探讨网络中地址映射的安全问题
探讨网络中地址映射的安全问题
作者：赵媛媛
来源：《硅谷》2011年第01期
        摘要： 随着网络的发展，技术的进步，网络安全面临的挑战也在增大。目前，在众多网络协议中，地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）是非常容易受到攻击的。为了有效地对付网络中非法用户对ARP协议的各种攻击，我们提出一种安全的地址映射协议（SARP），从而实现IP地址到硬件地址的安全映射。
        关键词： 网络安全；地址映射；ARP；SARP
        中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0110189－01
       
        1 计算机网络面临的安全问题
        我们已经进入二十一世纪，网络已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。随
着网络的发展，技术的进步，网络安全面临的挑战也在增大。网络上的入侵事件不断发生。现在，网络面临的安全问题不仅仅来自于系统本身，更多的是某些居心叵测的人利用自己的专业知识，使用截获、中断、篡改、伪造等方式来从网络上窃听他人通信内容和伪造信息，更为严重的是某些恶意破坏分子利用病毒来破坏系统的稳定性，这给给整个网络带来了破坏性的灾难和不可估量的损失。当网络的用户来自社会各个阶层的部门时，大量在网络中存储和传输的数据就必须得到保护。于是，人们根据不同的网络安全隐患，研究出许多方法来抵御网络的攻击，比如防火墙，认证，加密技术等都是当今常用的方法。但网络安全仍然是人们一个优待研究的话题。
        2 地址解析协议（ARP）
        目前，在众多网络协议中，地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）是非常容易受到攻击的。
        2.1 ARP简介
        地址解析协议（ARP）是在仅知道主机的IP地址时确定其物理地址的一种协议。它用于
将IP地址映射为硬件地址，也就是主机在发送帧之前将目标IP地址转换到目标MAC地址的过程，它是TCP/IP协议簇中的一个非常重要的协议。
        2.2 ARP存在的安全问题
        ARP十分简单，在Internet中得到了广泛应用，但其自身存在着极大的安全隐患。ARP协议的基础就是信任局域网内所有的人，它对ARP请求（应答）的真实性不作任何验证，是一个无认证的协议。为了减少网络流量，ARP模块在接收到一个ARP请求（应答）时，会把获得的＜IPMAC＞地址对更新ARP缓存表。也就是说，从网上收到的任何ARP请求（应答）都会更新主机的缓存表，而不管其是否真实。因此，ARP非常容易受到攻击。典型的一种方法称为ARP伪装，下面简单分析ARP伪装的原理。
        如（图1），Z为攻击主机，利用ARP协议的无认证特性，Z向X发送一个以＜IPy，MACz＞为源地址的ARP包，就会更新X的ARP缓存表．使X将IPy的物理地址解析为MACz。同理，也可使Y将IPx的物理地址解析为MACz，这就是ARP伪装技术。
        Z应用ARP伪装技术修改X和Y的ARP缓存表后，X和Y发给对方的IP数据包都会发向物
理地址MACz。X，Y可以继续向对方发IP数据包，但对方收不到，X，Y之间的网络通信无法实现。
        ARP的安全问题会导致许多危害，比如引网络连接不通畅，断网或遭到病毒袭击等。
        3 安全ARP的实现
        为了有效地对付网络中非法用户对ARP协议的各种攻击，我们提出一种安全的地址映射协议（SARP），它可以安全的将IP地址转换成物理地址，从而实现安全的地址映射。
        3.1 SARP协议结构
        首先，在局域网中增加一台映射服务器，用于存储网络中各台主机IP地址和MAC地址。地址映射不再通过主机之间的ARP进行，而通过主机与映射服务器之间的SARP协议来完成。SARP协议分为地址收集协议和地址映射协议。
        3.1.1 地址收集协议
        地址收集协议用于服务器收集各个主机的IP地址和MAC地址，并维护地址映射的有效性。
        3.1.2 地址映射协议
        主机通过地址映射协议向服务器发出地址映射请求，服务器进行地址映射，返回所请求的目的主机的MAC地址。
        3.2 SARP协议工作原理
        SARP协议本身也会受到同一网络中非法用户的攻击，我们假定非法用户可以实施下面两种类型的攻击：
        1）信息修改：在服务器或主机发出消息之后，非法用户截取并且纂改消息的内容，接受方收到的是已被纂改的消息。
        2）信息重放：在消息发出之后，非法用户截取消息并用以前发送过的同一类型消息替代。
        为了对抗这些攻击，SARP使用了如下的安全机制：
        1）完整性检查：为了防止非法用户修改消息，可以对消息实施完整性检查。首先，为网络中每一台主机分配一个唯一的密钥（记为scr），服务器和该台主机共享该密钥。密钥被用来计算每条消息的验证码。例如：假定消息为acpt(c，ip，hd)（acpt表示消息名，c，ip，hd表示消息的三个域），那么消息验证码m=MD(c，ip，hd，scr)。这里，MD是一个消息摘要函数，可以使用MD5、SHA、HMAC等算法。消息验证码被添加到待发送的消息中，因此上述消息变为acpt(c，ip，hd，m)。如果消息被非法用户修改，变成acpt(c'，ip'，hd'，m')。接受方受到消息后，重新计算消息验证码m”=MD(c'，ip'，hd'，scr)，由于m”≠m'，接受方可以知道消息已被扬篡改。
        2）使用nonce避免重放攻击：nonce是一个唯一的不重复整数，通常可用随机数来模拟。如果服务器或主机需要发送一条消息并期待回复，那么发送方在消息中附加nonce，接收方收到该消息后，取出nonce并附加到回复中。最后，发送方收到回复，检查回复中nonce是否和最近一次发出消息所使用nonce相同，如果相同则说明该回复消息不是由非法用户重放产生，可以信任。
        SARP协议实现了IP地址到硬件地址的安全映射，并且具备原ARP协议的两个重要特性：支持动态地址分配和探测失败目标。
        4 结束语
        随着硬件技术和并行技术的发展，计算机的计算能力迅速提高，对网络的攻击方式层出不穷，原来认为安全的加密方式有可能失效。另外，随着网络应用范围的不断扩大，使人们对网络依赖的程度增大，对网络的破坏造成的损失和混乱会比以往任何时候都大，这对网络信息安全保护提出了更高的要求，而网络安全技术必然会随着网络应用的发展而不断发展。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。