基于流過濾技術(shù)的IPv6防火墻設(shè)計(jì)與分析

1 引言

　　“流過濾”技術(shù)融合了包過濾和應(yīng)用代理安全性和優(yōu)點(diǎn)，克服了包過濾和應(yīng)用代理的諸多缺陷，代表了一種全新的防火墻技術(shù)結(jié)構(gòu)。在大家紛紛開始關(guān)注應(yīng)用層安全的今天，“流過濾”技術(shù)架構(gòu)更加顯示了其前瞻性和先進(jìn)性。經(jīng)過近幾年的不斷完善和實(shí)際使用中的磨合，新產(chǎn)品的“流過濾”引擎已經(jīng)相當(dāng)成熟和完善，在性能和穩(wěn)定性方面得到了大幅度的提升，使其能夠滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域的長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。但這都是針對IPv4防火墻的，隨著IPv6網(wǎng)絡(luò)[1]的普及，對基于流過濾技術(shù)的IPv6防火墻設(shè)計(jì)和分析則是一個新的研究熱點(diǎn)。

　　2 流過濾技術(shù)研究

　　“流過濾”技術(shù)[2]是以狀態(tài)檢測包過濾的形態(tài)實(shí)現(xiàn)對應(yīng)用層保護(hù)的一種防火墻過濾技術(shù)，基本原理是在狀態(tài)檢測包過濾的基礎(chǔ)上，針對具體應(yīng)用層協(xié)議采用專門設(shè)計(jì)的TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)對鏈路層數(shù)據(jù)流在應(yīng)用層重組并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行過濾，以包過濾的形態(tài)提供應(yīng)用層保護(hù)能力，使得規(guī)則匹配在防火墻內(nèi)部由數(shù)據(jù)鏈路層直達(dá)應(yīng)用層。

　　2.1 流過濾處理策略

　　在流過濾報(bào)文處理策略中，要對不同報(bào)文區(qū)別對待，一部分類型的報(bào)文使用流過濾技術(shù)，其它類型的報(bào)文使用包過濾技術(shù)，比如說ARP報(bào)文、UDP報(bào)文、非用來傳輸數(shù)據(jù)的TCP報(bào)文都使用包過濾技術(shù)，這些報(bào)文可根據(jù)MAC首部、IP首部、TCP首部進(jìn)行判斷。但判斷用來傳輸數(shù)據(jù)的TCP報(bào)文中哪些使用流過濾技術(shù)哪些使用包過濾技術(shù)的判定依據(jù)是TCP報(bào)文中的首部端口號、某些標(biāo)志字段及應(yīng)用層協(xié)議首部某些字段。使用流過濾技術(shù)的報(bào)文稱為關(guān)鍵報(bào)文，而其它的報(bào)文統(tǒng)稱為非關(guān)鍵報(bào)文。

　　2.2 流過濾的處理步驟

　　當(dāng)對關(guān)鍵報(bào)文應(yīng)用流過濾技術(shù)處理時，流過濾技術(shù)邏輯上斷開數(shù)據(jù)發(fā)送端與數(shù)據(jù)接受端之間的直接網(wǎng)絡(luò)連接，即發(fā)送端與接受端之間在傳輸數(shù)據(jù)之前建立的網(wǎng)絡(luò)連接仍然存在，但發(fā)送端與接受端之間的數(shù)據(jù)傳輸必須通過使用流過濾技術(shù)的防火墻中轉(zhuǎn)。如圖1所示。 　　

　　圖1 防火墻利用流過濾技術(shù)對關(guān)鍵報(bào)文進(jìn)行處理的過程，按照時間先后順序可分為三個步驟：

　?。?）對發(fā)送端發(fā)送應(yīng)答報(bào)文，并將同一會話中的全部關(guān)鍵報(bào)文在應(yīng)用層數(shù)據(jù)重組。

　?。?）按照流過濾規(guī)則對重組后的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行合法性檢查，并做相應(yīng)處理。

　　（3）對通過合法性檢查的數(shù)據(jù)發(fā)送給接受端，并處理接受端發(fā)出的應(yīng)答報(bào)文。

　　2.3 流過濾實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

　?。?）報(bào)文分類：首先利用報(bào)文信息判斷第一個報(bào)文是否為關(guān)鍵報(bào)文，若是，記錄下IPv6基本報(bào)頭的流標(biāo)識字段值。對于收到的第二個報(bào)文，先與第一個比較流標(biāo)識字段值，若相等，則說明它們屬于同一個會話，第二個報(bào)文也為關(guān)鍵報(bào)文；否則再利用報(bào)文信息判斷是否為關(guān)鍵報(bào)文，若是，記錄下流標(biāo)識字段值。

　?。?）發(fā)送應(yīng)答報(bào)文：關(guān)鍵在于應(yīng)答報(bào)文中IP首部標(biāo)識字段、TCP首部確認(rèn)序號及IP首部、TCP首部校驗(yàn)和的計(jì)算。

　?。?）判斷同一會話關(guān)鍵報(bào)文是否傳輸完畢：在同一會話中收到TCP首部FIN標(biāo)志位為1的報(bào)文，即可確定傳送傳輸完畢。

　?。?）重組關(guān)鍵報(bào)文：通過報(bào)文中TCP首部序號字段的值及應(yīng)用數(shù)據(jù)的長度發(fā)現(xiàn)重復(fù)報(bào)文，并根據(jù)后發(fā)送報(bào)文的TCP首部序字段的值等于先發(fā)送報(bào)文TCP首部序號值加上應(yīng)用層數(shù)據(jù)長度加1這條規(guī)則，排列好同一會話的所有報(bào)文。

　　（5）發(fā)送合法數(shù)據(jù)：需要發(fā)送數(shù)據(jù)時把原始報(bào)文按順序發(fā)送給接受端。

　　3 IPv6防火墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.1 體系結(jié)構(gòu)

　　在IPv6網(wǎng)絡(luò)通信中，數(shù)據(jù)流是以密文的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，IPv6報(bào)文都是加密的，防火墻無法獲得相關(guān)信息進(jìn)行過濾，要么全部阻攔數(shù)據(jù)包則網(wǎng)絡(luò)將不能進(jìn)行通信，要么全部放行則容易受到攻擊。為解決這一問題，本文將采用屏蔽子網(wǎng)防火墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]，在此系統(tǒng)中的堡壘主機(jī)上實(shí)現(xiàn)流過濾技術(shù)。如圖2所示。

　　圖2 IPV6防火墻體系結(jié)構(gòu)圖

　　該系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

　　圖3 IPv6防火墻系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖