深入淺出談防火墻

屏蔽路由器的最大優(yōu)點(diǎn)就是架構(gòu)簡單且硬件成本較低，而缺點(diǎn)則是建立包過濾規(guī)則比較困難，加之屏蔽路由器的管理成本及用戶級身份認(rèn)證的缺乏等。好在路由器生產(chǎn)商們已經(jīng)認(rèn)識到并開始著手解決這些問題，他們正在開發(fā)編輯包過濾規(guī)則的圖形用戶界面，制訂標(biāo)準(zhǔn)的用戶級身份認(rèn)證協(xié)議，以提供遠(yuǎn)程身份認(rèn)證撥入用戶服務(wù)(REDIUS)。?

　　代理服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)在于用戶級的身份認(rèn)證、日志記錄和帳號管理。其缺點(diǎn)關(guān)系到這樣一個事實；要想提供全面的安全保證，就要對每一項服務(wù)都建立對應(yīng)的應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)。這個事實嚴(yán)重地限制了新應(yīng)用的采綱。?

　　屏蔽路由器和代理服務(wù)器通常組合在一起構(gòu)成混合系統(tǒng)，其中屏蔽路由器主要用來防止IP欺騙攻擊。目前采用最廣泛的配置是Dualhomed防火墻、被屏蔽主機(jī)型防火墻以及被屏蔽子網(wǎng)型防火墻。?

　　通常架設(shè)防火墻需要數(shù)千甚至上萬美元的投入，而且防火墻需要運(yùn)行于一***立的計算機(jī)上，因此只用一臺計算機(jī)連入互聯(lián)網(wǎng)的用戶是不必要架設(shè)防火墻的，況且這樣做即使從成本方面講也太不劃算。目前觀之，防火墻的重點(diǎn)還是用來保護(hù)由許多臺計算機(jī)組成的大型網(wǎng)絡(luò)，這也是黑客高手們真正感興趣的地方。防火墻可以是非常簡單的過濾器，也可能是精心配置的網(wǎng)關(guān)，但它們的原理是一樣，都是監(jiān)測并過濾所有通向外部網(wǎng)和從外部網(wǎng)傳來的信息，防火墻保護(hù)著內(nèi)部敏感的數(shù)據(jù)不被偷竊和破壞，并記下來通訊發(fā)生的時間和操作等等，新一代的防火墻甚至可以阻止內(nèi)部人員故意將敏感數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饨?。?dāng)用戶將單位內(nèi)部的局部網(wǎng)連入互聯(lián)網(wǎng)時，大家肯定不愿意讓全世界的人隨意翻閱你單位內(nèi)部人員的工資單、各種文件資料或者是數(shù)據(jù)庫，但即使在單位內(nèi)部也存在數(shù)據(jù)攻擊的可能性。例如一些心懷叵測的電腦高手可能會修改工資表和財務(wù)報告。而通過設(shè)置防火墻后，管理員就可以限定單位內(nèi)部員工使用Email、瀏覽WWW以及文件傳輸，但不允許外界任意訪問單位內(nèi)部的計算機(jī)，同時管理員也可以禁止單位中不同部門之間互相訪問。將局部網(wǎng)絡(luò)放置防火墻之后可以阻止來自外界的攻擊。而防火墻通常是運(yùn)行在一臺單獨(dú)的計算機(jī)之上的一個特別的軟件，它可以識別并屏蔽非法的請求。例如一臺WWW代理服務(wù)器，所有的請求都間接地由代理服務(wù)器處理，這臺服務(wù)器不同于普通的代理服務(wù)器，它不會直接地處理請求，它會驗證請求發(fā)出者的身份、請求的目的地和請求內(nèi)容。如果一切符合要求的話，這個請求會被批準(zhǔn)送到真正的WWW服務(wù)器上。當(dāng)真正的WWW服務(wù)器處理完這個請求后并不會直接把結(jié)果發(fā)送給請求者，它會把結(jié)果送到代理服務(wù)器，代理服務(wù)器會按照事先的規(guī)定檢查這個結(jié)果是否違反了安全規(guī)定，當(dāng)這一切都通過后，返回結(jié)果才會真正地送到請求者的手里。

　　防火墻的體系結(jié)構(gòu)

　　1、屏蔽路由器(ScreeningRouter)?

　　屏蔽路由器可以由廠家專門生產(chǎn)的路由器實現(xiàn)，也可以用主機(jī)來實現(xiàn)。屏蔽路由器作為內(nèi)外連接的惟一通道，要求所有的報文都必須在此通過檢查。路由器上可以安裝基于IP層的報文過濾軟件，實現(xiàn)報文過濾功能。許多路由器本身帶有報文過濾配置選項，但一般比較簡單。單純由屏蔽路由器構(gòu)成的防火墻的危險包括路由器本身及路由器允許訪問的主機(jī)。屏蔽路由器的缺點(diǎn)是一旦被攻隱后很難發(fā)現(xiàn)，而且不能識別不同的用戶。?

　　2、雙穴主機(jī)網(wǎng)關(guān)(DualHomedGateway)?

　　雙穴主機(jī)網(wǎng)關(guān)是用一臺裝有兩塊網(wǎng)卡的堡壘主機(jī)的做防火墻。兩塊網(wǎng)卡各自與受保護(hù)網(wǎng)和外部網(wǎng)相連。堡壘主機(jī)上運(yùn)行著防火墻軟件，可以轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序，提供服務(wù)等。與屏蔽路由器相比，雙穴主機(jī)網(wǎng)關(guān)堡壘主機(jī)的系統(tǒng)軟件可用于維護(hù)護(hù)系統(tǒng)日志、硬件拷貝日志或遠(yuǎn)程日志。但弱點(diǎn)也比較突出，一旦黑客侵入堡壘主機(jī)并使其只具有路由功能，任何網(wǎng)上用戶均可以隨便訪問內(nèi)部網(wǎng)。

3、被屏蔽主機(jī)網(wǎng)關(guān)(ScreenedGatewy)

　　屏蔽主機(jī)網(wǎng)關(guān)易于實現(xiàn)也最為安全。一個堡壘主機(jī)安裝在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上，通常在路由器上設(shè)立過濾規(guī)則，并使這個堡壘主機(jī)成為從外部網(wǎng)絡(luò)惟一可直接到達(dá)的主機(jī)，這確保了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不受未被授權(quán)的外部用戶的攻擊。如果受保護(hù)網(wǎng)是一個虛擬擴(kuò)展的本地網(wǎng)，即沒有子網(wǎng)和路由器，那么內(nèi)部網(wǎng)的變化不影響堡壘主機(jī)和屏蔽路由器的配置。危險帶限制在堡壘主機(jī)和屏蔽路由器。網(wǎng)關(guān)的基本控制策略由安裝在上面的軟件決定。如果攻擊者沒法登錄到它上面，內(nèi)網(wǎng)中的其余主機(jī)就會受到很大威脅。這與雙穴主機(jī)網(wǎng)關(guān)受攻擊時的情形差不多。

　　4、被屏蔽子網(wǎng)(ScreenedSubnet)

　　被屏蔽子網(wǎng)就是在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間建立一個被隔離的子網(wǎng)，用兩臺分組過濾路由器將這一子網(wǎng)分別與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)分開。在很多實現(xiàn)中，兩個分組過濾路由器放在子網(wǎng)的兩端，在子網(wǎng)內(nèi)構(gòu)成一個DNS，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)均可訪問被屏蔽子網(wǎng)，但禁止它們穿過被屏蔽子網(wǎng)通信。有的屏蔽子網(wǎng)中還設(shè)有一堡壘主機(jī)作為惟一可訪問點(diǎn)，支持終端交互或作為應(yīng)用網(wǎng)關(guān)代理。這種配置的危險僅包括堡壘主機(jī)、子網(wǎng)主機(jī)及所有連接內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和屏蔽子網(wǎng)的路由器。如果攻擊者試圖完全破壞防火墻，他必須重新配置連接三個網(wǎng)的路由器，既不切斷連接又不要把自己鎖在外面，同時又不使自己被發(fā)現(xiàn)，這樣也還是可能的。但若禁止網(wǎng)絡(luò)訪問路由器或只允許內(nèi)網(wǎng)中的某些主機(jī)訪問它，則攻擊會變得很困難。在這種情況下，攻擊者得先侵入堡壘主機(jī)，然后進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)主機(jī)，再返回來破壞屏蔽路由器，并且整個過程中不能引發(fā)警報。

　　防火墻的基本類型

　　如今市場上的防火墻林林總總，形式多樣。有以軟件形式運(yùn)行在普通計算機(jī)之上的，也有以固件形式設(shè)計在路由器之中的?？偟膩碚f可以分為三種：包過濾防火墻、代理服務(wù)器和狀態(tài)監(jiān)視器。

　　包過濾防火墻(IPFiltingFirewall)：

　　包過濾(PacketFilter)是在網(wǎng)絡(luò)層中對數(shù)據(jù)包實施有選擇的通過，依據(jù)系統(tǒng)事先設(shè)定好的過濾邏輯，檢查數(shù)據(jù)據(jù)流中的每個數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包的源地址、目標(biāo)地址、以及包所使用端口確定是否允許該類數(shù)據(jù)包通過。在互聯(lián)網(wǎng)這樣的信息包交換網(wǎng)絡(luò)上，所有往來的信息都被分割成許許多多一定長度的信息包，包中包括發(fā)送者的IP地址和接收者的IP地址。當(dāng)這些包被送上互聯(lián)網(wǎng)時，路由器會讀取接收者的IP并選擇一條物理上的線路發(fā)送出去，信息包可能以不同的路線抵達(dá)目的地，當(dāng)所有的包抵達(dá)后會在目的地重新組裝還原。包過濾式的防火墻會檢查所有通過信息包里的IP地址，并按照系統(tǒng)管理員所給定的過濾規(guī)則過濾信息包。如果防火墻設(shè)定某一IP為危險的話，從這個地址而來的所有信息都會被防火墻屏蔽掉。這種防火墻的用法很多，比如國家有關(guān)部門可以通過包過濾防火墻來禁止國內(nèi)用戶去訪問那些違反我國有關(guān)規(guī)定或者"有問題"的國外站點(diǎn)，例如www.playboy.com、www.cnn.com等等。包過濾路由器的最大的優(yōu)點(diǎn)就是它對于用戶來說是透明的，也就是說不需要用戶名和密碼來登錄。這種防火墻速度快而且易于維護(hù)，通常做為第一道防線。包過濾路由器的弊端也是很明顯的，通常它沒有用戶的使用記錄，這樣我們就不能從訪問記錄中發(fā)現(xiàn)黑客的攻擊記錄。而攻擊一個單純的包過濾式的防炎墻對黑客來說是比較容易的，他們在這一方面已經(jīng)積了大量的經(jīng)驗。"信息包沖擊"是黑客比較常用的一種攻擊手段，黑客們對包過濾式防火墻發(fā)出一系列信息包，不過這些包中的IP地址已經(jīng)被替換掉了(FakeIP)，取而代之的是一串順序的IP地址。一旦有一個包通過了防火墻，黑客便可以用這個IP地十來偽裝他們發(fā)出的信息。在另一些情況下黑客們使用一種他們自己編制的路由器攻擊程序，這種程序使用路由器協(xié)議(RoutingInformationProtcol)來發(fā)送偽造的路由信息，這樣所有的包都會被重新路由到一個入侵者所指定的特別地址。對付這種路由器的另一種技術(shù)被稱之為"同步淹沒"，這實際上是一種網(wǎng)絡(luò)炸彈。攻擊者向被攻擊的計算機(jī)發(fā)出許許多多個虛假的"同步請求"信號包，當(dāng)服務(wù)器響應(yīng)了這種信號包后會等待請求發(fā)出者的回答，而攻擊者不做任何的響應(yīng)。如果服務(wù)器在45秒鐘里沒有收到反應(yīng)信號的話就會取消掉這次請求。但是當(dāng)服務(wù)器在處理成知上萬個虛假請求時，它便沒有時間來處理正常的用戶請求，處于這種攻擊下的服務(wù)器和死鎖沒什么兩樣。此種防火墻的缺點(diǎn)是很明顯的，通常它沒有用戶的使用記錄，這樣我們就不能從訪問記錄中發(fā)現(xiàn)黑客的攻擊記錄。此外，配置繁瑣也是包過濾防火墻的一個缺點(diǎn)。它阻擋別人進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，但也不告訴你何人進(jìn)入你的系統(tǒng)，或者何人從內(nèi)部進(jìn)入網(wǎng)際網(wǎng)路。它可以阻止外部對私有網(wǎng)絡(luò)的訪問，卻不能記錄內(nèi)部的訪問。包過濾另一個關(guān)鍵的弱點(diǎn)就是不能在用戶級別上進(jìn)行過濾，即不能鑒別不同的用戶和防止IP地址盜用。包過濾型防火墻是某種意義上的絕對安全的系統(tǒng)。

代理服務(wù)器(ProxyServer)：

　　代理服務(wù)器通常也稱作應(yīng)用級防火墻。包過濾防火墻可以按照IP地址來禁止未授權(quán)者的訪問。但是它不適合單位用來控制內(nèi)部人員訪問外界的網(wǎng)絡(luò)，對于這樣的企業(yè)來說應(yīng)用級防火墻是更好的選擇。所謂代理服務(wù)，即防火墻內(nèi)外的計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用層的鏈接是在兩個終止于代理服務(wù)的鏈接來實現(xiàn)的，這樣便成功地實現(xiàn)了防火墻內(nèi)外計算機(jī)系統(tǒng)的隔離。代理服務(wù)是設(shè)置在Internet防火墻網(wǎng)關(guān)上的應(yīng)用，是在網(wǎng)管員允許下或拒絕的特定的應(yīng)用程度或者特定服務(wù)，同時，還可應(yīng)用于實施較強(qiáng)的數(shù)據(jù)流監(jiān)控、過濾、記錄和報告等功能。一般情況下可應(yīng)用于特定的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如超文本傳輸(HTTP)、遠(yuǎn)程文件傳輸(FTP)等。代理服務(wù)器通常擁有高速緩存，緩存中存有用戶經(jīng)常訪問站點(diǎn)的內(nèi)容，在下一個用戶要訪問同樣的站點(diǎn)時，服務(wù)器就用不著重復(fù)地去抓同樣的內(nèi)容，既節(jié)約了時間也節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。?

　　下面筆者向網(wǎng)友們簡單介紹幾種代理服務(wù)器的設(shè)計實現(xiàn)方式：

　　1、應(yīng)用代理服務(wù)器(ApplicationGatewayProxy)?

　　應(yīng)用代理服務(wù)器可以在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層提供授權(quán)檢查及代理服務(wù)。當(dāng)外部某臺主機(jī)試圖訪問(如Telnet)受保護(hù)網(wǎng)時，它必須先在防火墻上經(jīng)過身份認(rèn)證。通過身份認(rèn)證后，防火墻運(yùn)行一個專門為Telnet設(shè)計的程序，把外部主機(jī)與內(nèi)部主機(jī)連接。在這個過程中，防火墻可以限制用戶訪問的主機(jī)、訪問的時間及訪問的方式。同樣，受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部用戶訪問外部網(wǎng)時也需先登錄到防火墻上，通過驗證后才可使用Telnet或FTP等有效命令。應(yīng)用網(wǎng)關(guān)代理的優(yōu)點(diǎn)是既可以隱藏內(nèi)部IP地址，也可以給單個用戶授權(quán)，即使攻擊者盜用了一個合法的IP地址。他也通不過嚴(yán)格的身份認(rèn)證。因特網(wǎng)關(guān)比報文過濾具有更高的安全性。但是這種認(rèn)證使得應(yīng)用網(wǎng)關(guān)不透明，用戶每次連接都要受到"盤問"，這給用戶帶來許多不便。而且這種代理技術(shù)需要為每個應(yīng)用網(wǎng)關(guān)寫專門的程序。?

　　2、回路級代理服務(wù)器?

　　回路級代理服務(wù)器也稱一般代理服務(wù)器，它適用于多個協(xié)議，但無法解釋應(yīng)用協(xié)議，需要通過其他方式來獲得信息。所以，回路級代理服務(wù)器通常要求修改過的用戶程序。其中，套接字服務(wù)器(SocketsServer)就是回路級代理服務(wù)器。套接字(Sockets)是一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)需要與外部網(wǎng)交互信息時，在防火墻上的套接字服務(wù)器檢查客戶的UserID、IP源地址和IP目的地址，經(jīng)過確認(rèn)后，套服務(wù)器才與外部的段服務(wù)器建立連接。對用戶來說，受保護(hù)網(wǎng)與外部網(wǎng)的信息交換是透明的，感覺不到防火墻的存在，那是因為因特網(wǎng)絡(luò)用戶不需要登錄到防火墻上。但是客戶端的應(yīng)用軟件必須支持"SocketsifideAPI"受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)用戶訪問公共網(wǎng)所使用的IP地址也都是防火墻的IP地址。?

　　3、代管服務(wù)器?

　　代管服務(wù)器技術(shù)換言之就是把不安全的服務(wù)，諸如FTP、Telnet等放到防火墻上，使它同時充當(dāng)服務(wù)器，對外部的請求作出回答。與應(yīng)用層代理實現(xiàn)相比，代管服務(wù)器技術(shù)不必為每種服務(wù)專門寫程序。而且，受保護(hù)網(wǎng)內(nèi)部用戶想對外部網(wǎng)訪問時，也需先登錄到防火墻上，再向外提出請求，這樣從外部網(wǎng)向內(nèi)就只能看到防火墻，從而隱藏了內(nèi)部地址，提高了安全性。?

　　4、IP通道(IPTunnels)?

　　如果某公司下屬的兩個子公司相隔較遠(yuǎn)，通過Internet進(jìn)行通信時，可以采用IPTunnels來防止Internet上的黑客截取信息，從而在Internet上形成一個虛構(gòu)的企業(yè)網(wǎng)。

　　5、網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換器(NetworkAddressTranslate)

　　當(dāng)受保護(hù)網(wǎng)連到Internet上時，受保護(hù)網(wǎng)用戶若要訪問Internet，必須使用一個合法的IP地址。但由于合法InternetIP地址有限，而且受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)往往有自己的一套IP地址規(guī)劃。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器就是在防火墻上裝一個合法IP地址集。當(dāng)內(nèi)部某一用戶要訪問Internet時，防火墻態(tài)地從地址集中選一個未分配的地址分配給該用戶，該用戶即可使用這個合法地址進(jìn)行通信。同時，對于內(nèi)部的某些服務(wù)器如Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器允許為其分配6、隔離域名服務(wù)器(SplitDomainNameSever)?

　　這種技術(shù)是通過防火墻將受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的域名服務(wù)器與外部網(wǎng)的域名服務(wù)器隔離，使外部網(wǎng)的域名服務(wù)器只能看到防火墻的IP地址，無法了解受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的具體情況，這樣可以保證受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的IP地址不被外部網(wǎng)絡(luò)知悉。?

　　7、郵件轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)(Mailforwarding)?

　　當(dāng)防火墻采用上面所提到的幾種技術(shù)使得外部網(wǎng)絡(luò)只知道防火墻的IP地址和域名時，從外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的郵件，就只能送到防火墻上。這時防火墻對郵件進(jìn)行檢查，只有當(dāng)發(fā)送郵件的源主機(jī)是被允許通過的，防火墻才對郵件的目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換，送到內(nèi)部的郵件服務(wù)器，由其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。?

　　代理服務(wù)器像真的墻一樣擋在內(nèi)部用戶和外界之間，特別是從外面來的訪問者只能看到代理服務(wù)器而看不見到任何的內(nèi)部資源，諸如用戶的IP等。而內(nèi)部客戶根本感覺不到它的存在，可以自由訪問外部站點(diǎn)。代理可以提供極好的訪問控制、登錄能力以及地址轉(zhuǎn)換功能，對進(jìn)出防火墻的信息進(jìn)行記錄，便于管理員監(jiān)視和管理系統(tǒng)。但代理服務(wù)器同時也存在一些不足，特別是它會使網(wǎng)絡(luò)的訪問速度變慢，因為它不允許用戶直接訪問網(wǎng)絡(luò)，而代理又要處理入和出的通信量，因此每增加一種新的媒體應(yīng)用，則必須對代理進(jìn)行設(shè)置。筆者在一套辦公應(yīng)用軟件的設(shè)計方面，就因為代理服務(wù)器的原因折騰了很長時間，結(jié)果還是由于設(shè)置與容錯方面的問題暫時擱淺了。?

　　狀態(tài)監(jiān)視器(StatefulInspection)：

　　狀態(tài)監(jiān)視器作為防火墻技術(shù)其安全特性最佳，它采用了一個在網(wǎng)關(guān)上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安全策略的軟件引擎，稱之為檢測模塊。檢測模塊在不影響網(wǎng)絡(luò)正常工作的前提下，采用抽取相關(guān)數(shù)據(jù)的方法對網(wǎng)絡(luò)通信的各層實施監(jiān)測，抽取部分?jǐn)?shù)據(jù)，即狀態(tài)信息，并動態(tài)地保存起來作為以后制定安全決策的參考。檢測模塊支持多種協(xié)議和應(yīng)用程序，并可以很容易地實現(xiàn)應(yīng)用和服務(wù)的擴(kuò)充。與其它安全方案不同，當(dāng)用戶訪問到達(dá)網(wǎng)關(guān)的操作系統(tǒng)前，狀態(tài)監(jiān)視器要抽取有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)配置和安全規(guī)定作出接納、拒絕、鑒定或給該通信加密等決定。一旦某個訪問違反安全規(guī)定，安全報警器就會拒絕該訪問，并作下記錄向系統(tǒng)管理器報告網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。狀態(tài)監(jiān)視器的另一個優(yōu)點(diǎn)就是可以監(jiān)測RemoteProcedureCall和User DatagrqamProtocol類的端口信息。問題當(dāng)然也有，即狀態(tài)監(jiān)視器的配置非常復(fù)雜，而且會降低網(wǎng)絡(luò)的速度。