移動(dòng)IPv6協(xié)議安全性研究

王天明 李麗蓉

海南經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心 海南 571127

0 前言

在2010年以后，我國將由IPv4的協(xié)議平滑過渡到IPv6，此前各大企事業(yè)單位購買的IPv4設(shè)備并不需要徹底更換，根據(jù)使用情況不同，可以做出調(diào)整，并且可以使用軟件升級來實(shí)現(xiàn)過渡。目前IPv6與3G移動(dòng)應(yīng)用結(jié)合，安全性方面仍然存在一定瓶頸。十年前設(shè)計(jì)IPv6協(xié)議的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)的安全性問題和現(xiàn)在的很多問題都沒有出現(xiàn)，因此在實(shí)際部署IPv6網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候也發(fā)現(xiàn)了一些問題，我們也做了一些解決方案。

1 移動(dòng)IPv6所面臨的安全問題

移動(dòng)IP必須面對所有無線網(wǎng)絡(luò)所固有的安全威脅，移動(dòng)性的引入必然使得移動(dòng)IP比有線的Internet更加脆弱。此外，移動(dòng)IPv6協(xié)議通過定義移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、家鄉(xiāng)代理和通信節(jié)點(diǎn)之間的信令機(jī)制，在實(shí)現(xiàn)了三角路由的優(yōu)化的同時(shí)，也引入了新的安全威脅。如果攻擊者在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、家鄉(xiāng)代理和通訊節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路上截獲并篡改相關(guān)的信令報(bào)文，那么它就能夠輕易的發(fā)起攻擊。目前移動(dòng)IPv6可能遭受的攻擊主要包括拒絕服務(wù)攻擊、重放攻擊以及信息竊取攻擊。

（1）拒絕服務(wù)攻擊

拒絕服務(wù)攻擊是指攻擊者為阻止合法用戶獲得正常服務(wù)而采用的攻擊手段。這種攻擊主要包括兩種手段：一種是通過網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器或主機(jī)發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，使得服務(wù)器忙于處理這些無用的數(shù)據(jù)包而無法響應(yīng)有用的信息。另一種是直接干擾服務(wù)器與主機(jī)之間的正常通信。在移動(dòng)IPv6中，攻擊者可以通過如下手段達(dá)到上述目的：

① 攻擊者發(fā)送大量地址綁定更新消息來消耗家鄉(xiāng)代理和通信節(jié)點(diǎn)的資源，從而導(dǎo)致綁定緩存表溢出或者是無法及時(shí)處理合法用戶的綁定更新報(bào)文；

② 惡意主機(jī)把Internet上服務(wù)器的IPv6地址作為大量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址，發(fā)送偽裝的綁定更新消息給對端通信節(jié)點(diǎn)，會(huì)引發(fā)大量的流量發(fā)往受害服務(wù)器，導(dǎo)致分布式拒絕服務(wù)攻擊；

③ 和上述情況類似，攻擊者可以冒充移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，使用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址發(fā)送綁定更新消息（例如把自己的地址作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的新的轉(zhuǎn)交地址），偽裝節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)狀況。從而截獲移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，阻斷合法用戶的正常通信；

④ 在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理通信路徑上的攻擊者可以通過篡改家鄉(xiāng)地址選項(xiàng)域值，將通信節(jié)點(diǎn)的流量重定向到第三方節(jié)點(diǎn)，阻斷合法用戶的正常通信；

⑤ 在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)通信路徑上的攻擊者可以通過篡改路由擴(kuò)展頭域值，將通信節(jié)點(diǎn)的流量重定向到第三方節(jié)點(diǎn)，阻斷合法用戶的正常通信。

（2）重放攻擊

重放攻擊是指攻擊者將一個(gè)有效的注冊請求消息錄取并保存起來，等待一段時(shí)間之后再重新發(fā)送這個(gè)消息來注冊一個(gè)偽造的轉(zhuǎn)交地址，從而達(dá)到攻擊的目的。在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)通信路徑上的攻擊者可以通過這種方式將數(shù)據(jù)流重定向到第三方實(shí)體。

（3）信息竊取

信息竊取可以分為被動(dòng)監(jiān)聽和主動(dòng)會(huì)話竊取。

① 被動(dòng)監(jiān)聽：移動(dòng)IPv6可以使用于多種傳輸介質(zhì)，尤其是無線鏈路，由于無線鏈路的信道特性，攻擊者可以輕易的實(shí)施被動(dòng)監(jiān)聽。即便是有線鏈路，未經(jīng)授權(quán)的用戶也可能通過某些手段設(shè)法接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)聽；

② 會(huì)話竊?。簳?huì)話竊取攻擊是指攻擊者等待合法的用戶認(rèn)證完成并且正常會(huì)話后，通過假扮合法節(jié)點(diǎn)來竊取會(huì)話的攻擊。在移動(dòng)IPv6中，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向它的家鄉(xiāng)代理注冊后，攻擊者可以截獲發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，也可以假冒身份向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送無用或欺騙數(shù)據(jù)包。

除了上述主要的安全威脅之外，移動(dòng)IPv6還可能遭受到其它威脅，如攻擊者可以冒充通信節(jié)點(diǎn)給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送綁定錯(cuò)誤消息，從而導(dǎo)致移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過隧道經(jīng)由家鄉(xiāng)代理向通信節(jié)點(diǎn)三角路由發(fā)送報(bào)文，造成路由迂回，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費(fèi)及時(shí)延增加。當(dāng)家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)重編號時(shí)，家鄉(xiāng)代理可以通過設(shè)置家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)前綴的生存時(shí)間來實(shí)現(xiàn)位于外部網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)更新自己的家鄉(xiāng)地址。通常狀況下，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該選擇生存時(shí)間最長的IPv6前綴來形成自己的家鄉(xiāng)地址。如果惡意主機(jī)修改家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)IPv6前綴的生存時(shí)間、或者干脆修改前綴的內(nèi)容，可能引起家鄉(xiāng)代理服務(wù)的所有的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)無法到達(dá)，或者竊取移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到家鄉(xiāng)代理的流量，或者引起拒絕服務(wù)攻擊。

2 移動(dòng)IPv6協(xié)議解決上述安全問題的機(jī)制

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)的一條原則是新協(xié)議的引入不為網(wǎng)絡(luò)帶來新的安全威脅，如果存在安全隱患，那么協(xié)議本身必須要設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全機(jī)制來克服。移動(dòng)IPv6協(xié)議也不例外，對于前文所描述的各種安全威脅，協(xié)議制定了相應(yīng)的安全機(jī)制。

對于重放攻擊，移動(dòng)IPv6協(xié)議在注冊消息中添加了序列號，并且在協(xié)議報(bào)文中引入了時(shí)間隨機(jī)數(shù)（Nonce）。家鄉(xiāng)代理和通信節(jié)點(diǎn)通過比較前后兩個(gè)注冊消息序列號，并結(jié)合Nonce的散列值，判定出攻擊者保存下來的過期注冊消息而不予理睬。

有效的保護(hù)（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)）、（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，家鄉(xiāng)代理）之間的信令消息傳遞，可以防御其它形式的攻擊。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理之間可以建立IPsec安全聯(lián)盟來保護(hù)信令消息和業(yè)務(wù)流量。由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址和家鄉(xiāng)代理都是已知的，所以可以預(yù)先為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理配置安全聯(lián)盟，然后使用IPsec AH和ESP機(jī)制建立安全隧道，提供數(shù)據(jù)源認(rèn)證、完整性檢查、數(shù)據(jù)加密和防重放攻擊保護(hù)。

由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址是隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)不斷變化，且與之通信的對端通信節(jié)點(diǎn)也是變化的，因此無法預(yù)先配置建立二者之間的安全聯(lián)盟，而且在全球互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)公有密鑰架構(gòu)（Public Key Infrastructure，PKI），不同的認(rèn)證管理域也很難建立信任關(guān)系，所以無法通過公共密鑰加密機(jī)制保護(hù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與通信節(jié)點(diǎn)之間的信令消息。鑒于此，移動(dòng)IPv6協(xié)議定義了往返可路由過程（Return Routability Procedure，RRP），通過產(chǎn)生綁定管理密鑰來實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)之間控制信令的保護(hù)。

（1）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理間的安全

家鄉(xiāng)代理通常由運(yùn)營商部署及運(yùn)維管理，而移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常也是運(yùn)營商的可控用戶（可通過EMSI或CA證書等手段對身份進(jìn)行驗(yàn)證控制），可以假設(shè)二者處于同一可信任域。移動(dòng)IPv6使用IPsec技術(shù)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理之間的信令信息保護(hù)。這些信息包括：

① 注冊過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理之間的Binding Update與Binding Acknowledgment消息；

② RRP過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理之間的Home Test Init與Home Test消息；

③ 前綴發(fā)現(xiàn)過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理之間的ICMPv6消息；

④ 可選的，使用IPsec協(xié)議來保護(hù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理之間交換的凈荷信息。

使用IPsec協(xié)議可以提供對數(shù)據(jù)源驗(yàn)證、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)內(nèi)容的機(jī)密性、抗重播保護(hù)以及有限的數(shù)據(jù)流機(jī)密性保證。移動(dòng)IPv6協(xié)議利用IPsec的傳輸模式的ESP協(xié)議來保護(hù)從移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到家鄉(xiāng)代理之間的信令消息。

（2）移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)間的安全

往返可路由過程的目的在于通信節(jié)點(diǎn)必須確認(rèn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對于它宣稱的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址是可達(dá)的。只有得到這個(gè)確認(rèn)之后，對端通信節(jié)點(diǎn)才會(huì)接受來自移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的綁定更新消息，而把以后的流量轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)新的轉(zhuǎn)交地址。

RRP過程的開始是由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送HoTI和CoTI消息，HoTI消息是經(jīng)過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)代理發(fā)送到對端通信節(jié)點(diǎn)的，包含了一個(gè)Home Init Cookie，對端通信節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)消息后，回應(yīng)一個(gè)Home Test消息，這個(gè)消息包含了下列的參數(shù)：

① Home Init Cookie，這個(gè)參數(shù)的值必須和HoTI消息的值相同；

② Home Keygen Token的值為First（64，HMAC_SHA1（K對端通信節(jié)點(diǎn)，（home address | nonce | 0））），其中K對端通信節(jié)點(diǎn)和nonce都是由對端通信節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，用于產(chǎn)生Home Keygen Token；

③ Home nonce Index，是對端通信節(jié)點(diǎn)在上述公式中產(chǎn)生nonce值的索引，避免了在消息中直接傳送nonce的值。

CoTI消息是由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送給對端通信節(jié)點(diǎn)的，包含了一個(gè)Care-of Test Cookie。對端通信節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)消息后，回應(yīng)一個(gè)Care-of Test消息，這個(gè)消息包含了下列的參數(shù)：

① Care-of Cookie，這個(gè)參數(shù)必須和CoTI消息相同；

② Care-of Keygen Token，care-of keygen token的值為First（64，HMAC_SHA1（K對端通信節(jié)點(diǎn)，（care-of address |nonce | 1）））；

③ Care-of nonce index，nonce值的索引，避免在消息中直接傳送nonce值。

移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到了Home Test消息和Care-of Test消息后，往返可路由過程就已經(jīng)完成了。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將收到的Home Cookie和Care-of Cookie作為哈希函數(shù)的輸入產(chǎn)生會(huì)話密鑰，并用此密鑰來認(rèn)證綁定消息：

Kbm＝SHA1（home kengen token | care-of kengen token）。

接下來移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就擁有了足夠的信息來認(rèn)證自己可以向?qū)Χ送ㄐ殴?jié)點(diǎn)發(fā)送綁定更新請求消息。綁定更新消息包含的參數(shù)為：

① 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址；

② 序列號；

③ Care-of nonce index；

④ First（96，HMAC_SHA1（Kbm，（care-of address | 對端通信節(jié)點(diǎn)| BU）））。

如果對端通信節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證了綁定更新消息確實(shí)為合法移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，對端通信節(jié)點(diǎn)就會(huì)創(chuàng)建新的綁定列表選項(xiàng)，確認(rèn)這個(gè)綁定更新。

3 結(jié)束語

移動(dòng)IPv6的發(fā)展還處在初級階段，專門針對移動(dòng)IPv6協(xié)議的攻擊工具還不是很多，目前提出來的還只是移動(dòng)IPv6解決方案的基礎(chǔ)理論。要根本解決安全移動(dòng)IPv6系統(tǒng)，需要從3個(gè)方面入手，對綁定更新的保護(hù)；對鏈路資源利用的管理，包括家鄉(xiāng)鏈路和外地鏈路；保護(hù)通信過程中的數(shù)據(jù)安全。移動(dòng)IPv6在不斷完善之中，所以還要對移動(dòng)IPv6的安全問題進(jìn)行更深入的研究和探索。

[1]RFC3775，Mobility Support in IPv6 [S].

[2]RFC3776，Using IPsec Protect Mobile IPv6 Signaling Between Mobile Nodes and Home Agents [S].

[3]RRC 2460，Internet Protocol，Version 6（IPv6）Specifications[S].

[4]Hesham Soliman.Mobile IPv6: Mobility in a Wireless Internet[M].Addison-Wesley Professions/ SApril 2004.Chapters.