實現(xiàn)多層次VPN系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證

文/周子豪 瞿慶海

實現(xiàn)多層次VPN系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證

文/周子豪 瞿慶海

在現(xiàn)代校園網(wǎng)絡(luò)中VPN由于其高安全性和靈活易用被廣泛使用。但多系統(tǒng)的多層次嵌套也成為一個不可避免的問題。文章采用了LDAP樹來實現(xiàn)多層次嵌套VPN的單一認(rèn)證和有效管理提出并實現(xiàn)了一個切合實際、方便快捷的一攬子整體解決方案，確保在認(rèn)證過程中對用戶相對透明。

VPN (Virtual Private Network)無論在組網(wǎng)，信息系統(tǒng)組件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)跨接、安全接入都有了廣泛的應(yīng)用?？梢宰屛锢砦恢煤苓b遠(yuǎn)的用戶，在邏輯上平滑的進(jìn)入到一個本地域中，完成遠(yuǎn)方的用戶取得本地IP的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的功能，也就是虛擬管道架設(shè)的過程。在這管道建立的過程中，眾多學(xué)者和研究人員都關(guān)注于主機(jī)端和用戶端的設(shè)計。本文將對主機(jī)端如何適應(yīng)多層次嵌套，實現(xiàn)一站式登錄做出設(shè)計和實施。

背景

VPN最先是從單一協(xié)議發(fā)展。從相對簡單的PPTP (Point to Point Transfer Protocol)建立GRE(General Routing Encapsulation )管道。到現(xiàn)在的Secure VPN和Trusted VPN兩大類。其中Secure VPN主要有IPsec、L2TP、SSl而Trusted VPN有l(wèi)ayer 3 VPNs (MPLS with constrained distribution of routing information through BGP )和 layer 2 VPNs（Transport of layer 2 frames over MPLS)兩大類。這些紛繁的協(xié)議保證了內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的安全連接。本文的焦點在于對VPN 域（domain）的策略管理。由于每個內(nèi)網(wǎng)會因為職能的劃分有多個不同的子域如：人事、會計、學(xué)工、OA等不同職能域。在各個域中往往有會有不同的權(quán)限層次的劃分。于是VPN域中嵌套域是現(xiàn)在相當(dāng)普遍和常見。某些子域管理員為了實現(xiàn)一個新的應(yīng)用部署，經(jīng)常在子域中擅自劃分或建立新域的VPN域，造成了VPN域嵌套的層次加深，如圖1所示。

用戶很難在認(rèn)證的時候做到一站式身份識別。加之各個域的邊界VGW(VPN gateway)采用的協(xié)議也不盡相同。一般用戶可能需要面對數(shù)個不同的VPNclient軟件，還需要記住數(shù)個不同的用戶名和密碼，不勝其煩，很容易產(chǎn)生逆反情緒。

表1 Ldap樹形數(shù)據(jù)庫特點

一站式認(rèn)證策略

為了解決用戶在多重嵌套VPN認(rèn)證時候的不方便。文章著重解決三大問題：

1.各個嵌套的VPN域間認(rèn)證的集中化。雖然在實際使用中可能采取不同的VPN協(xié)議，但必須有一個集中的授權(quán)發(fā)布中心來幫助認(rèn)證。

2.對于各個嵌套域，可以做到分步驟認(rèn)證的同時，可以讓用戶就記住一個密碼：方便、快捷。

3.整個瀑布式的認(rèn)證過程中，對用戶本身是透明的。用戶不需要知道在每個域中使用的認(rèn)證協(xié)議、方法和策略。

為此本文采用LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）認(rèn)證服務(wù)器（Sun Java System Identity Server 6.1）來實現(xiàn)多層次VPN域的嵌套認(rèn)證，解決以上的三個問題。

而從外形上看L D A P服務(wù)器就是一個由各個entry組成的樹如圖2所示。

對比圖1和圖2，可以發(fā)現(xiàn)LDAP樹很適合作為嵌套VPN域認(rèn)證的工作。每個Dc可以被分配各個虛擬域的認(rèn)證。而無論是嵌套還是并行的域關(guān)系也可以很好在LDAP樹中間得到體現(xiàn)。為了可以把對于登錄用戶在各個域中間擁有的策略也一并考慮在設(shè)計方案中。本文對類似于圖1的邏輯結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成為類似圖3的LDAP樹結(jié)構(gòu)。

從中可以看到從左到右的domain1至domain3有滿足圖1的邏輯嵌套關(guān)系。其分別對應(yīng)于層次化的一個嵌套的O（LDAP Tree中的org）。為了使得用戶在登錄時系統(tǒng)會自動的給出不同用戶的層次認(rèn)證。設(shè)計標(biāo)志位：DE、DELE、FOR分別表示deny(拒絕)、delegate(授權(quán))、forward（轉(zhuǎn)向認(rèn)證）、REQ(請求上級的認(rèn)證)。如圖3所示，在用戶登錄domain1后要求登錄domain4,由于domain4沒有包含在總體認(rèn)證系統(tǒng)中，被拒絕。而當(dāng)用戶再要求在domain2中活動，查看標(biāo)志位如果是DELE表示被授權(quán)。用戶認(rèn)證信息就會轉(zhuǎn)交給domain2去尋求授權(quán)。當(dāng)需要用戶的認(rèn)證具體信息如用戶名和密碼時，就需要有froward標(biāo)識跳出O的entry而到用戶的信息庫中完成最后的認(rèn)證。而向更深層次域請求的標(biāo)識，都會存放在REQ的大標(biāo)識位中。為了完成策略分配，需要在每個登錄的domain上配置專門的gateway，用來識別LDAP Tree的O entry，以實現(xiàn)各個域中的表識位傳遞，并承擔(dān)Policy Server。由于工作量一般不會很大,主要的工作是基于Ldap_search的查找，直接用替代下的PC工作站就能很好地完成。其實際物理拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖2 根據(jù)職能的ldap命名

圖3 LDAP樹登錄策略分配示意

圖4 VPN實際多層次物理建立拓?fù)涫疽?/p>

實現(xiàn)和測試

本文采用Sun Java System Identity Server 6.1作為LDAP Tree應(yīng)用發(fā)布，而不是使用通常的Openldap?？紤]到了其在多層次多entry認(rèn)證時的健壯和穩(wěn)定性。VPN采用在開源軟件Poptop1.3.0的再開發(fā)，保證了對pptp、Gre、SSL等協(xié)議的模塊化支持，節(jié)約了開發(fā)時間。開發(fā)語言采用Perl6.0，尤其是其中的Cpanmodel（Comprehensive Perl Archive Network）開發(fā)包。如對LDAP的綁定直接采用Net::ldap調(diào)用。

而對于所有的Flag可以用Socket：：class在Policy Server直接讀取，演示代碼如下：

通過實驗發(fā)現(xiàn)，每多過一層認(rèn)證一般需要有60ms的延遲。為此多加載Cache，保證在大量的訪問時候不需要去詢問上層的LDAP樹。經(jīng)過實驗測試，在100個請求的情況下，增加Cache平均可以減少75ms的延遲。

本文實現(xiàn)了多層析的VPN的自動認(rèn)證和策略發(fā)放模型。目前還有很多工作需要完善，如有對LDAP樹的修剪和組元同步。同時為了更好的適合各種不同的應(yīng)用對LDAP樹的屬性設(shè)置和schema設(shè)置還需要重新規(guī)劃。如何把多層次認(rèn)證時間以降低是將來的一個研究方向。

(作者單位為上海交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心)