一種可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及在互聯(lián)網(wǎng)安全中的應(yīng)用

毛玉欣+郝振武+江家仁

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-6868 （2017） 03-0058-004

摘要：提出了一種基于身份和位置分離思想的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，確保用戶身份標(biāo)識(shí)的真實(shí)可信，并在結(jié)構(gòu)上將用戶和核心網(wǎng)絡(luò)隔離，屏蔽用戶側(cè)攻擊，提升了網(wǎng)絡(luò)的安全性能。認(rèn)為基于身份標(biāo)識(shí)的網(wǎng)絡(luò)安全管理應(yīng)用可以提高網(wǎng)絡(luò)的攻擊源識(shí)別能力和溯源效率，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防御；同時(shí)，這種虛擬身份和可信身份的綁定，既能豐富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，又有助于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的分級(jí)保護(hù)，凈化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：可信身份網(wǎng)絡(luò)；身份標(biāo)識(shí)；位置標(biāo)識(shí)；網(wǎng)絡(luò)安全

Abstract： A network architecture based on separation of location and identity is proposed in this paper. Under the architecture， user identity is trusted， isolation between user side and core network side is achieved. Thus， network attack from user side is avoided， the security performance is promoted. Additionally， security management applications based on the architecture can both improve the capability of attack source identification and boost the efficiency of source tracing. Meanwhile， it can not only enrich internet applications， but also realize the hierarchical protection of network information to clean network environment.

Key words： trusted identity network； access identifier； router identifier； network security

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷升級(jí)以及智能終端的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，越來(lái)越多的人通過(guò)各種移動(dòng)終端接入到互聯(lián)網(wǎng)，獲取網(wǎng)絡(luò)資源。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）的一項(xiàng)調(diào)查顯示[1]，截止2014年，中國(guó)網(wǎng)民總體規(guī)模達(dá)到6.49億，其中使用移動(dòng)終端的網(wǎng)民就達(dá)到5.57億，占比85.8%。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)已成為社會(huì)活動(dòng)不可缺少的部分。

1 互聯(lián)網(wǎng)安全現(xiàn)狀和分析

快速發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了便利，也產(chǎn)生了很多安全威脅。2014年有46.3%的用戶遭遇過(guò)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，其中病毒木馬入侵、賬號(hào)密碼被盜情況最為嚴(yán)重，分別達(dá)到26.7%和25.9%，網(wǎng)絡(luò)欺詐比例為12.6%[1]。一方面，人們的生活正變得越來(lái)越離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；另一方面，使用人群中認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)非常不安全或者不太安全的也已接近半數(shù)。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和使用不可逆轉(zhuǎn)的形勢(shì)下，改善網(wǎng)絡(luò)安全，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可信性是一項(xiàng)具有重大意義且亟待解決的課題。

通過(guò)對(duì)眾多網(wǎng)絡(luò)安全事件的剖析，發(fā)現(xiàn)虛擬性和匿名性[2]是引發(fā)網(wǎng)絡(luò)安全威脅的重要因素。如今的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)龐大的虛擬空間，現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的很多活動(dòng)都可在其中進(jìn)行，例如，網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物、網(wǎng)上支付、網(wǎng)絡(luò)理財(cái)、網(wǎng)絡(luò)聊天等。這一系列活動(dòng)都以匿名方式進(jìn)行，通信雙方和通信設(shè)備都無(wú)法獲知對(duì)方的真實(shí)身份。匿名給網(wǎng)絡(luò)攻擊提供了廣泛空間，攻擊者可通過(guò)模擬他人虛擬身份進(jìn)行信息竊取、詐騙，虛假言論傳播等活動(dòng)，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，而網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)此尚缺乏及時(shí)有效的管理和控制手段。

網(wǎng)絡(luò)信息安全管理存在缺陷主要表現(xiàn)在：

（1）用戶在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)中以多個(gè)身份存在[3]。在網(wǎng)絡(luò)層通常以IP標(biāo)識(shí)身份，在應(yīng)用層通常以不同的用戶名標(biāo)識(shí)身份，各身份標(biāo)識(shí)之間缺乏有效的統(tǒng)一和關(guān)聯(lián)。這種用戶身份標(biāo)識(shí)的不唯一、不統(tǒng)一給管理帶來(lái)了巨大困難。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)身份溯源用戶真實(shí)身份的鏈條極長(zhǎng)，機(jī)制極其復(fù)雜。一旦有安全事件發(fā)生，管理者很難及時(shí)、準(zhǔn)確地追溯到攻擊源。

（2）用戶身份標(biāo)識(shí)可隨時(shí)改變或被篡改、偽裝，對(duì)身份標(biāo)識(shí)缺乏有效約束。IP地址作為用戶在網(wǎng)絡(luò)層的身份標(biāo)識(shí)可隨時(shí)間、地點(diǎn)、接入方式的變化而改變；用戶的賬號(hào)信息也能輕易被攻擊者注冊(cè)或仿冒，這就勢(shì)必造成管理主體模糊，加大了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管難度。對(duì)身份標(biāo)識(shí)缺乏約束，降低了標(biāo)識(shí)信息的真實(shí)性，從而可能導(dǎo)致對(duì)某些安全事件根本無(wú)法實(shí)施溯源[4]。

（3）網(wǎng)絡(luò)安全防御措施跟不上安全事件的發(fā)展[5]，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全事件的防御始終處于被動(dòng)狀態(tài)。一旦有新的攻擊方式出現(xiàn)，通常需要投入大量的人力、物力分析查找原因，升級(jí)軟硬件，防御成本過(guò)高。這種攻防成本不對(duì)稱的狀況助長(zhǎng)了各種安全事件頻出，嚴(yán)重影響到網(wǎng)絡(luò)的可信性。

應(yīng)對(duì)上述安全缺陷的一種方式是推行網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制管理[6]。實(shí)踐表明現(xiàn)有的一些實(shí)名制管理方式仍然面臨一些難題。例如：通過(guò)用戶上傳身份登記信息的方式實(shí)現(xiàn)身份實(shí)名，這種方式獲取的身份信息真?zhèn)坞y辨，無(wú)法判斷用戶自身上傳的信息是否真實(shí)可信[7]。又或是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提供商（ICP）側(cè)推行應(yīng)用層實(shí)名制，這種實(shí)現(xiàn)方式通過(guò)ICP保存用戶真實(shí)身份信息，但I(xiàn)CP本身也難以保證安全可靠，容易發(fā)生信息泄漏[8]。另外由于業(yè)務(wù)種類和ICP數(shù)量眾多，且新業(yè)務(wù)和新ICP層出不窮，這給實(shí)名制的管理維護(hù)也帶來(lái)了很大困難。

2 基于標(biāo)識(shí)的可信身份網(wǎng)絡(luò)

設(shè)計(jì)

2.1 IP地址語(yǔ)義過(guò)載

互聯(lián)網(wǎng)使用傳輸控制/網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（TCP/IP），IP在其中承載了雙重語(yǔ)義[9-10]：一方面IP地址充當(dāng)了主機(jī)身份標(biāo)識(shí)，用于在通信過(guò)程表示會(huì)話的端點(diǎn)；另一方面IP地址又作為位置標(biāo)識(shí)，在路由系統(tǒng)中被用于數(shù)據(jù)包的尋址轉(zhuǎn)發(fā)。這種雙重語(yǔ)義在互聯(lián)網(wǎng)使用之初并沒(méi)有產(chǎn)生安全問(wèn)題，因?yàn)樽畛醯幕ヂ?lián)網(wǎng)是面向科學(xué)研究，而非商業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)者認(rèn)為使用互聯(lián)網(wǎng)的終端是靜止的、安全的、可信任的[11]。但隨著互聯(lián)網(wǎng)被推向商業(yè)社會(huì)，移動(dòng)人群成為網(wǎng)絡(luò)的主流使用者，互聯(lián)網(wǎng)使用場(chǎng)景發(fā)生了變化，而TCP/IP卻沒(méi)有發(fā)生本質(zhì)改變。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，IP地址作為位置標(biāo)識(shí)，在用戶位置改變時(shí)也要隨之改變，否則無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)包的正確路由；作為用戶身份屬性，又要求無(wú)論用戶位置怎么改變其IP地址保持不變[12]。IP雙重語(yǔ)義引發(fā)的矛盾隨之凸顯，用IP標(biāo)識(shí)用戶身份屬性也變得不再可信。

2.2 可信身份網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

針對(duì)IP集成身份和位置雙重屬性的缺陷，設(shè)計(jì)了一種基于身份和位置分離思想[13-14]的可信身份網(wǎng)絡(luò)?？尚派矸菥W(wǎng)絡(luò)將用戶的身份標(biāo)識(shí)和位置標(biāo)識(shí)分別用接入標(biāo)識(shí)（AID）和路由標(biāo)識(shí)（RID）表示，網(wǎng)絡(luò)從功能上抽象為接入服務(wù)節(jié)點(diǎn)（ASN）和身份位置寄存器（ILR）兩部分。AID和RID的作用如下：

（1）AID在用戶開(kāi)戶過(guò)程中由網(wǎng)絡(luò)管理者根據(jù)用戶真實(shí)身份分配、管理，作為用戶接入網(wǎng)絡(luò)的身份標(biāo)識(shí)。AID與用戶身份信息綁定，作為開(kāi)戶信息保持不變。用戶接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證機(jī)制實(shí)現(xiàn)用戶合法性認(rèn)證后，才能被賦予對(duì)應(yīng)的AID，以保證AID作為身份標(biāo)識(shí)可信。

（2）RID用于標(biāo)識(shí)用戶當(dāng)前接入位置。在用戶初始接入網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)過(guò)程中，由為用戶接入服務(wù)的ASN為用戶分配和管理RID。當(dāng)用戶從一個(gè)ASN移動(dòng)到新的ASN接入時(shí)，需要由新的ASN重新為用戶分配新的接入位置標(biāo)識(shí)RID。

可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，ILR用于記錄用戶的（AID，RID）映射關(guān)系。多個(gè)ILR構(gòu)成映射網(wǎng)絡(luò)，集中管理網(wǎng)絡(luò)中所有用戶的映射關(guān)系。用戶初始接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ASN需要生成映射關(guān)系（AID，RID），并將映射關(guān)系上報(bào)給ILR。用戶移動(dòng)過(guò)程中一旦發(fā)生RID更新，需要及時(shí)通知ILR更新映射關(guān)系，以保證映射網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)用戶的（AID，RID）映射關(guān)系都能表示用戶當(dāng)前的接入位置。

可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的通信過(guò)程如圖1所示：

用戶在發(fā)生跨ASN的移動(dòng)時(shí)，ILR需要及時(shí)更新用戶的映射關(guān)系。例如用戶1初始通過(guò)ASN1接入網(wǎng)絡(luò)，ASN1需要將用戶1的映射關(guān)系（AID1，RID1）上報(bào)給ILR。當(dāng)用戶1從ASN1接入移動(dòng)到ASN3接入，ASN3需要將用戶1的最新映射關(guān)系（AID1，RID3）上報(bào)給ILR，ILR用最新的映射關(guān)系替代原有的映射關(guān)系，并通知ASN1解除用戶1的映射關(guān)系。用戶1向用戶2發(fā)起通信，只需知道用戶2的身份標(biāo)識(shí)AID2，而不需要知道用戶2的當(dāng)前接入位置，即用戶1無(wú)論在什么位置，發(fā)送的報(bào)文始終以源地址AID1，目的地址AID2封裝。假設(shè)用戶1從ASN1移動(dòng)到ASN3接入，并向用戶2發(fā)起通信，ASN3接收用戶1的報(bào)文后，通過(guò)向ILR查詢獲知用戶2的映射關(guān)系（AID2，RID2）。ASN3在上述報(bào)文外層用源地址RID3目的地址RID2進(jìn)行封裝。此后，路由系統(tǒng)根據(jù)目的地址RID2將所述報(bào)文路由轉(zhuǎn)發(fā)至用戶2當(dāng)前接入所使用的ASN2，ASN2將報(bào)文作解封裝處理后發(fā)送給用戶2。

上述通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)包在核心網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)RID進(jìn)行路由，AID僅標(biāo)識(shí)用戶身份，不參與路由過(guò)程。用戶只有通過(guò)合法性認(rèn)證才被賦予對(duì)應(yīng)AID，保證身份標(biāo)識(shí)的可信?？尚派矸菥W(wǎng)絡(luò)中的身份標(biāo)識(shí)由運(yùn)營(yíng)商集中管理維護(hù)，可應(yīng)用于所有互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。在通信實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，AID、RID可以繼承基于IP的路由編號(hào)機(jī)制，使身份信息不易被用戶感知。

2.3 可信身份網(wǎng)絡(luò)的安全優(yōu)勢(shì)

可信身份網(wǎng)絡(luò)將身份屬性和位置屬性作了徹底分離，在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層面建立了統(tǒng)一的身份標(biāo)識(shí)體系，一定程度上解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)久面臨的安全隱患。如圖2所示，可信身份網(wǎng)絡(luò)安全模式主要體現(xiàn)在：

（1）身份標(biāo)識(shí)唯一真實(shí)可信。網(wǎng)絡(luò)為用戶在全網(wǎng)范圍內(nèi)分配唯一的身份標(biāo)識(shí)，且在開(kāi)戶過(guò)程中就將其與用戶身份信息進(jìn)行強(qiáng)關(guān)聯(lián)。用戶經(jīng)過(guò)合法性認(rèn)證后，才可使用身份標(biāo)識(shí)開(kāi)展業(yè)務(wù)。身份標(biāo)識(shí)的唯一性、真實(shí)性、防冒用、防篡改保證了用戶從事網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)時(shí)身份的可信性。

（2）AID和RID的作用域使得用戶和核心網(wǎng)絡(luò)形成邏輯隔離。身份標(biāo)識(shí)作用于用戶和ASN之間的接入網(wǎng)絡(luò)，位置標(biāo)識(shí)作用于各ASN組成的核心網(wǎng)絡(luò)。AID和RID作用域的區(qū)分實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)用戶的隱藏。用戶只能使用身份標(biāo)識(shí)發(fā)起通信，無(wú)法獲知位置標(biāo)識(shí)，這就使得用戶無(wú)法直接訪問(wèn)中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，避免了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備遭受用戶側(cè)直接攻擊。

（3）通信過(guò)程中每個(gè)數(shù)據(jù)包都攜帶身份標(biāo)識(shí)AID，便于網(wǎng)絡(luò)管理。可信身份網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)數(shù)據(jù)包都封裝有AID標(biāo)識(shí)，且實(shí)現(xiàn)端到端傳遞。無(wú)論用戶的接入時(shí)間、地點(diǎn)等接入條件是否改變，數(shù)據(jù)包攜帶的AID都不會(huì)發(fā)生變化，因此一旦網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)現(xiàn)惡意用戶的攻擊，就可根據(jù)AID對(duì)其實(shí)施有效阻止，而不會(huì)影響到網(wǎng)內(nèi)的其他用戶，便于網(wǎng)絡(luò)實(shí)施主動(dòng)防御。

可信身份網(wǎng)絡(luò)使用身份標(biāo)識(shí)AID實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制，如表1所示，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制體系[15]比較，這種實(shí)現(xiàn)機(jī)制存在眾多優(yōu)勢(shì)。

3 基于可信身份網(wǎng)絡(luò)的

安全應(yīng)用

圖3給出了基于可信身份標(biāo)識(shí)的安全管理應(yīng)用。在可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，用戶和ICP在申請(qǐng)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，都需要進(jìn)行實(shí)名驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商根據(jù)用戶和ICP提交的身份信息，向監(jiān)管中心提請(qǐng)身份驗(yàn)證。監(jiān)管中心可根據(jù)用戶或ICP的誠(chéng)信檔案、身份信息等對(duì)其進(jìn)行合法性驗(yàn)證。驗(yàn)證通過(guò)之后，通知網(wǎng)絡(luò)為用戶或ICP分配身份標(biāo)識(shí)AID，網(wǎng)絡(luò)將分配給用戶或ICP的AID同時(shí)報(bào)送給監(jiān)管中心，在監(jiān)管中心實(shí)現(xiàn)用戶或ICP的身份信息和AID的關(guān)聯(lián)。由于可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的每個(gè)通信數(shù)據(jù)包都攜帶AID，因此可以基于AID對(duì)用戶和ICP的網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行管控。一旦發(fā)現(xiàn)有非法或可疑行為，網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)AID進(jìn)行及時(shí)阻斷，并可進(jìn)一步根據(jù)AID進(jìn)行跟蹤溯源。

基于可信身份標(biāo)識(shí)AID可開(kāi)展一系列安全管理和應(yīng)用，以改善網(wǎng)絡(luò)安全性能：

（1）數(shù)據(jù)報(bào)文接收方可根據(jù)身份標(biāo)識(shí)判斷信息來(lái)源的可信性。網(wǎng)絡(luò)管理者也可根據(jù)數(shù)據(jù)流中的身份標(biāo)識(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)行為、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容進(jìn)行快速溯源，對(duì)于非法行為進(jìn)行及時(shí)阻斷，快速識(shí)別攻擊源，改進(jìn)追溯機(jī)制，提高網(wǎng)絡(luò)安全管理效率，壓縮網(wǎng)絡(luò)攻擊的實(shí)施空間，扭轉(zhuǎn)攻防成本不對(duì)稱的局面。另外一旦發(fā)現(xiàn)惡意攻擊，可直接屏蔽AID標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的攻擊源，而無(wú)需對(duì)整個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)實(shí)施阻斷，減少攻擊處理所帶來(lái)的負(fù)面影響。

（2）實(shí)現(xiàn)內(nèi)容分級(jí)保護(hù)?？尚派矸輼?biāo)識(shí)在網(wǎng)絡(luò)中是全程全網(wǎng)傳遞，運(yùn)營(yíng)商和ICP可根據(jù)身份標(biāo)識(shí)識(shí)別用戶的身份、年齡等特征，實(shí)現(xiàn)基于身份標(biāo)識(shí)的內(nèi)容分級(jí)提供，為不同的社會(huì)群體提供不同的網(wǎng)絡(luò)信息，有利于建立網(wǎng)絡(luò)社會(huì)秩序，凈化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，避免未成年人遭受不良信息的侵害。

（3）虛擬身份和可信身份綁定，豐富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求用戶開(kāi)展各種應(yīng)用都需攜帶統(tǒng)一的身份標(biāo)識(shí)，這不利于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，用戶可能也難以接受。通過(guò)虛擬身份和可信身份綁定，虛擬身份被用戶和ICP在應(yīng)用層使用，數(shù)據(jù)傳輸仍然攜帶可信身份標(biāo)識(shí)，這種實(shí)現(xiàn)一方面延續(xù)了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的虛擬和開(kāi)放性，使得用戶仍可使用不同的虛擬身份開(kāi)展不同的應(yīng)用，便于應(yīng)用不斷豐富，另一方面數(shù)據(jù)包攜帶身份標(biāo)識(shí)也便于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)由于IP的名址二義性以及標(biāo)識(shí)用戶IP地址不固定的特點(diǎn)，造成了難以識(shí)別網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)主體，使得網(wǎng)絡(luò)始終處于易攻擊、難防控的被動(dòng)局面。文章通過(guò)設(shè)計(jì)一種可信身份網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了名、址徹底分離，用戶身份固定，用戶和核心網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離，從結(jié)構(gòu)上屏蔽了用戶側(cè)直接攻擊，提升了網(wǎng)絡(luò)安全性能。基于固定身份標(biāo)識(shí)開(kāi)展的安全管理應(yīng)用，有助于提高攻擊源的快速識(shí)別能力和溯源效率?？尚派矸菥W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從技術(shù)手段上為網(wǎng)絡(luò)安全提供保障，同時(shí)也為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷發(fā)展豐富提供了安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

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