李秀娟

（烏魯木齊職業(yè)大學 智能信息研究中心，新疆 烏魯木齊830002）

探析網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李秀娟

（烏魯木齊職業(yè)大學 智能信息研究中心，新疆 烏魯木齊830002）

針對網(wǎng)絡邊界防護機制存在的問題，分析防火墻、入侵檢測系統(tǒng)和蜜罐技術(shù)的網(wǎng)絡安全防御性能，通過設計外防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、蜜罐系統(tǒng)、路由設定及內(nèi)防火墻等網(wǎng)絡安全聯(lián)動防御系統(tǒng)，構(gòu)建安全防線。經(jīng)實驗證明，該系統(tǒng)可成功偵測并即時阻斷服務攻擊與網(wǎng)站漏洞掃描攻擊，從而降低網(wǎng)絡安全威脅的風險，提高網(wǎng)絡防護的安全性與效率。

防火墻；入侵檢測系統(tǒng)；蜜罐技術(shù)；主動防御

隨著信息科學的快速發(fā)展，網(wǎng)絡已成為日常生活的一部分，然而我們在享受網(wǎng)絡帶來的便利之余，隨之而來的網(wǎng)絡安全問題也不容忽視。常見的網(wǎng)絡威脅主要有重要機密文件遭竊取或篡改、個人資料外流、網(wǎng)絡服務的中斷、嚴重的甚至造成系統(tǒng)癱瘓。人們嘗試使用各種技術(shù)來保護網(wǎng)絡安全，諸如：防火墻 （Firewall）、入侵檢測系統(tǒng) （Intrusion Detection System）、蜜罐技術(shù)（Honeypot）、殺毒軟件、VPN、存取控制、身份認證及弱點掃描等。但是網(wǎng)絡攻擊手法不斷更新，系統(tǒng)漏洞不斷被發(fā)現(xiàn)，加上網(wǎng)絡黑客工具隨手可得，甚至有專門的教學網(wǎng)站或文章，因此現(xiàn)在想成為駭客不再需要具備高深的專業(yè)知識，也不需要具備自己發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞的能力[1]。通過黑客工具攻擊者只需要輸入攻擊目標的IP地址，即可發(fā)動攻擊，便會對網(wǎng)絡安全造成巨大威脅。一旦網(wǎng)絡入侵攻擊成功，政府機關、軍事公安、企業(yè)機構(gòu)甚至個人的機密資料都會落入攻擊者的手中，并造成無法彌補的損失。而電子商務網(wǎng)絡一旦遭到分布式拒絕服務攻擊（Distribution Denial of Service），只要幾小時內(nèi)無法正常提供服務，就會遭受重大經(jīng)濟損失。為了克服網(wǎng)絡邊界防護機制存在的問題我們采用“防火墻、入侵偵測系統(tǒng)與蜜罐聯(lián)動結(jié)構(gòu)”，互相支援，互補不足，利用其各自的優(yōu)點，希望通過網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)，來降低網(wǎng)絡安全威脅的風險，從而提高網(wǎng)絡防護的安全性與效率。

1 網(wǎng)絡安全防護現(xiàn)狀

現(xiàn)有的網(wǎng)絡安全機制無法以單一系統(tǒng)來確保網(wǎng)絡安全，為了提高網(wǎng)絡的安全性，往往會將這些系統(tǒng)聯(lián)合起來，以建立網(wǎng)絡邊界防護機制，如“防火墻與入侵檢測系統(tǒng)聯(lián)動”結(jié)構(gòu)，或“入侵檢測系統(tǒng)與蜜罐聯(lián)動”結(jié)構(gòu)。但前者檢測攻擊的成功率取決入檢測系統(tǒng)的漏報與誤報率高或低的問題，后者有無法即時阻止攻擊的問題[2]。

一般網(wǎng)絡管理員經(jīng)常通過網(wǎng)絡流量分析得知目前網(wǎng)絡流量大小以判斷網(wǎng)絡使用狀況和服務器所提供的服務是否正常。但是看似正常的網(wǎng)絡流量底下是否有黑客正在進行惡意活動，網(wǎng)絡管理員卻無從得知。所以必須通過入侵檢測系統(tǒng)來了解網(wǎng)絡傳輸?shù)姆獍欠窈袗阂夥獍?/p>

2 網(wǎng)絡安全機制

1）防火墻 防火墻是一種用來控制網(wǎng)絡存取的設備，并阻斷所有不予放行的流量，用于保護內(nèi)部網(wǎng)絡的運行及主機的安全可以依照特定的規(guī)則，可能是一臺專屬的硬件或是架設在一般硬件上的一套軟件?？煞譃榉獍^濾防火墻、代理服務器、動態(tài)封包過濾防火墻、專用裝置與作業(yè)系統(tǒng)為基礎的防火墻[3]。防火墻示意圖如圖1所示。

圖1 防火墻示意圖

2）Iptables Iptables是Linux核心2.4以上所提供的工具，能提供絕大部分防火墻所應有的功能。Iptables包含很多表格，每個表格都定義出自己的預設政策與規(guī)則，而且每個表格的用途都不相同。包括管理封包進出本機的Fitler、管理后端主機的NAT和管理特殊標記使用的Mangle，也可以自定格外的Option表格。Iptables的功能主要分為五類：過濾、偽裝、重新導向、封包重組、記錄[4]。如圖2所示。

3）入侵檢測系統(tǒng)IDS 入侵檢測系統(tǒng)的目的是要即時且容易識別由內(nèi)部與外部侵入者所產(chǎn)生的非經(jīng)允許使用、誤用與電腦系統(tǒng)濫用等可能傷害電腦系統(tǒng)的行為。是一種針對網(wǎng)絡上可疑活動檢測與分析進而判斷異常行為是否為攻擊手法的系統(tǒng)工具。監(jiān)控模式主要分為主機型侵入檢測系統(tǒng)HIDS和網(wǎng)絡型入侵檢測系統(tǒng)NIDS兩種類型[5-6]。

圖2 Iptables示意圖

圖3 IDS示意圖

4）蜜罐系統(tǒng) 蜜罐是一種故意部署在網(wǎng)絡中存在安全漏洞的主機或系統(tǒng)，被用來吸引網(wǎng)絡中黑客的注意，并對其攻擊，以達到對真正主機的保護，還可以通過收集數(shù)據(jù)，分析出攻擊者的目的、手法等。蜜罐另一個用途是拖延攻擊者對真正目標的攻擊，讓攻擊者在蜜罐浪費時間，從而保護真正的系統(tǒng)[7]。攻擊者進入蜜罐系統(tǒng)后，滯留的時間越長，其使用的技術(shù)就可以更多地被蜜罐所記錄，而這些信息就可以用來分析攻擊者的技術(shù)水平及所使用的工具，通過學習攻擊者的攻擊思路與方法來加強防御及保護本地的網(wǎng)絡與系統(tǒng)。蜜罐的關鍵技術(shù)主要有網(wǎng)絡欺騙、信息捕獲、信息分析及信息控制等[8]。蜜罐在網(wǎng)絡中的部署示意圖如圖4所示。

5）Honeyd Honeyd是由N.Provos開發(fā)并維護的開放源碼的虛擬蜜罐軟件，主要運行在Unix的環(huán)境下?？梢酝瑫r模擬出多數(shù)主機的區(qū)域網(wǎng)絡，監(jiān)視未使用的IP網(wǎng)段，以及TCP和UDP的通信。通過服務腳本的設計，模擬特定的服務與作業(yè)系統(tǒng)，可使單一主機模擬多個IP（最多可達655 36個）。當攻擊者對蜜罐系統(tǒng)進行攻擊時，蜜罐系統(tǒng)將會給予對應的回應，使其看起來像是真實的系統(tǒng)在運作。Honeyd也會對進出的信息進行監(jiān)控、捕獲，以供分析研究，幫助搜集對網(wǎng)絡威脅的相關信息與學習攻擊者的活動和行為[9]。Honeyd數(shù)據(jù)接受如圖5所示。

圖4 蜜罐部署示意圖

圖5 Honeyd數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

Honeyd是 由 Packet Dispatcher、Configuration Personality、Protocol Processor、Routing Topology 及Personality Engine等部分組成，如圖6所示。

圖6 Honeyd架構(gòu)

3 網(wǎng)絡安全主動防御系統(tǒng)

大部分網(wǎng)絡架構(gòu)都將防火墻作為安全保護的第一道關卡，防火墻將外部不信任網(wǎng)絡和內(nèi)部信任網(wǎng)絡分開，通過防火墻過濾封包來阻擋外部的攻擊。但隨著攻擊手法的不斷更新，防火墻的安全防護已顯不足，故在傳統(tǒng)防火墻網(wǎng)絡架構(gòu)中加入入侵檢測系統(tǒng)，用于當防火墻被突破后，入侵檢測系統(tǒng)能即時檢測到攻擊行為，偵測出惡意封包并發(fā)出警告，使得網(wǎng)絡管理員及時處理。由于入侵檢測系統(tǒng)為被動式防護系統(tǒng)，雖然可以發(fā)出報警，但是漏報率及誤報率過高，使得防護效果上大打折扣。漏報率高，使得惡意行為無法被及時發(fā)現(xiàn)，造成損失；誤報率高，導致網(wǎng)絡管理員封鎖了產(chǎn)生誤報的網(wǎng)絡通道，導致網(wǎng)絡使用效率下降[10]。

然而，網(wǎng)絡管理員無法時時刻刻監(jiān)測網(wǎng)絡的異常情況，因此我們利用入侵檢測軟件IDS來輔助網(wǎng)絡管理者監(jiān)測網(wǎng)絡狀況。當IDS檢測到有惡意行為時，即針對該行為的封包發(fā)出警告，通過Guardian即時更新防火墻規(guī)則，阻擋所有來自攻擊主機IP地址的報文。由于防火墻、入侵檢測系統(tǒng)本身屬于被動式防御系統(tǒng)，為了實現(xiàn)主動防御的目的，可以利用入侵防御系統(tǒng)IPS（Intrusion Prevention System）來深度感知并檢測流經(jīng)的數(shù)據(jù)流量，對惡意報文進行丟棄以阻斷攻擊，對濫用報文進行限流以保護網(wǎng)絡帶寬資源，比對惡意報文的目的主機IP地址，呼叫防火墻程序Iptables即時封鎖惡意報文來源IP地址，以阻止后續(xù)可能發(fā)生的惡意行為[11]。為彌補入侵檢測系統(tǒng)漏報效率高的缺點，在原有的網(wǎng)絡防護基礎上，利用Honeyd虛擬蜜罐技術(shù)來吸引入侵攻擊，根據(jù)蜜罐的記錄來分析入侵與攻擊行為，搭配Honeyd的套件Honeycomb來為IDS自動生成特征規(guī)則，改善IDS的檢測漏報率，從而為追蹤供給來源或分析未知的攻擊行為提供有效的信息[12]。

在不增加成本及減輕網(wǎng)絡管理人員負擔的情況下，使用IDS、IPS、Honeyd及Honeycomb并結(jié)合防火墻與Iptables，來構(gòu)建一個快速檢測、減少漏報并即時封鎖惡意行為的主動防御系統(tǒng)，以達到增加網(wǎng)絡安全防護的目的。實驗環(huán)境網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖7所示。

本系統(tǒng)使用兩道防火墻，外防火墻鏈接外網(wǎng)，以正向列表的方式設定防火墻規(guī)則，除了符合通過防火墻條件的報文能通過外，其余報文一律阻擋并丟棄，此為第一道防線。在外防火墻上架設網(wǎng)絡型入侵檢測系統(tǒng)，偵測網(wǎng)絡流量中是否含有惡意報文，一旦發(fā)現(xiàn)惡意報文即發(fā)出警告，并通過防火墻與入侵檢測系統(tǒng)聯(lián)動機制即修改防火墻規(guī)則，阻斷惡意報文來源IP的連線，此為第二道防線。將入侵檢測系統(tǒng)架設在外防火墻內(nèi)部有一個好處，利用外防火墻阻擋掉不符合防火墻規(guī)則的報文，入侵檢測系統(tǒng)只要針對防火墻放行的流量進行檢測，這樣可避免降低網(wǎng)絡效能。在內(nèi)外防火墻之間架設蜜罐系統(tǒng)以誘捕攻擊者，因大部分的網(wǎng)絡型入侵檢測系統(tǒng)采用“誤用檢測”技術(shù)，一旦入侵檢測系統(tǒng)的規(guī)則資料庫中無惡意報文的特征即無法檢測出來，導致漏報。故本機制使用蜜罐系統(tǒng)以捕獲惡意報文的資料并進行分析，并通過入侵檢測系統(tǒng)與蜜罐系統(tǒng)的聯(lián)動機制，使蜜罐系統(tǒng)自動為入侵檢測系統(tǒng)產(chǎn)生特征，以降低漏報、誤報率，此為第三道防線。蜜罐系統(tǒng)被攻擊后，攻擊者可能以其為跳板主機攻擊其他機器，為防止其他機器遭受攻擊，在內(nèi)外防火墻之間，放置一個路由器，通過路由表的設定，使得蜜罐系統(tǒng)的報文無法到達DMZ區(qū)及內(nèi)部網(wǎng)絡，此為第四道防線。在內(nèi)部網(wǎng)絡外架設內(nèi)防火墻，以負向列表的方式設定防火墻規(guī)則，阻擋來自蜜罐系統(tǒng)的報文，此為第五道防線[13-14]。網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)的運行流程如圖8所示。

圖7 實驗環(huán)境網(wǎng)絡拓撲圖

圖8 網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)的運行流程

通過虛擬機VMware進行網(wǎng)絡攻擊模擬實驗，由DOS阻斷服務攻擊及網(wǎng)站弱點掃描兩組實驗得知，網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)可成功檢測出攻擊，并能即時阻擋來自攻擊源IP地址的報文，服役Honeyd手機網(wǎng)絡連線數(shù)據(jù)，Honeycomb分析這些數(shù)據(jù)并依照Snort的規(guī)則產(chǎn)生出honeycomb.log文檔，可補充Snort的規(guī)則資料庫，以降低Snort的漏報或誤報率。實驗并與“防火墻與入侵檢測系統(tǒng)聯(lián)動”和“入侵檢測系統(tǒng)與蜜罐聯(lián)動”兩種防御結(jié)構(gòu)進行分析比較，網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)的整體表現(xiàn)較佳[15-16]。實驗結(jié)果如表1所示。

表1 3種網(wǎng)絡防御機制防御能力比較

4 結(jié)束語

網(wǎng)絡主動防御系統(tǒng)通過外防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、蜜罐系統(tǒng)、路由設定及內(nèi)防火墻等安全防線，可以提高網(wǎng)絡環(huán)境的防護能力，蜜罐技術(shù)自動為入侵偵測系統(tǒng)產(chǎn)生特征規(guī)則，以降低入侵偵測系統(tǒng)的漏報、誤報率；入侵偵測系統(tǒng)可于偵測到攻擊時，自動修改防火墻規(guī)則，以組織即時性攻擊。由防火墻、入侵偵測系統(tǒng)及蜜罐三者的聯(lián)動，可以建構(gòu)一個可快速偵測、減少漏報并即時封鎖惡意行為的系統(tǒng)。經(jīng)實驗證明，本系統(tǒng)可成功偵測并即時阻止阻斷服務攻擊與網(wǎng)站漏洞掃描攻擊。但就信息安全的角度而言，想要讓系統(tǒng)安全又便利，提供的功能又多，事實上很難辦到，期許能在合理的成本及不增加系統(tǒng)負擔的前提下，有效地防護網(wǎng)絡安全，并使網(wǎng)絡使用效能達到最佳化。

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Design and implementation of network active defense system

LI Xiu-juan
（Intelligent Information Processing Center，Urumqi Vocational University，Urumqi 830002，China）

In order to overcome the existing problems of network boundary mechanism，this paper analyzes the network security defense performance of firewall，intrusion detection system and honeypot technology，and designs network security defense linkage system between external firewall，intrusion detection system，honeypot system，routing and internal firewall etc.，constructs a security line of defense.The experiments show that this system detects successfully and blocks instantly service attack and site vulnerability scanning attacks thereby reduces the risk of network security threats and enhancing the security and efficiency of the network protection.

firewall；intrusion detection system；honeypot technology；network active defense

TP393.07

：A

：1674－6236（2017）01-0027-04

2015-12-29稿件編號：201512290

李秀娟（1981—），女，河南鄭州人，碩士，講師。研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)。