《電子技術(shù)應(yīng)用》
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IPv6的接入層安全技術(shù)
摘要： 在IPv6網(wǎng)絡(luò)中，由于使用ND協(xié)議代替了IPv4中的ARP協(xié)議，以及對用戶的身份認證方面需要針對用戶的IPv6地址進行處理，所以在IPv6的接入層安全技術(shù)相比在IPv4網(wǎng)絡(luò)中，必須進行更新，使之能夠滿足在IPv6網(wǎng)絡(luò)中使用的要求。并且，IPv6的接入層安全技術(shù)應(yīng)能夠與IPv4的接入層安全技術(shù)共存，滿足在IPv6/IPv4雙棧網(wǎng)絡(luò)中的要求。
Abstract：
Key words :

在IPv6" title="IPv6">IPv6網(wǎng)絡(luò)中，由于使用ND協(xié)議" title="ND協(xié)議">ND協(xié)議代替了IPv4中的ARP協(xié)議" title="ARP協(xié)議">ARP協(xié)議，以及對用戶的身份認證方面需要針對用戶的IPv6地址進行處理，所以在IPv6的接入層安全技術(shù)相比在IPv4網(wǎng)絡(luò)中，必須進行更新，使之能夠滿足在IPv6網(wǎng)絡(luò)中使用的要求。并且，IPv6的接入層安全技術(shù)應(yīng)能夠與IPv4的接入層安全技術(shù)共存，滿足在IPv6/IPv4雙棧網(wǎng)絡(luò)中的要求。
在園區(qū)網(wǎng)部署中，接入層的安全防護問題是一項很重要的部署考慮，在該問題上，主要考慮協(xié)議安全及用戶身份安全兩個部分。

協(xié)議安全：使用IPv4的園區(qū)網(wǎng)進行部署的時候，必須考慮ARP攻擊的問題，防止網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)ARP欺騙及ARP泛洪帶來的網(wǎng)絡(luò)性能及可靠性問題。在部署IPv6后，要考慮使用ND協(xié)議帶來的接入層安全風(fēng)險。

用戶身份安全：采用802.1X認證，確保接入網(wǎng)絡(luò)的用戶身份的可靠性，在部署了IPv6的網(wǎng)絡(luò)中，為了確認接入用戶的身份信息，同樣需要進行用戶身份認證。同時，為了后續(xù)對用戶的接入信息進行綁定或?qū)徲嫷炔僮?，認證客戶端需要收集能夠標識用戶身份的信息，包括用戶的登錄名，IP地址等內(nèi)容，上傳到認證服務(wù)器。

一、ND協(xié)議安全

在IPv4網(wǎng)絡(luò)中，針對ARP攻擊問題，大部分的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商都推出了各自的ARP防攻擊解決方案，在很大程度上解決了ARP攻擊的問題。伴隨著IPv6網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，在IPv6協(xié)議族中的NDP協(xié)議越來越被重視，而在ND協(xié)議的設(shè)計與ARP協(xié)議一樣并未提供認證機制，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的主機是不可信的，從而使得針對ND協(xié)議的攻擊非常容易。

1. ND協(xié)議的功能介紹

ND協(xié)議，全稱為鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Neighbor Discovery Protocol），是IPv6的關(guān)鍵協(xié)議之一，可以說，ND協(xié)議是IPv4某些協(xié)議在IPv6中綜合起來的升級和改進，如ARP、ICMP路由器發(fā)現(xiàn)和ICMP重定向等協(xié)議。當然，作為IPv6的基礎(chǔ)性協(xié)議，ND還提供了其他功能，如前綴發(fā)現(xiàn)、鄰居不可達檢測、重復(fù)地址檢測、地址自動配置等。

1) ND協(xié)議的主要報文類型ND協(xié)議定義的報文使用ICMP承載，其類型包括：路由器請求報文、路由器通告報文、鄰居請求報文、鄰居通告報文和重定向報文。在本文中，我們主要關(guān)注ND協(xié)議發(fā)生攻擊的情況，對ND的報文種類只做簡要描述：

●路由器請求(RS)：主機啟動后，通過RS消息向路由器發(fā)出請求，期望路由器立即發(fā)送RA消息響應(yīng)。從而獲取網(wǎng)絡(luò)中的配置信息，包括網(wǎng)關(guān)地址，網(wǎng)絡(luò)前綴，鏈路MTU等信息。

● 路由器通告(RA)：RA報文用于對RS報文進行回應(yīng)。網(wǎng)關(guān)也可以通過周期性的在鏈路范圍內(nèi)組播RA報文，是同一鏈路范圍內(nèi)的主機獲取相同的網(wǎng)絡(luò)配置信息。這些配置信息包括：主機的地址獲取方式；網(wǎng)絡(luò)中的前綴信息；網(wǎng)絡(luò)中的PMTU信息；網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)信息等。

●鄰居請求報文(NS)：NS消息與NA消息配合實現(xiàn)鄰居的鏈路層地址獲取、檢查鄰居是否可達、重復(fù)地址檢測等功能。

●鄰居通告報文(NA)：NA報文是主機對NS的響應(yīng)報文，同時主機在鏈路層地址變化時也可以主動發(fā)送NA消息，以通知相鄰節(jié)點自己的鏈路層地址或者角色發(fā)生改變。

2) ND協(xié)議主要功能介紹ND協(xié)議中，主要新增加了RA,RS兩種報文，這兩種報文的增加，使得在主機側(cè)能夠通過接收RA報文，獲取網(wǎng)絡(luò)中的配置參數(shù)，更加方便的進行網(wǎng)絡(luò)的部署和管理。在地址解析，重復(fù)地址檢查等功能上，ND協(xié)議與ARP協(xié)議沒有過多的區(qū)別。

●路由器發(fā)現(xiàn)

路由器發(fā)現(xiàn)是指主機怎樣定位本地鏈路上路由器和確定其配置信息的過程，主要包含查詢?nèi)笔【W(wǎng)關(guān)、前綴發(fā)現(xiàn)及參數(shù)發(fā)現(xiàn)三方面的內(nèi)容。

●地址解析

地址解析是指某節(jié)點在知道目的節(jié)點IP地址的情況下，確定目的鏈路層地址的過程。

當一個節(jié)點需要得到同一本地鏈路上另外一個節(jié)點的鏈路層地址時，需要進行地址解析，該機制類似于IPv4中的ARP。 ND協(xié)議用NS和NA報文完成IPv6地址到鏈路層地址的解析，解析后的鏈路層地址和IP地址等信息用來建立節(jié)點的一個鄰居緩存表項。

●鄰居不可達檢測

鄰居不可達檢測是節(jié)點如何確定鄰居不可達狀態(tài)的過程。

ND協(xié)議用NS和NA報文來驗證鄰居節(jié)點的可達性。節(jié)點在確定鄰居的鏈路層地址后，跟蹤?quán)従泳彺姹淼臓顟B(tài)，定時發(fā)送NS報文，如果鄰居在規(guī)定的可達時間內(nèi)（缺省值為30秒）不能接收或者發(fā)送返回的報文，則刪除此鄰居緩存表項。

鄰居的可達性并不能說明端到端的可達性。因為相鄰節(jié)點可能是主機或者路由器，所以相鄰節(jié)點并不一定就是數(shù)據(jù)包的最終目標。NUD檢測僅僅驗證了到目標路徑上第一跳的可達性狀態(tài)。

●重復(fù)地址檢測

重復(fù)地址檢測是節(jié)點確定即將使用的地址是否被另一節(jié)點使用的過程。

在節(jié)點自動配置某個接口的IPv6單播地址之前，必須在本地鏈路范圍內(nèi)驗證要使用的臨時地址是唯一的，并且未被其他節(jié)點使用過。

只要NS報文發(fā)送到本地鏈路上（缺省發(fā)送一次NS報文），如果在規(guī)定時間內(nèi)沒有NA報文進行應(yīng)答，則認為這個臨時單播地址在本地鏈路上是唯一的，可以分配給接口；反之，這個臨時地址是重復(fù)的，不能使用此地址。

2. ND常見攻擊介紹

由于ND協(xié)議擴展了ARP協(xié)議的功能，而沒有對其進行安全性的擴展，所以在IPv6的網(wǎng)絡(luò)中，ND協(xié)議仍然面臨原有ARP協(xié)議的風(fēng)險，同時，在ND協(xié)議中新增的RA,RS報文，雖然簡化了網(wǎng)絡(luò)管理的工作，但引入了新的風(fēng)險。

在IPv6的接入層ND防攻擊中，除了要關(guān)注同ARP共有的地址欺騙攻擊及DAD攻擊外，特別需要關(guān)注針對RA的攻擊。

1) 地址欺騙攻擊地址欺騙攻擊與IPv4中ARP攻擊的方式類似，攻擊者可以使用RS/NS/NA報文來修改受害主機或網(wǎng)關(guān)上受害主機的MAC地址，造成受害主機無法與網(wǎng)絡(luò)進行正常的通信
 



圖1 RS/NS/NA仿冒攻擊示意圖

 如圖1所示，攻擊者能夠偽造NS/NA報文，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)或受害主機，通過這種方式來對網(wǎng)關(guān)上受害主機的MAC地址或受害主機上的特定的MAC地址進行修改，造成了受害用戶無法接收到正常的數(shù)據(jù)報文。

另外，攻擊者B能夠利用虛假的NA/RS/NS報文，對正常用戶及網(wǎng)關(guān)中的ND緩存進行改寫，造成正常用戶之間無法互訪及網(wǎng)關(guān)無法向正確的用戶專發(fā)報文等一系列的網(wǎng)絡(luò)故障。

2) DAD攻擊當受害主機進行DAD查詢的時候，攻擊者通過NS或NA報文進行干擾，使得受害主機的DAD過程失敗，無法獲取到IP地址，這種攻擊的概率和NS/NA的欺騙攻擊相比，相對較少。

圖2 DAD攻擊示意圖
如圖2所示，在受害者進行DAD檢測時，攻擊者可以偽造NS報文，與受害者產(chǎn)生沖突，也可以偽造NA報文，應(yīng)答受害者的NS報文。這兩種情況，受害主機都無法獲取地址，進行正常的網(wǎng)絡(luò)通信。
3) RA攻擊RA能夠攜帶很多網(wǎng)絡(luò)配置信息，包括默認路由器，網(wǎng)絡(luò)前綴列表，是否使用DHCP服務(wù)器進行有狀態(tài)地址分配等網(wǎng)絡(luò)配置的關(guān)鍵信息。如果受害者接收了虛假的RA信息，會造成網(wǎng)絡(luò)配置錯誤，從而引發(fā)欺騙攻擊。
圖3 RA攻擊示意圖
如圖3所示，攻擊者發(fā)送偽造的RA報文，其中可以造成多種攻擊：
偽造不存在的前綴，修改受害主機的路由表。
偽造網(wǎng)關(guān)的MAC及l(fā)ifetime，造成受害主機的默認網(wǎng)關(guān)改變。
偽造DHCP服務(wù)器，同時偽造RA中的M bit，造成受害主機使用DHCP服務(wù)器分配到虛假的地址。
4) 針對網(wǎng)關(guān)的泛洪攻擊通過發(fā)送大量的NS/RS報文，造成網(wǎng)關(guān)的表項溢出。
圖4 泛洪攻擊示意圖
攻擊者通過偽造大量的NS/RS報文，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，使得網(wǎng)關(guān)的表項溢出，造成網(wǎng)關(guān)無法提供正常的服務(wù)。
3. ND防攻擊解決方案
通過對上述的ND攻擊類型的介紹分析，我們可以發(fā)現(xiàn)當前ND攻擊防御的關(guān)鍵所在：如何獲取到合法用戶和網(wǎng)關(guān)的IPv6地址-MAC對應(yīng)關(guān)系，并如何利用該對應(yīng)關(guān)系對ND報文進行檢查，過濾掉非法ND報文。針對該類攻擊，H3C公司解決這一關(guān)鍵問題的思路是，通過自動的ND 監(jiān)控模式、DHCP監(jiān)控模式與手工配置的方式，獲取到合法用戶的IP-MAC對應(yīng)關(guān)系。再配合RA trust與DHCP trust對RA報文與DHCP報文進行限制，從而解決不同環(huán)境下的ND防攻擊問題。
同時，為了避免網(wǎng)關(guān)的ND表項被異常的ND報文打滿溢出造成DoS攻擊，在網(wǎng)關(guān)上能夠針對端口配置最大的ND表項學(xué)習(xí)數(shù)量，緩解此類攻擊。
1) 信任表項與ND
Detection從前文的描述，我們知道，在局域網(wǎng)中ARP或ND攻擊的根本原因是無法對所交互的ARP或ND報文進行驗證，從而無法得知正確的用戶IP、MAC、端口的綁定信息，所以無法對異常的ND報文進行過濾，使得網(wǎng)絡(luò)中可能發(fā)生ARP/ND攻擊。
通過ND snooping、DHCP snooping、手工配置等手段在接入層交換機上建立的一張IP、MAC、Port的可信表項，獲取可靠的用戶IP地址與MAC地址的對應(yīng)關(guān)系。通過這張表項，結(jié)合ND Detection技術(shù)，對異常的ND報文進行過濾，達到防止ND攻擊的效果。
ND snooping與DHCP snooping是一種動態(tài)獲取用戶IP、MAC、Port對應(yīng)關(guān)系的技術(shù)，ND snooping：ND協(xié)議報文的交互過程在上文已經(jīng)進行了描述，在ND snooping中，監(jiān)聽ND協(xié)議的DAD交互過程，獲取用戶的IP、MAC、Port的對應(yīng)關(guān)系。
DHCP snooping：通過監(jiān)聽DHCP的交互過程，獲得用戶的IP、MAC、Port的綁定表項。
手工綁定表項：手工綁定是一種常用的技術(shù)，在一些規(guī)模不大的網(wǎng)絡(luò)中，或者對安全性要求較高且不經(jīng)常變化的網(wǎng)絡(luò)中，使用手工綁定來建立可信表項。
在建立了綁定表項之后，能夠保證一個已經(jīng)獲取了IP地址的用戶只能使用已獲取的地址進行通信，過濾掉所有的不在綁定表項中的IPv6的非法用戶發(fā)送的IP報文。ND Detection通過結(jié)合已經(jīng)建立的綁定表項，這個綁定表項可以是使用ND snooping，DHCP snooping，手工來進行配置的，通過比較已經(jīng)獲取到的可信表項中的IP與MAC地址，對ND報文進行過濾，丟棄異常的報文。相比單純使用ACL進行的用戶綁定，ND
Detection技術(shù)結(jié)合綁定表項對ND報文進行過濾，能夠更好的防御ND攻擊。
2) RA Trust與DHCP TrustRA Trust與DHCP
Trust的功能不同，但是思路是相同的，管理員可以在相應(yīng)的連接DHCP服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)的接口上進行配置，通過手工指定連接DHCP服務(wù)器與連接發(fā)送RA的設(shè)備的接口(通常是網(wǎng)關(guān))，能夠避免網(wǎng)絡(luò)中DHCP報文與RA報文的任意發(fā)送。當進行了RA
Trust與DHCP Trust后，DHCP的服務(wù)器端報文與RA報文只能從配置了TRUST的端口進入，避免了DHCP服務(wù)器欺騙與RA攻擊，提升了局域網(wǎng)安全性。
3) 限制接口學(xué)習(xí)ND表項的最大數(shù)目當指定接口下的ND
snooping表項達到允許學(xué)習(xí)的最大數(shù)目后，將不允許新增動態(tài)學(xué)習(xí)表項，以保證當一個接口所接入的某一臺主機發(fā)起ND攻擊時不會導(dǎo)致整個設(shè)備的ND
Snooping表資源都被耗盡。
4. ND協(xié)議安全功能總結(jié)
H3C的ND防攻擊技術(shù)，通過在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備學(xué)習(xí)可信的用戶接入表項，同時配合ND
Detection技術(shù)，對非法報文進行過濾，提高了用戶側(cè)ND報文的可信性及安全性，防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)地址欺騙及DAD造成的攻擊。配合DHCP Trust與RA
Trust功能，禁止非法的DHCP報文與RA報文發(fā)送，防止了針對RA的攻擊。通過限制ND
snooping表項的學(xué)習(xí)數(shù)量，避免的對設(shè)備的DoS攻擊。通過提供了一套完整的ND防攻擊解決方案，提高了用戶接入層的ND安全水平。
二、用戶身份安全
1. 雙棧用戶的身份認證
在用戶接入網(wǎng)絡(luò)時，為了保證用戶的身份安全，需要對用戶進行身份驗證，認證的方式是使用802.1X認證協(xié)議。用戶身份驗證完成后，在服務(wù)器側(cè)會對用戶的接入地址、接入位置進行審計，在一些對安全要求較高的網(wǎng)絡(luò)中，同時結(jié)合網(wǎng)流分析系統(tǒng)，對用戶后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)訪問進行審計。
在雙棧網(wǎng)絡(luò)中，原有的IPv4用戶會升級為IPv6/IPv4的雙?？蛻舳?，在這種情況下，需要對原有的用戶認證系統(tǒng)進行升級，使得客戶端，認證服務(wù)器能夠識別一個雙棧用戶，對其進行相應(yīng)的認證并執(zhí)行對應(yīng)的安全措施。
2. 雙棧網(wǎng)絡(luò)中認證設(shè)備的升級
由于802.1X是在鏈路層對用戶進行認證，當認證完成后，根據(jù)接入用戶的MAC地址進行控制。而對使用了IPv6/IPv4的雙棧用戶而言，認證客戶端不僅能夠在鏈路層執(zhí)行用戶認證過程，還需要針對這個用戶將用戶的IPv6/IPv4地址上傳到服務(wù)器上，為后續(xù)針對用戶的控制、審計提供必要的支撐。
如上文所述，在雙棧網(wǎng)絡(luò)中，需要對認證客戶端，認證服務(wù)器進行升級改造，使之能夠適應(yīng)雙棧網(wǎng)絡(luò)的情況，對認證客戶端及認證服務(wù)器的改造情況如下：
認證客戶端：支持對認證網(wǎng)卡上的雙棧地址的上傳。這里需要說明的是，對于一個使用隧道接入的用戶，其雖然能夠使用IPv6進行接入，但是還是使用IPv4進行隧道封裝后進行的轉(zhuǎn)發(fā)，所以認證客戶端側(cè)仍然將其視為一個IPv4的用戶。
上傳IP地址的客戶端選項，在802.1X連接的屬性中進行配置，如圖5所示：

圖5 客戶端IP地址上傳
在認證客戶端側(cè)只有選中了“上傳IP地址”選項，對應(yīng)連接在做802.1X認證時才允許上報IPv4和IPv6地址。當選擇了“上傳IP地址”的選項后，認證客戶端會在802.1X認證時，將客戶端認證網(wǎng)卡上的IPv4地址以及IPv6的全球單播地址通過接入設(shè)備上傳至認證服務(wù)器，完成對雙棧用戶的識別。
認證服務(wù)器：認證服務(wù)器能夠?qū)蛻舳松蟼鞯腎Pv6/IPv4地址進行記錄，對接入用戶的日志信息進行審計。除了對用戶的接入信息進行審計之外，在認證服務(wù)器上還可以對用戶的身份信息進行綁定，能夠綁定用戶的IPv4/IPv6地址，接入端口，MAC地址等信息進行聯(lián)合綁定，提高用戶身份的可信度。
通過將認證客戶端及認證服務(wù)器升級，能夠處理雙棧用戶的網(wǎng)絡(luò)層信息，這樣為后續(xù)的用戶身份審計，用戶上網(wǎng)審計提供了有效參考。并且，在網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)﹄p棧用戶的各種身份信息進行綁定，大大提高了接入用戶的安全性。
三、 結(jié)束語
在雙棧園區(qū)網(wǎng)的接入層，主要考慮網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全及用戶接入的身份安全兩個部分，在升級為IPv6/IPv4后，接入層的安全控制同樣要發(fā)生變化。上文描述了雙棧網(wǎng)絡(luò)中的接入層安全技術(shù)，包括ND協(xié)議安全及用戶身份安全部分。在接入層安全技術(shù)的部署中，根據(jù)所需的安全等級及具體網(wǎng)絡(luò)情況，有選擇的進行部署，對ND協(xié)議的風(fēng)險及非法用戶的風(fēng)險進行防御。在雙棧網(wǎng)絡(luò)中，可以與ARP防攻擊結(jié)合，在接入層完成對ARP攻擊，ND攻擊及非法用戶訪問的防御，提升接入層網(wǎng)絡(luò)的安全性。
 
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