網(wǎng)路安全管理及防火墻

1、第五章網(wǎng)路平安管理及防火牆 .摘要本章探討網(wǎng)際網(wǎng)路的平安問題，包括平安的作業(yè)系統(tǒng)、IP與電子郵件等主題。並介紹網(wǎng)路防火牆的根本概念與平安防火牆的組成元件，說明封包過濾器Packet Filter和應(yīng)用閘道Application Gateway等技術(shù)。.目錄5.1網(wǎng)際網(wǎng)路平安5.2平安的作業(yè)系統(tǒng)5.3平安的IP5.4平安的電子郵件5.5平安的網(wǎng)際網(wǎng)路服務(wù)5.6防火牆5.7代理服務(wù)的建置5.8防火牆的代價(jià)5.9建立平安的防火牆.5.1網(wǎng)際網(wǎng)路平安連結(jié)上網(wǎng)際網(wǎng)路對資訊的存取有無數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，但是對於低平安考量的主機(jī)，冒然連上網(wǎng)際網(wǎng)路就不一定是好處了，將未妥善保護(hù)的私有網(wǎng)路暴露於公眾網(wǎng)路上，所引發(fā)的平安威

2、脅是難以預(yù)測的。 .5.1.1TCP/IP通訊協(xié)定.Cont.一、應(yīng)用層Application Layer 是一些高層協(xié)定組成，直接援助運(yùn)用者溝通介面，或者提供應(yīng)用程式間溝通的協(xié)定 。二、傳輸層Transport Layer由傳輸控制協(xié)定Transmission Control Protocol，簡稱TCP、運(yùn)用者資料流協(xié)定User Datagram Protocol，簡稱UDP組成，提供主機(jī)間的資料傳送服務(wù)，並且確定資料已被送達(dá)並接納。TCP：此協(xié)定適用於可信賴及無錯(cuò)誤的傳輸環(huán)境，應(yīng)用彼此之間的訊息傳送。 UDP：是一種非連結(jié)(Connectionless)協(xié)定，在沒有額外的流量控制、可靠性

3、(Reliability)及錯(cuò)誤回復(fù)的考量下，允許根本的資料交換。 .Cont.三、網(wǎng)際層Internet Layer 網(wǎng)際層由網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定Internet Protocol，簡稱IP和網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定Internet Control Message Protocol，簡稱ICMP組成，負(fù)責(zé)安排資料封包的傳送，讓每一個(gè)封包都能順利傳送到達(dá)目的端主機(jī)。 四、網(wǎng)路介面層Network Interface Layer網(wǎng)路介面層負(fù)責(zé)提供實(shí)質(zhì)網(wǎng)路媒體的驅(qū)動(dòng)程式，定義如何運(yùn)用網(wǎng)路實(shí)體來傳送資料。.5.1.2利用TCP/IP傳送訊息TCP負(fù)責(zé)將訊息切割成適合傳送的小塊資料包Datagram，在遠(yuǎn)端主機(jī)重

4、新按順序組合起資料包，並且要負(fù)責(zé)重送遺失的資料包。 IP負(fù)責(zé)為資料包找到一條可達(dá)接納端主機(jī)的適當(dāng)路徑。 .一、TCP資料頭格式.二、IP資料頭格式.三、Ethernet資料頭格式.5.1.3網(wǎng)際網(wǎng)路服務(wù)與協(xié)定SMTP：簡易電子郵件傳輸協(xié)定，用於電子郵件的發(fā)送和接納。TELNET：遠(yuǎn)端(Remote)登入?yún)f(xié)定，用於連接並登入遠(yuǎn)端主機(jī)系統(tǒng)，讓運(yùn)用者可由遠(yuǎn)端登入網(wǎng)路的主機(jī)，運(yùn)用其資源。FTP：檔案傳輸協(xié)定，用來處理網(wǎng)路上檔案的傳送和儲(chǔ)存，運(yùn)用者透過FTP可在網(wǎng)路上的兩部主機(jī)間進(jìn)行檔案傳輸。 .Cont.DNS：網(wǎng)域名稱伺服器，提供給TELNET、FTP與其它服務(wù)運(yùn)用，將主機(jī)名稱轉(zhuǎn)換成IP位址。SNM

5、P：簡易網(wǎng)路管理協(xié)定，運(yùn)用者透過SNMP可管理網(wǎng)路上的主機(jī)系統(tǒng)。.Cont.以資訊為基礎(chǔ)的服務(wù) Gopher WAIS WWW/ 以遠(yuǎn)端程序呼叫Remote Procedure Call為基礎(chǔ)的服務(wù) NFS NIS .5.1.4網(wǎng)際網(wǎng)路平安架構(gòu) .5.2平安的作業(yè)系統(tǒng)本節(jié)將探討作業(yè)系統(tǒng)Operating System在網(wǎng)路平安中扮演的角色及其重要性。網(wǎng)路平安是植基於平安的作業(yè)系統(tǒng)上，不平安的作業(yè)系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)內(nèi)部的資源暴露給侵入者，或提供蓄意破壞者入侵的管道。任何用來保護(hù)網(wǎng)路平安的方法，多少都會(huì)用到作業(yè)系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。.5.2.1美國受信賴電腦系統(tǒng)評量標(biāo)準(zhǔn)TCSEC將電腦系統(tǒng)的平安性由高而

6、低劃分為A、B、C、D四大等級，並且較高等級的平安範(fàn)疇涵蓋較低等級的平安範(fàn)疇，每一等級的系統(tǒng)有不同的平安條件、基準(zhǔn)、規(guī)則必須要滿足。 .評量基準(zhǔn)TCSEC的評量基準(zhǔn)分成四大類：平安性戰(zhàn)略Security Policy： 帳戶辨識(shí)記錄才干Accountability： 可靠度Assurance： 說明文件Documentation： .平安等級TCSEC將電腦系統(tǒng)的平安性由高而低劃分為A、B、C、D四大等級： 等級：可驗(yàn)證之保護(hù)(Verified Protection)。 等級：強(qiáng)制式保護(hù)(Mandatory Protection)。 等級：自定式保護(hù)(Discretionary Protect

7、ion)。 等級：最低保護(hù)(Minimal Protection)。 .5.2.2歐洲資訊技術(shù)平安評量標(biāo)準(zhǔn)歐洲共同體在1991年出版資訊技術(shù)平安評量標(biāo)準(zhǔn)Information Technology Security Evaluation Criteria，簡稱ITSEC ITSEC也規(guī)範(fàn)七個(gè)平安等級，大致分別對應(yīng)到TCSEC的七個(gè)等級A、B3、B2、B1、C2、C1及D。 .5.3平安的IP從網(wǎng)路平安的觀點(diǎn)來考量，IP協(xié)定並不保證資料封包的來源位址的確實(shí)性，因?yàn)閬碓次恢纺軌蛞言趥鬏斶^程中被路徑上的中間節(jié)點(diǎn)篡改，或者原始主機(jī)並未填入正確的IP位址。 常見的攻擊方式是：企圖攻擊的主機(jī)能夠冒用某一合

8、法主機(jī)的位址來傳輸資料，藉以誤導(dǎo)目的地主機(jī)。這類型的攻擊稱為來源位址欺騙攻擊Source Address Spoofing Attack。.Cont.IP層的網(wǎng)路平安技術(shù)，包括IP AH (Authentication Header)及IP ESP (Encapsulating Secure Payload)等方法。IP AH：確保資料的真確性Integrity和鑑別Authentication，但無法作到資料嚴(yán)密。 IP ESP：可確保資料的隱密性Confidentiality、真確性和鑑別性。 .5.3.1平安聯(lián)合Security Association平安聯(lián)合負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)兩個(gè)通訊實(shí)體之間所運(yùn)

9、用的平安機(jī)制，每一平安聯(lián)合會(huì)有一個(gè)平安參數(shù)索引Secure Parameter Index，簡稱SPI與目的位置址，可用來識(shí)別其獨(dú)一性。 .Cont.普通而言，平安聯(lián)合包括以下重要資訊。 用來提供IP AH鑑別的鑑別演算法與方式，以及鑑別演算法的金鑰。用來提供IP ESP的加密演算法、方式與加密金鑰，以及與加密演算法有關(guān)的相關(guān)資訊。金鑰與平安聯(lián)合的生命週期。平安聯(lián)合的來源位址。隱密性資料的敏感程度極機(jī)密、機(jī)密、非機(jī)密等。.5.3.2IP AH方法IP AH方法讓兩個(gè)或多個(gè)援助IP AH的主機(jī)與閘道Gateway之間的平安有保證。在此閘道是指介於可信賴的私有網(wǎng)路與不可信賴的公眾網(wǎng)路之間的設(shè)備及軟

10、體，用來提供通訊的管道。雖然IP AH可確保資料的真確性並提供鑑別，但卻無法作到資料嚴(yán)密。 .5.3.3IP ESP方法IP ESP方法可確保資料的隱密性，並可選擇附加資料真確性與資料鑑別性等更功能。 如圖6.4所示IP ESP技術(shù)是將大部份的ESP資料加密，然後在加密過的資料前加上一明文的資料頭I，此資料頭I是用來決定資料封包在網(wǎng)路上的傳遞路徑。.Cont.Cont.普通IP ESP協(xié)定的運(yùn)作可分成兩種方式：隧道式Tunnel-mode運(yùn)輸式Transport-mode.5.4平安的電子郵件電子郵件是網(wǎng)際網(wǎng)路最普遍的應(yīng)用之一，為了確保通訊平安，電子郵件應(yīng)用應(yīng)考量保護(hù)其內(nèi)容的平安性與提供訊息鑑

11、別的功能。 .5.4.1電子郵件的平安需求普通電子郵件的平安必須考量以下的平安需求： 隱密性Confidentiality 資料來源鑑別Data Origin Authentication 訊息真確性Message Integrity 不可否認(rèn)性Nonrepudiation.5.4.2PEM郵件技術(shù)PEM是一種應(yīng)用廣泛的電子郵件平安防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)範(fàn)訊息來源鑑別、真確性與加解密的過程，普通與簡易電子郵件傳輸協(xié)定SMTP結(jié)合運(yùn)用。 .Cont.(訊息型式)因應(yīng)各種電子郵件的平安需求，PEM採用訊息真確性查核Message Integrity Check，簡稱技術(shù)並提供三種不同的訊息型式：MIC-Cl

12、ear： MIC-Only： MIC-Encrypted： .Cont.PEM訊息處理包括以下四個(gè)步驟： 標(biāo)準(zhǔn)化Canonicalization 訊息真確性及數(shù)位簽章，PEM規(guī)範(fàn)運(yùn)用RSA與MD2或MD5作為訊息真確性的演算法。加密；採用CBC方式的DES加密演算法。 傳送編碼，PEM將訊息轉(zhuǎn)換成6位元的文字編碼方式，此種編碼和SMTP的標(biāo)準(zhǔn)化格式相容。 .Cont.(訊息傳送步驟)PEM訊息處理包括以下四個(gè)步驟： 標(biāo)準(zhǔn)化Canonicalization 訊息真確性及數(shù)位簽章PEM規(guī)範(fàn)運(yùn)用RSA與MD2或MD5作為訊息真確性的演算法。加密：採用CBC方式的DES加密演算法。傳送編碼PEM將訊息

13、轉(zhuǎn)換成6位元的文字編碼方式，此種編碼和SMTP的標(biāo)準(zhǔn)化格式相容。 .Cont.(接納PEM訊息) 接納PEM訊息時(shí)的處理步驟如下： 編碼轉(zhuǎn)換檢查訊息型式，假設(shè)訊息型式是MIC-Encrypted或MIC-Only則先將6位元的編碼轉(zhuǎn)換成8位元的密文或標(biāo)準(zhǔn)格式的明文。解密 假設(shè)訊息型式是MIC-Encrypted則將加密的訊息解密。 訊息真確性及來源的鑑別 訊息真確性及來源的鑑別。假設(shè)訊息型式是MIC-Clear或MIC-Only，則運(yùn)用MIC與數(shù)位簽章演算法，進(jìn)行訊息來源鑑別及真確性檢查。 格式轉(zhuǎn)換 將訊息格式轉(zhuǎn)換成與收方主機(jī)相容的格式。 .Cont.5.4.3PGP郵件技術(shù)PGP是1991年

14、Philip Zimmermann設(shè)計(jì)，以公開金鑰演算法為基礎(chǔ)所發(fā)展出來的電子郵件傳送工具。 此方法結(jié)合傳統(tǒng)對稱式與公開金鑰密碼演算法，應(yīng)用以下技術(shù)提供電子郵件平安服務(wù)。.Cont.隱密性： 採用CBC方式的IDEA加密演算法將要傳送的資料加密，在此IDEA金鑰長度是128位元。金鑰管理 ：應(yīng)用RSA長度384、512或1024位元的金鑰管理技術(shù)，來對隨機(jī)選取的交談金鑰Session Key加密。 訊息真確性及數(shù)位簽章：PGP運(yùn)用RSA與MD5作為判斷訊息真確與鑑別平安的演算法。壓縮：訊息在加密前先用ZIP 2.0壓縮，可減少資料量和明文資料的重複性Redundancies，以提高破密的困難度

15、。 .5.5平安的網(wǎng)際網(wǎng)路服務(wù)網(wǎng)際網(wǎng)路服務(wù)與應(yīng)用軟體的平安，可透過呼叫通用平安服務(wù)之應(yīng)用程式介面Generic Security Service Application Program Interface，簡稱GSSAPI所提供的服務(wù)來達(dá)到平安需求。 .Cont.GSSAPI的概念 1993被提出來的，GSSAPI是普通用途的應(yīng)用介面，網(wǎng)際服務(wù)或應(yīng)用軟體可透過GSSAPI呼叫平安服務(wù)，然後GSSAPI將應(yīng)用軟體的平安需求交由底層的服務(wù)程式負(fù)責(zé)處理及回應(yīng)，最後GSSAPI再將處理結(jié)果傳回。 .Cont.GSSAPI的運(yùn)用 GSSAPI的運(yùn)用方式描畫於圖6.6，假設(shè)位於客戶端的應(yīng)用程式C欲將訊息加

16、密傳送給伺服器端的應(yīng)用程式S，可由以下步驟完成： .Cont.Cont.Step1：客戶端的應(yīng)用程式C透過GSSAPI發(fā)出訊息加密的需求，呼叫客戶端主機(jī)所對應(yīng)的加密程式處理。Step2：平安服務(wù)程式回傳加密的訊息給應(yīng)用程式C。Step3：應(yīng)用程式C將加密的訊息傳送給伺服器端的應(yīng)用程式S。Step4：伺服器端的應(yīng)用程式S透過GSSAPI發(fā)出訊息解密的需求，呼叫伺服器端主機(jī)所對應(yīng)的解密程式處理。Step5：平安服務(wù)程式進(jìn)行訊息解密，並將明文訊息回傳給應(yīng)用程式S。.5.6防火牆防火牆是用來加強(qiáng)兩個(gè)網(wǎng)路間存取控制的平安機(jī)制，它負(fù)責(zé)檢查一切通過兩網(wǎng)路間的資料流，並且只允許已授權(quán)的資料流通過，藉由防火牆的

17、隔離，以減少系統(tǒng)遭到侵入而呵斥內(nèi)部資源遭到損害的風(fēng)險(xiǎn)。 .5.6.1為何需求防火牆系統(tǒng)IP層的通訊平安可經(jīng)由平安的IP來達(dá)到，而運(yùn)用者之間的通訊也可透過平安的電子郵件技術(shù)來保證。但是這些技術(shù)皆無法使私有網(wǎng)路內(nèi)部的資源免於來自網(wǎng)際網(wǎng)路的威脅，除非將私有網(wǎng)路與網(wǎng)際網(wǎng)路完成隔絕，兩者之間互不通訊，才干確保平安。.Cont.當(dāng)私有網(wǎng)路想要參與網(wǎng)際網(wǎng)路時(shí)，必須考量以下風(fēng)險(xiǎn)：資訊的保全： 資源的運(yùn)用： 信譽(yù)的維持：建置防火牆的目的，就是要在私有網(wǎng)路與網(wǎng)際網(wǎng)路之間建立一個(gè)平安的通訊管道，在內(nèi)部資源的存取可控制與掌握的情況下，讓網(wǎng)內(nèi)用戶也可以方便地運(yùn)用網(wǎng)際網(wǎng)路所提供的服務(wù)。 .Cont.如圖6.7所示，防火牆

18、的運(yùn)用是在私有網(wǎng)路可信賴的平安網(wǎng)路和網(wǎng)際網(wǎng)路不可靠的網(wǎng)路環(huán)境之間建立一道平安屏障，以阻隔外來電腦駭客的侵?jǐn)_，而內(nèi)部人士依然可以對外獲得整體的服務(wù)。 .Cont.Cont.普通防火牆是主要由以下的元件組成：網(wǎng)路戰(zhàn)略Network Policy進(jìn)階的鑑別機(jī)制Advance Authentication Mechanisms封包過濾Packet Filtering應(yīng)用閘道Application Gateways .5.6.2網(wǎng)路戰(zhàn)略網(wǎng)路戰(zhàn)略會(huì)直接影響到防火牆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安頓及運(yùn)用，此戰(zhàn)略大致上可分成兩個(gè)層次： 服務(wù)存取戰(zhàn)略高階戰(zhàn)略防火牆設(shè)計(jì)戰(zhàn)略低階戰(zhàn)略.服務(wù)存取戰(zhàn)略服務(wù)存取戰(zhàn)略著眼於如何防止網(wǎng)際網(wǎng)路

19、的平安威脅與駭客的入侵，在基於確保內(nèi)部網(wǎng)路平安的前提下，規(guī)範(fàn)適當(dāng)?shù)拇嫒?zhàn)略，以提供平安的網(wǎng)際服務(wù)。 .防火牆設(shè)計(jì)戰(zhàn)略普通的防火牆的實(shí)作，採用以下兩種設(shè)計(jì)戰(zhàn)略之一：除非明確地不允許之外準(zhǔn)許任何服務(wù)。內(nèi)定允許一切的服務(wù)皆可進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)路，只排除存取戰(zhàn)略被標(biāo)示為不允許的服務(wù)。除非明確地準(zhǔn)許之外拒絕任何服務(wù)。內(nèi)定拒絕一切進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)路的服務(wù)，只允許存取戰(zhàn)略被標(biāo)示為允許的服務(wù)。.5.6.3進(jìn)階的鑑別機(jī)制在設(shè)計(jì)防火牆時(shí)可藉由進(jìn)階鑑別測定的運(yùn)用，對防火牆的交通作初步的過濾，來加強(qiáng)防火牆的平安，以及解決部分服務(wù)戰(zhàn)略實(shí)作的問題。 .Cont.如圖6.8所示，假設(shè)使器具備進(jìn)階鑑別機(jī)制的防火牆系統(tǒng)，則一切的網(wǎng)路交通如F

20、TP或TELNET應(yīng)用，必需先通過經(jīng)鑑別過濾，才可直接進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)路。 .5.6.4封包過濾封包過濾普通是在作業(yè)系統(tǒng)、選徑器Router、或者伺服器程式如WWW、FTP等上設(shè)計(jì)一過濾器，稱作封包過濾器，負(fù)責(zé)攔截並過濾傳送於私有網(wǎng)路與公眾網(wǎng)路間的封包。IP封包的資料頭包含以下重要欄位： 協(xié)定代碼UDP或TCP來源與目標(biāo)主機(jī)之IP位址 TCP/UDP來源與目標(biāo)埠號 封包傳送方向Inbound或Outbound .Cont.建構(gòu)防火牆時(shí)，就可利用這欄位如IP位址、埠號以及應(yīng)用的類型來規(guī)範(fàn)網(wǎng)路的存取。防火牆需檢查IP封包資料頭的欄位內(nèi)容，視其能否滿足管理者所訂的存取規(guī)則，來決定封包的放行與否。藉由此種防

21、火牆的運(yùn)用，可以限制封包的來源、目的地以及可經(jīng)過的管道。.Cont.封包濾器就是利用過濾封包的方式來減少能夠的危害，雖然封包濾器可用來隔絕外界的攻擊，不過它無法抵擋來自內(nèi)部的能夠攻擊。 .5.6.5應(yīng)用閘道防火牆採用封包過濾的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快、建置本錢低並具有完全通透性(Transparency)。 為了補(bǔ)強(qiáng)封包過濾器的弱點(diǎn)，防火牆必須在IP層運(yùn)用軟體應(yīng)用Software Applications對網(wǎng)路交通服務(wù)要求進(jìn)行攔路檢查，通常透過代理Proxy服務(wù)來實(shí)現(xiàn)，代理伺服器Proxy Server負(fù)責(zé)服務(wù)連結(jié)的過濾，以及資料的轉(zhuǎn)送。 一切進(jìn)出私有網(wǎng)路的交通都必須行經(jīng)代理伺服器，而執(zhí)行這類程式的主

22、機(jī)稱為應(yīng)用閘道Application Gateway。 .Cont.Cont.當(dāng)一個(gè)用戶企圖連結(jié)進(jìn)入此一私有網(wǎng)路時(shí)，必須先連結(jié)上應(yīng)用閘道，然後再到目的端主機(jī)，其步驟如下： 歩驟1：用戶先TELNET上應(yīng)用閘道，並輸入想要登入的網(wǎng)內(nèi)主機(jī)名稱。步驟2：應(yīng)用閘道根據(jù)存取規(guī)則檢查用戶來源的IP位址，決定接受或拒絕此連結(jié)。步驟3：對用戶的身份作進(jìn)一步的身份鑑別如用一次的通行碼系統(tǒng)。步驟4：代理伺服器建立應(yīng)用閘道與網(wǎng)內(nèi)主機(jī)之間的TELNET連結(jié)。步驟5：代理伺服器在此兩連結(jié)之間轉(zhuǎn)送資料。步驟6：應(yīng)用閘道記錄連結(jié)的相關(guān)資訊。 .Cont.Cont.運(yùn)用應(yīng)用閘道來阻隔服務(wù)，不讓它們的網(wǎng)路交通直接進(jìn)入網(wǎng)內(nèi)主機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：資訊隱藏In