淺談IPsec策略管理的研究
基于策略的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是當(dāng)前安全研究的熱點問題之一。該文首先介紹了IPsec協(xié)議中策略的含義及使用，繼而討論了IETF提出的安全策略系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及各關(guān)鍵部件的功能劃分。最后討論了當(dāng)前研究存在的問題及今后的研究方向。
1 IPsec協(xié)議
IPSec(Internet Protocol Security)是IETF提出的一套開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它是IPV6的安全標(biāo)準(zhǔn)，也可應(yīng)用于目前的IPV4。IPSec協(xié)議是屬于網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，IP層是實現(xiàn)端到端通信的最底層，但是IP協(xié)議在最初設(shè)計時并未考慮安全問題，它無法保證高層協(xié)議載荷的安全，因而無法保證通信的安全。而IPSec協(xié)議通過對IP層數(shù)據(jù)的封裝和保護(hù)，能夠為高層協(xié)議載荷提供透明的安全通信保證。IPsec包括安全協(xié)議部分和密鑰協(xié)商部分，安全協(xié)議部分定義了對通信的各種保護(hù)方式；密鑰協(xié)商部分則定義了如何為安全協(xié)議協(xié)商保護(hù)參數(shù)，以及如何對通信實體的身份進(jìn)行鑒別。IETF的IPsec工作組已經(jīng)制定了諸多RFC，對IPsec的方方面面都進(jìn)行了定義，但其核心由其中的三個最基本的協(xié)議組成。即：認(rèn)證協(xié)議頭(Authentication Header，AH)、安全載荷封裝(Encapsulating Security Payload，ESP)和互聯(lián)網(wǎng)密鑰交換協(xié)議(Internet Key Exchange Protocol，IKMP)。
AH協(xié)議提供數(shù)據(jù)源認(rèn)證，無連接的完整性，以及一個可選的抗重放服務(wù)。AH認(rèn)證整個IP頭，不過由于AH不能加密數(shù)據(jù)包所加載的內(nèi)容，因而它不保證任何的`機(jī)密性。
ESP協(xié)議通過對數(shù)據(jù)包的全部數(shù)據(jù)和加載內(nèi)容進(jìn)行全加密，來提供數(shù)據(jù)保密性、有限的數(shù)據(jù)流保密性，數(shù)據(jù)源認(rèn)證，無連接的完整性，以及抗重放服務(wù)。和AH不同的是，ESP認(rèn)證功能不對IP數(shù)據(jù)報中的源和目的以及其它域認(rèn)證，這為ESP帶來了一定的靈活性。
IPSec使用IKE協(xié)議實現(xiàn)安全協(xié)議的自動安全參數(shù)協(xié)商，可協(xié)商的安全參數(shù)包括數(shù)據(jù)加密及鑒別算法、加密及鑒別的密鑰、通信的保護(hù)模式(傳輸或隧道模式)、密鑰的生存期等，這些安全參數(shù)的總體稱之為安全關(guān)聯(lián)(Security Association，SA)。IPsec協(xié)議族使用IKE密鑰交換協(xié)議來進(jìn)行密鑰及其它安全參數(shù)的協(xié)商[1]。
2 IPsec策略管理2.1 IPsec策略使用
IPsec的基本功能是訪問控制以及有選擇地實施安全，即只有選中的IP報文才被允許通過或被指定的安全功能所保護(hù)。IPSec的實現(xiàn)需維護(hù)兩個與SA有關(guān)的數(shù)據(jù)庫，安全策略數(shù)據(jù)庫(Security Policy Database，SPD)和安全關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(Security Association Database，SAD)。SPD是為IPSec實現(xiàn)提供安全策略配置，包括源、目的IP地址、掩碼、端口、傳輸層協(xié)議、動作(丟棄、繞過、應(yīng)用)、進(jìn)出標(biāo)志、標(biāo)識符、SA和策略指針。SAD是SA的集合，其內(nèi)容(RFC要求的必須項)包括目的IP地址、安全協(xié)議、SPI、序列號計數(shù)器、序列號溢出標(biāo)志、抗重播窗口、SA的生命期、進(jìn)出標(biāo)志、SA狀態(tài)、IPSec協(xié)議模式(傳輸或隧道)、加密算法和驗證算法相關(guān)項目[1]。IPsec對進(jìn)出數(shù)據(jù)報文的處理過程如圖1、2所示[2]。
2.2 安全策略系統(tǒng)概述
IPSec安全服務(wù)的實施是基于安全策略的，安全策略提供了實施IPSec的一套規(guī)則。IETF的IPSec工作組于1999年1月針對安全策略配置管理存在的一系列問題，提出了安全策略系統(tǒng)模型(Security Policy System，SPS)。SPS是一個分布式系統(tǒng)，
提供了一種發(fā)現(xiàn)、訪問和處理安全策略信息的機(jī)制，使得主機(jī)和安全網(wǎng)關(guān)能夠在橫跨多個安全網(wǎng)關(guān)的路徑上建立一個安全的端到端的通信(如圖3所示)。SPS由策略服務(wù)器(Policy Server)、主文件、策略客戶端(Policy Client)、安全網(wǎng)關(guān)(Security Gate)和策略數(shù)據(jù)庫(Policy Database)組成，該系統(tǒng)模型應(yīng)用安全策略規(guī)范語言(Security Policy Specification Language，SPSL)來描述安全策略，應(yīng)用安全策略協(xié)議(Security Policy Protocol，SPP)來分發(fā)策略[3]。
在SPS里，安全域定義為共享同一個公用安全策略集的通信實體和資源組的集合。安全域?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了劃分，每個安全域都包含有自己的 SPS 數(shù)據(jù)庫、策略服務(wù)器和策略客戶端。而 SPS 就是在這些安全域上分布式實現(xiàn)的一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。每個安全域含一個主文件(Master File)，文件中定義了安全域的描述信息，包含該安全域的網(wǎng)絡(luò)資源(主機(jī)、子網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò))及訪問它們的策略，安全策略和完整的域定義就保存在主文件中。
本地策略信息與非本地策略一起構(gòu)成了SPS數(shù)據(jù)庫。IETF已經(jīng)提供了一種把安全策略映射到輕型目錄訪問協(xié)議(Light Weight Directory Access Protocol，LDAP)目錄數(shù)據(jù)庫存儲形式的方案。
策略服務(wù)器是一個策略決定點(Policy Decision Point，PDP)。它為安全域內(nèi)所有用戶提供用戶狀態(tài)維護(hù)、策略分發(fā)等服務(wù)，同時為安全域管理員提供了一個集中管理和配置安全域數(shù)據(jù)信息的界面。當(dāng)管理員修改了域策略后，服務(wù)器會通知該域已經(jīng)登錄的客戶端用戶更新本地組策略，然后客戶端根據(jù)新的組策略重新協(xié)商IPSec SA。策略服務(wù)器同時接收來自策略客戶和其它策略服務(wù)器的請求消息并加以處理，然后基于請求和服務(wù)控制規(guī)則將合適的策略信息提供給請求者。
策略客戶端是一個安全策略執(zhí)行點(Policy Enforcement Point，PEP)。PEP是VPN設(shè)備的安全代理，用于根據(jù)PDP分配的安全策略設(shè)定設(shè)備上的具體安全參數(shù)。策略客戶端向 SPS 策略服務(wù)器提出策略請求，策略服務(wù)器在驗證了請求后，對這些請求產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，如果是授權(quán)的用戶，就將相應(yīng)的策略信息反饋給策略客戶端，如果沒有相應(yīng)的策略信息，則由策略服務(wù)器負(fù)責(zé)協(xié)商解決。策略客戶端將策略應(yīng)答轉(zhuǎn)換成應(yīng)用所需的適當(dāng)格式。
策略服務(wù)器和客戶使用SPP來交換策略信息。它采用客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，將策略信息從SPS數(shù)據(jù)庫傳輸?shù)桨踩W(wǎng)關(guān)和策略客戶端。SPP所傳送的策略信息包括描述通信的選擇符字段以及0個或多個SA記錄。這些SA記錄共同描述了整個通信中所需的SA。SPP同時還是一個網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，能夠自動發(fā)現(xiàn)通信路徑上存在的安全網(wǎng)關(guān)及其安全策略。通信端點可以通過SPP來認(rèn)證安全網(wǎng)關(guān)的標(biāo)識，以及安全網(wǎng)關(guān)是否被授權(quán)代表它所聲稱的源或目的端點。安全網(wǎng)關(guān)則可利用SPP與未知網(wǎng)關(guān)進(jìn)行安全策略的交換。
3 結(jié)束語
從概念上說，SPS基本上滿足IPSec策略框架提出的需求，但是在應(yīng)用的過程中存在很多問題，比如沒有分析潛在的策略沖突和交互及進(jìn)行策略的正確性、一致性檢查。但SPS提供了很好的策略管理思想，可以加以借鑒構(gòu)建新型的安全策略系統(tǒng)。然而，期望的安全需求和實現(xiàn)這些需求的特定IPsec策略之間存在著模糊的關(guān)系。在大型分布式系統(tǒng)的安全管理中，需要將需求和策略清晰地分離開，來讓客戶在較高層次下規(guī)定安全需求并自動產(chǎn)生滿足這些需求的低級策略是一種可取的方法。對于如何劃分策略層次結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)策略的集中管理等還要做深入的研究。
參考文獻(xiàn)
[1] Kent S，Atkinson R. Security Architecture for the Internet Protocol. http：/ /www. ietf. org/ rfc / rfc2401. txt，1998 .5-16
[2] 張世永．網(wǎng)絡(luò)安全原理及應(yīng)用. 科學(xué)出版社，2003.248-249
[3] BALTATU M，L IOY A，MAZZOCCH ID. Security Policy System Status and Perspective[A ]. Proceedings of the IEEE International Conference on Networks[C ]，2000. 278 - 284
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