switch (level) {
        case LOG_LEVEL_DEBUG:
            return "DEBUG";
        case LOG_LEVEL_INFO:
            return "INFO";
        case LOG_LEVEL_WARNING:
            return "WARNING";
        case LOG_LEVEL_ERROR:
            return "ERROR";
        case LOG_LEVEL_CRITICAL:
            return "CRITICAL";
        default:
            return "UNKNOWN";
    }
}

// 日志类型转字符串
const char* log_type_to_string(log_type_t type) {
    switch (type) {
        case LOG_TYPE_ACCESS:
            return "ACCESS";
        case LOG_TYPE_OPERATION:
            return "OPERATION";
        case LOG_TYPE_ERROR:
            return "ERROR";
        case LOG_TYPE_SECURITY:
            return "SECURITY";
        default:
            return "UNKNOWN";
    }
}

三、日志分析

3.1 日志查询

// 日志查询器
typedef struct {
    audit_logger_t* logger;
    log_entry_t* query_results;
    int num_results;
} log_query_t;

// 创建日志查询器
log_query_t* create_log_query(audit_logger_t* logger) {
    log_query_t* query = (log_query_t*)malloc(sizeof(log_query_t));
    if (query == NULL) {
        return NULL;
    }
    
    query->logger = logger;
    query->query_results = (log_entry_t*)malloc(logger->capacity * sizeof(log_entry_t));
    query->num_results = 0;
    
    return query;
}

// 按用户查询
int query_by_user(log_query_t* query, const char* user_id) {
    mutex_lock(&query->logger->mutex);
    
    query->num_results = 0;
    
    // 查询日志
    for (int i = 0; i < query->logger->size; i++) {
        int idx = (query->logger->head + i) % query->logger->capacity;
        if (strcmp(query->logger->entries[idx].user_id, user_id) == 0) {
            query->query_results[query->num_results++] = query->logger->entries[idx];
        }
    }
    
    mutex_unlock(&query->logger->mutex);
    
    return query->num_results;
}

// 按操作查询
int query_by_operation(log_query_t* query, const char* operation) {
    mutex_lock(&query->logger->mutex);
    
    query->num_results = 0;
    
    // 查询日志
    for (int i = 0; i < query->logger->size; i++) {
        int idx = (query->logger->head + i) % query->logger->capacity;
        if (strcmp(query->logger->entries[idx].operation, operation) == 0) {
            query->query_results[query->num_results++] = query->logger->entries[idx];
        }
    }
    
    mutex_unlock(&query->logger->mutex);
    
    return query->num_results;
}

// 按时间范围查询
int query_by_time_range(log_query_t* query, timestamp_t start_time, timestamp_t end_time) {
    mutex_lock(&query->logger->mutex);
    
    query->num_results = 0;
    
    // 查询日志
    for (int i = 0; i < query->logger->size; i++) {
        int idx = (query->logger->head + i) % query->logger->capacity;
        if (query->logger->entries[idx].timestamp >= start_time &&
            query->logger->entries[idx].timestamp <= end_time) {
            query->query_results[query->num_results++] = query->logger->entries[idx];
        }
    }
    
    mutex_unlock(&query->logger->mutex);
    
    return query->num_results;
}

3.2 日志统计

// 日志统计
typedef struct {
    int total_logs;
    int debug_logs;
    int info_logs;
    int warning_logs;
    int error_logs;
    int critical_logs;
    int access_logs;
    int operation_logs;
    int error_type_logs;
    int security_logs;
} log_statistics_t;

// 计算日志统计
log_statistics_t* calculate_log_statistics(audit_logger_t* logger) {
    log_statistics_t* stats = (log_statistics_t*)malloc(sizeof(log_statistics_t));
    if (stats == NULL) {
        return NULL;
    }
    
    mutex_lock(&logger->mutex);
    
    // 初始化统计
    stats->total_logs = logger->size;
    stats->debug_logs = 0;
    stats->info_logs = 0;
    stats->warning_logs = 0;
    stats->error_logs = 0;
    stats->critical_logs = 0;
    stats->access_logs = 0;
    stats->operation_logs = 0;
    stats->error_type_logs = 0;
    stats->security_logs = 0;
    
    // 统计日志
    for (int i = 0; i < logger->size; i++) {
        int idx = (logger->head + i) % logger->capacity;
        log_entry_t* entry = &logger->entries[idx];
        
        // 统计日志级别
        switch (entry->level) {
            case LOG_LEVEL_DEBUG:
                stats->debug_logs++;
                break;
            case LOG_LEVEL_INFO:
                stats->info_logs++;
                break;
            case LOG_LEVEL_WARNING:
                stats->warning_logs++;
                break;
            case LOG_LEVEL_ERROR:
                stats->error_logs++;
                break;
            case LOG_LEVEL_CRITICAL:
                stats->critical_logs++;
                break;
        }
        
        // 统计日志类型
        switch (entry->type) {
            case LOG_TYPE_ACCESS:
                stats->access_logs++;
                break;
            case LOG_TYPE_OPERATION:
                stats->operation_logs++;
                break;
            case LOG_TYPE_ERROR:
                stats->error_type_logs++;
                break;
            case LOG_TYPE_SECURITY:
                stats->security_logs++;
                break;
        }
    }
    
    mutex_unlock(&logger->mutex);
    
    return stats;
}

四、日志管理

4.1 日志轮转

// 日志轮转管理器
typedef struct {
    audit_logger_t* logger;
    char* log_file_path;
    int max_file_size;
    int max_backup_files;
    int current_file_size;
} log_rotation_t;

// 创建日志轮转管理器
log_rotation_t* create_log_rotation(audit_logger_t* logger, const char* log_file_path, int max_file_size, int max_backup_files) {
    log_rotation_t* rotation = (log_rotation_t*)malloc(sizeof(log_rotation_t));
    if (rotation == NULL) {
        return NULL;
    }
    
    rotation->logger = logger;
    rotation->log_file_path = strdup(log_file_path);
    rotation->max_file_size = max_file_size;
    rotation->max_backup_files = max_backup_files;
    rotation->current_file_size = 0;
    
    return rotation;
}

// 检查并执行日志轮转
void check_log_rotation(log_rotation_t* rotation) {
    // 检查文件大小
    if (rotation->current_file_size >= rotation->max_file_size) {
        // 执行日志轮转
        rotate_log_files(rotation);
    }
}

// 轮转日志文件
void rotate_log_files(log_rotation_t* rotation) {
    // 关闭当前日志文件
    fclose(rotation->logger->log_file);
    
    // 删除最旧的备份文件
    char old_backup_path[512];
    snprintf(old_backup_path, sizeof(old_backup_path), "%s.%d", rotation->log_file_path, rotation->max_backup_files);
    remove(old_backup_path);
    
    // 重命名备份文件
    for (int i = rotation->max_backup_files - 1; i >= 1; i--) {
        char old_path[512];
        char new_path[512];
        snprintf(old_path, sizeof(old_path), "%s.%d", rotation->log_file_path, i);
        snprintf(new_path, sizeof(new_path), "%s.%d", rotation->log_file_path, i + 1);
        rename(old_path, new_path);
    }
    
    // 重命名当前文件
    char backup_path[512];
    snprintf(backup_path, sizeof(backup_path), "%s.1", rotation->log_file_path);
    rename(rotation->log_file_path, backup_path);
    
    // 创建新的日志文件
    rotation->logger->log_file = fopen(rotation->log_file_path, "a");
    rotation->current_file_size = 0;
}

4.2 日志归档

// 日志归档管理器
typedef struct {
    audit_logger_t* logger;
    char* archive_dir;
    int archive_interval;
    timestamp_t last_archive_time;
} log_archive_t;

// 创建日志归档管理器
log_archive_t* create_log_archive(audit_logger_t* logger, const char* archive_dir, int archive_interval) {
    log_archive_t* archive = (log_archive_t*)malloc(sizeof(log_archive_t));
    if (archive == NULL) {
        return NULL;
    }
    
    archive->logger = logger;
    archive->archive_dir = strdup(archive_dir);
    archive->archive_interval = archive_interval;
    archive->last_archive_time = get_timestamp();
    
    return archive;
}

// 检查并执行日志归档
void check_log_archive(log_archive_t* archive) {
    // 检查归档时间
    timestamp_t current_time = get_timestamp();
    if (current_time - archive->last_archive_time >= archive->archive_interval) {
        // 执行日志归档
        archive_log_files(archive);
        archive->last_archive_time = current_time;
    }
}

// 归档日志文件
void archive_log_files(log_archive_t* archive) {
    // 创建归档目录
    char archive_path[512];
    snprintf(archive_path, sizeof(archive_path), "%s/%lld", archive->archive_dir, get_timestamp());
    mkdir(archive_path, 0755);
    
    // 归档日志文件
    char log_file_path[512];
    snprintf(log_file_path, sizeof(log_file_path), "%s/%s", archive_path, "audit.log");
    
    // 复制日志文件
    copy_file(archive->logger->log_file_path, log_file_path);
    
    // 清空日志文件
    fclose(archive->logger->log_file);
    archive->logger->log_file = fopen(archive->logger->log_file_path, "w");
}

五、应用示例

5.1 记录审计日志

以下是一个使用cann-security-module记录审计日志的示例：

import cann_security as security

# 创建审计日志记录器
logger = security.AuditLogger(
    log_file_path='audit.log',
    capacity=10000
)

# 记录访问日志
logger.log_event(
    level='INFO',
    type='ACCESS',
    user_id='user123',
    operation='login',
    resource='system',
    result='success',
    details='User logged in successfully'
)

# 记录操作日志
logger.log_event(
    level='INFO',
    type='OPERATION',
    user_id='user123',
    operation='inference',
    resource='model1',
    result='success',
    details='Model inference completed'
)

5.2 查询审计日志

以下是一个使用cann-security-module查询审计日志的示例：

import cann_security as security

# 创建审计日志记录器
logger = security.AuditLogger(
    log_file_path='audit.log',
    capacity=10000
)

# 创建日志查询器
query = security.LogQuery(logger)

# 按用户查询
results = query.query_by_user('user123')

# 打印结果
for result in results:
    print(f"Timestamp: {result.timestamp}")
    print(f"Level: {result.level}")
    print(f"Type: {result.type}")
    print(f"Operation: {result.operation}")
    print(f"Resource: {result.resource}")
    print(f"Result: {result.result}")

六、最佳实践

6.1 日志记录建议

• 记录关键事件：记录所有关键安全事件
• 使用合适的日志级别：使用合适的日志级别
• 包含足够的上下文：包含足够的上下文信息
• 保护日志安全：保护日志文件的安全

6.2 日志分析建议

• 定期分析日志：定期分析日志发现异常
• 使用自动化工具：使用自动化工具分析日志
• 建立告警机制：建立告警机制及时响应
• 保留日志足够长时间：保留日志足够长时间

七、未来发展趋势

7.1 技术演进

• AI驱动的分析：利用AI技术分析日志
• 实时分析：实时分析日志及时发现威胁
• 分布式日志：支持分布式日志管理
• 区块链日志：使用区块链保证日志不可篡改

7.2 功能扩展

• 更多日志类型：支持更多日志类型
• 更灵活的查询：支持更灵活的日志查询
• 更完善的统计：提供更完善的日志统计
• 更智能的分析：提供更智能的日志分析

八、总结与建议

审计日志作为cann-security-module的核心功能，通过其完善的日志记录和分析能力，为AI应用提供了全面的安全审计支持。它不仅记录了所有安全事件，还通过灵活的查询和分析功能帮助开发者及时发现安全威胁。

对于AI开发者来说，掌握审计日志的使用方法和最佳实践，可以显著提高AI应用的安全性。在使用审计日志时，建议开发者：

• 记录关键事件：记录所有关键安全事件
• 使用合适的日志级别：使用合适的日志级别
• 定期分析日志：定期分析日志发现异常
• 保护日志安全：保护日志文件的安全

通过cann-security-module的审计日志功能，我们可以更加有效地保护AI应用的安全，为用户提供更加安全、可靠的AI应用体验。