專利名稱：一種邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于IP(InternetProt0c0I) 前綴和自治系統(tǒng)(Autonomous System)編號(hào)分配關(guān)系的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI-Public Key Infrastructure)，能夠有效的防范BGP前綴劫持攻擊。
背景技術(shù)：
BGP(Border Gateway Protocol-邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)作為全球互聯(lián)網(wǎng)上普遍應(yīng)用的域間路由協(xié)議，在提供和維護(hù)因特網(wǎng)的連通性方面起著至關(guān)重要的作用。但BGP路由協(xié)議安全能力有限，BGP對(duì)等實(shí)體之間的通信缺少基本的認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制，無(wú)法對(duì)實(shí)體之間所傳遞的路由信息進(jìn)行保護(hù)，在許多惡意攻擊面前顯得非常脆弱。特別是前綴劫持攻擊，其危害特別嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致全球互聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)蕩，造成巨大損失。例如2008年2月M日發(fā)生的I^kistan Telecom劫持YouTube事件，其造成^uTube中斷服務(wù)近2個(gè)小時(shí)，影響了全球2/3的互聯(lián)網(wǎng)用戶，這是一個(gè)典型的前綴劫持事件。前綴劫持攻擊的主要危害是劫持者能夠控制網(wǎng)絡(luò)流量流向預(yù)定的方向，其攻擊手段主要包括以下5種類型1)劫持IP前綴攻擊者利用受害AS直接通告不屬于自己的IP前綴，劫持網(wǎng)絡(luò)流量。2)劫持IP前綴和AS路徑攻擊者通告不屬于自己的IP前綴和非法AS路徑，劫持網(wǎng)絡(luò)流量。3)劫持IP子網(wǎng)前綴IP子網(wǎng)前綴是一個(gè)相對(duì)的概念，是指更詳細(xì)的、長(zhǎng)度更長(zhǎng)的前綴，如10. 0. 128. 0/20就是10. 0. 0. 0/16的一個(gè)子前綴。由于BGP協(xié)議的IP前綴選用是基于最大長(zhǎng)度匹配的策略，攻擊者通告更詳細(xì)、更大長(zhǎng)度的前綴，促使BGP路由器選擇惡意 IP前綴，劫持網(wǎng)絡(luò)流量。4)劫持IP子網(wǎng)前綴和AS路徑攻擊者不但通告更大長(zhǎng)度的前綴，還通告非法AS 路徑，劫持網(wǎng)絡(luò)流量。5)上層ISP前綴劫持攻擊由于在PKI系統(tǒng)中，PKI證書是分層發(fā)放，而且為了限制證書數(shù)量，上層ISP擁有下層ISP的PKI認(rèn)證證書。一旦上層ISP通告了下層ISP的IP 前綴，就會(huì)劫持下層ISP的網(wǎng)絡(luò)流量。目前還沒有較好的方案來(lái)防范此種前綴劫持攻擊。由于前綴劫持攻擊手段多、危害大，所以如何預(yù)防前綴劫持攻擊一直是一個(gè)熱點(diǎn)問題。針對(duì)1-4所述的IP前綴劫持攻擊，目前主要有以下2類安全解決方案1)攻擊檢測(cè)機(jī)制典型的有Real-time Monitoring、WhisPer等，其基本思想是根據(jù)異常的路由來(lái)檢測(cè)攻擊源和攻擊對(duì)象，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行恢復(fù)。攻擊檢測(cè)機(jī)制要求當(dāng)前綴劫持攻擊發(fā)生時(shí)，能夠盡快地檢測(cè)出攻擊，并且進(jìn)行恢復(fù)。攻擊檢測(cè)機(jī)制是一種被動(dòng)的解決方案，只有當(dāng)攻擊發(fā)生時(shí)，才能夠檢測(cè)出攻擊，并且它需要快速響應(yīng)機(jī)制的配合，這樣才能夠達(dá)到快速有效阻斷攻擊，降低攻擊影響的目的。攻擊檢測(cè)機(jī)制不但部署的難度大， 而且即使成功的部署，BGP安全性也得不到完全的保護(hù)。2)攻擊預(yù)防機(jī)制，如S-BGP、SO-BGP、OA等。基本思想是在BGP中增加必要的安全機(jī)制，采用密碼技術(shù)主動(dòng)地為IP前綴和自治系統(tǒng)編號(hào)提供授權(quán)和認(rèn)證，以達(dá)到防止前綴劫持攻擊發(fā)生的目的。在現(xiàn)存的攻擊預(yù)防機(jī)制中，基于HiI的安全機(jī)制被認(rèn)為是保護(hù)最完全、最有可能實(shí)現(xiàn)的機(jī)制。基于PKI系統(tǒng)的S-BGP已經(jīng)在實(shí)際互聯(lián)網(wǎng)上小規(guī)模部署實(shí)驗(yàn)，而且IETF工作組也正在完善該協(xié)議?，F(xiàn)在提出的前綴劫持攻擊預(yù)防方案常需要為IP地址前綴和自治系統(tǒng)編號(hào)建立一種基于IP前綴和自治系統(tǒng)編號(hào)的PKI認(rèn)證系統(tǒng)。該P(yáng)KI認(rèn)證系統(tǒng)是一種基于加密機(jī)制的安全系統(tǒng)各實(shí)體間可共享一個(gè)可傳播的公鑰，而各實(shí)體則擁有自己的私鑰。 在認(rèn)證時(shí)，如果公鑰認(rèn)證通過則認(rèn)為通告是合法通告?；贗P前綴和自治系統(tǒng)編號(hào)的PKI系統(tǒng)主要分為以下4部分1證書系統(tǒng)PKI的證書系統(tǒng)基于X. 509 (ν3)的擴(kuò)展證書，證書格式為< 公鑰，證書主體(某組織，如ARIN)，需要驗(yàn)證的信息(如IP前綴或者AS編號(hào))>。2.分發(fā)系統(tǒng)PKI證書的分發(fā)系統(tǒng)分為基于IP前綴的分發(fā)系統(tǒng)和基于AS編號(hào)的分發(fā)系統(tǒng)，按IP前綴和AS編號(hào)的分發(fā)層次分發(fā)。3.更新系統(tǒng)在IP前綴和AS編號(hào)增加或撤銷時(shí)更新相應(yīng)的Η(Ι。4.驗(yàn)證系統(tǒng)在通告到達(dá)路由器時(shí)，驗(yàn)證證書的合法性。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，建立這種體系是非常有必要的，因?yàn)樗梢酝耆ＷCIP地址前綴和自治系統(tǒng)的合法使用。卞艮 ig ^； M :KevinButler ；ToniR. Farley ；PatrickMcDaniel ；A Survey of BGPSecurity Issues and Solutions, Proceedings of the IEEE|Vol.98, No. 1, January2010所述，現(xiàn)在得到部署的BGP安全方案只有路由注冊(cè)和路由過濾兩種，安全保護(hù)能力很低，還沒有一種保護(hù)比較完全的安全機(jī)制得到部署。這一方面是由于ISP的利益、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等問題。但更重要的一個(gè)方面是現(xiàn)有的安全方案，如攻擊檢測(cè)機(jī)制，不能預(yù)防IP前綴劫持的發(fā)生。而攻擊預(yù)防機(jī)制往往只能預(yù)防一種或幾種IP前綴劫持，存在安全保護(hù)不完全缺點(diǎn)，特別是在目前按IP前綴和AS編號(hào)的分發(fā)層次分發(fā)PKI的系統(tǒng)中，上層ISP包含下層ISP的PKI認(rèn)證證書，而導(dǎo)致的上層ISP前綴劫持，和由于現(xiàn)存PKI不能認(rèn)證連通性而導(dǎo)致的路徑劫持，這兩者不能夠得到很好的防范。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種BGP(邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)前綴劫持攻擊防范方法，該方法可保護(hù)域間路由系統(tǒng)免受前綴劫持、IP子網(wǎng)前綴劫持、特別是上層ISP前綴劫持的攻擊，同時(shí)能夠有效防止IP前綴AS路徑劫持、IP子網(wǎng)前綴AS路徑劫持。本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種BGP前綴劫持攻擊防范方法， 其特征在于，包括以下步驟①建立基于IP前綴和AS (Autonomous System,自治系統(tǒng))號(hào)碼的PKI的分層分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于現(xiàn)有的IP地址和AS號(hào)碼分配代理系統(tǒng)，并使用如下兩種PKI來(lái)解決IP前綴和AS號(hào)碼的證書分配一是用于分配表征IP前綴所有權(quán)的證書；二是負(fù)責(zé)分配表征AS 號(hào)碼所有權(quán)及AS號(hào)碼和路由器之間綁定關(guān)系的證書；②按照上述分層分配系統(tǒng)來(lái)分配基于IP前綴和AS號(hào)碼的兩種PKI =PKIip和 PKIas ；
③將PKI根據(jù)IP前綴和AS號(hào)碼的分配和撤銷來(lái)進(jìn)行更新；④采用在ISP建立分發(fā)庫(kù)的方式分發(fā)PKI ；⑤當(dāng)IP前綴和AS號(hào)的通告消息到達(dá)BGP (Border Gateway Protocol-邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)路由器時(shí)則進(jìn)行驗(yàn)證，首先驗(yàn)證公鑰，然后驗(yàn)證相應(yīng)的分配證明，以證實(shí)通告此IP前綴或者AS號(hào)的組織獲得了授權(quán)，并對(duì)此IP前綴或者AS號(hào)進(jìn)行通告。按照本發(fā)明所提供的BGP前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，在步驟②中，兩種 PKI以及對(duì)應(yīng)分配關(guān)系證明如下a、IP前綴分配關(guān)系證明以及HQip設(shè)ISPi為ISPj分配的IP前綴，簡(jiǎn)單記為ft~efiXj，則它的前綴分配關(guān)系證明定義為[分配前綴的實(shí)體，擁有前綴實(shí)體，前綴，分配序列號(hào)]，具體形式為[ISPi，ISPj, PrefixrDNj]，其中分配序列號(hào)=DN11^j是ISPj與ISPi相關(guān)的前綴分配關(guān)系證明序列號(hào)，初始為零，如果ISPi第k次分配了 ixk，則DNk為k，表示已分配了第k個(gè)前綴，以后ft~efiX 每分配一次，則DN依次增加，路由更新中包含IP前綴的分配關(guān)系證明，證明上層ISP分配了哪些前綴；假設(shè)前綴Prefixi是由最頂層的ISPt分配給ISPw再分配給ISPt_2，依次分配，最后分配給ISPk,則定義前綴I^refixi的分配層次是(ISPt, ISPw,…，ISP2, ISPk),它的Haip的一般形式為公鑰Il實(shí)體(如某組織)Il實(shí)體擁有的前綴Il分配層次Il已分配出去的前綴的分配關(guān)系證明，具體的I3KIip格式為=Public Key Il ISPi Il Prefixi Il (ISPt, ISPh，……，ISP2, ISP1) Il [ISPt, ISPh，Prefix^1, DNt_J Il ……Il [ISP2, ISP1, Prefix1, DN1]；b、AS號(hào)碼分配關(guān)系證明及其I3KIas設(shè)上層ISPi擁有的AS號(hào)碼為ASi,當(dāng)其分配Mj到ISPj,定義Mj的分配關(guān)系為 [分配AS號(hào)的實(shí)體，分配AS號(hào)的實(shí)體所擁有的AS，擁有分配的AS號(hào)的實(shí)體，分配的AS號(hào)， AS號(hào)分配序列號(hào)]，具體的形式為[ISPi, ASi, ISPj, ASj, DNj]，其中AS號(hào)分配序列號(hào)DNas_j 是ISPj與ISPi相關(guān)的AS分配關(guān)系證明序列號(hào)，初始為零；如果ISPi第k次分配了 ASk，則 DNk為k，表示已分配了第k個(gè)AS號(hào)，以后AS號(hào)每分配一次，則DN依次增加；路由更新中包含AS號(hào)的分配關(guān)系證明，證明上層ISP分配了哪些AS號(hào)；假設(shè)ASi是由最頂層的ISP分配給ISPw再分配給ISPt_2，依次分配，最后分配給ISP1,則定義ASi的分配層次是(ISPt， ISPt_i，…，ISP2，ISP1),它的H(IAS的一般形式為公鑰Il實(shí)體(如某組織)Il實(shí)體擁有的 AS號(hào)Il綁定的路由器ID Il分配層次Il已分配出去的AS號(hào)的分配關(guān)系證明，具體的H(Ias
形式為 Public Key Il ISPi Il ASi Il Router-ID Il (ISPt, ISPt^1, ......，ISP2, ISP1) Il [ISPt, ASt,
ISPh，ASh，DNh] Il ...... Il [ISP2, AS2, ISPpASnDN1L按照本發(fā)明所提供的BGP前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，步驟③具體包括①HQip 更新分配前綴上層ISP分配一個(gè)新前綴a、新增更新當(dāng)一個(gè)新前綴分配給一個(gè)新的ISP，這個(gè)ISP獲得一個(gè)新的分配關(guān)系證明和PKIipob、替換更新當(dāng)一個(gè)新前綴分配給一個(gè)已擁有前綴的ISP，則使用新的分配關(guān)系證明和HQip分別替換舊的分配關(guān)系證明和HiIip ；撤銷前綴ISP撤銷一個(gè)前綴
a、不完全撤銷當(dāng)只撤銷某個(gè)ISP的某些前綴時(shí)，其獲得一個(gè)新的且不合有已撤銷前綴的I3KIip，并用新的PKI替換相關(guān)的舊的H(I，并同時(shí)撤銷這個(gè)前綴的分配關(guān)系證明。b、完全撤銷更新當(dāng)一個(gè)ISP的前綴被撤銷且該ISP與上層撤銷機(jī)構(gòu)相關(guān)的PKI 含有前綴為空時(shí)，直接撤銷前綴的PKI和分配關(guān)系證明；②H(Ias更新AS號(hào)碼的分配和前綴的分配基本一致，所以AS號(hào)碼更新遵循和前綴更新同樣的原則。按照本發(fā)明所提供的BGP前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，步驟④中具體分發(fā)方式如下①初始化時(shí)，ISP對(duì)HQip和HQas分別簽名，然后生成(ISP，PKIip)對(duì)和(ASJKIas) 對(duì)；②擁有分發(fā)庫(kù)的ISP直接上傳到分發(fā)庫(kù)中，沒有分發(fā)庫(kù)的ISP上傳到最近的有分發(fā)庫(kù)的ISP，然后上傳到分發(fā)庫(kù)，分發(fā)庫(kù)之間交互，形成全網(wǎng)的(IS P，PKI)對(duì)和(AS，PKI) 對(duì)，然后ISP從分發(fā)庫(kù)中下載所有的(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；③當(dāng)ISP更新自己的PKI時(shí)，直接向分發(fā)庫(kù)上傳PKI更新報(bào)文，收到PKI更新報(bào)文后，除了向其它分發(fā)庫(kù)洪泛此報(bào)文外，分發(fā)庫(kù)將根據(jù)報(bào)文的類型，執(zhí)行相應(yīng)的操作a、增加更新根據(jù)報(bào)文更新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)增加(ISPJKI)對(duì)和(ASJKI)對(duì)；b、替換更新根據(jù)報(bào)文更新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)替換(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；C、刪除更新根據(jù)報(bào)文跟新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)刪除(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)，最后，分發(fā)庫(kù)通告ISP下載新更新的 (ISP，PKI)對(duì)和(AS, PKI)對(duì)。按照本發(fā)明所提供的BGP前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，步驟⑤具體包括以下步驟IP前綴通告合法性驗(yàn)證當(dāng)IP前綴的更新包到達(dá)BGP路由器時(shí)，驗(yàn)證步驟如下①驗(yàn)證(ISP，PKI)中PKI的正確性即驗(yàn)證公鑰，驗(yàn)證前綴I^ref ix和ISP，保證ISP 是I^refix的源前綴；②如果PKI正確，獲得分配關(guān)系證明；③驗(yàn)證分配關(guān)系證明，分為兩種情況如果前綴是合法ISP所通告，那么在驗(yàn)證分配證明時(shí)驗(yàn)證成功，采用此更新；如果前綴是不合法ISP通告，驗(yàn)證失敗，此時(shí)則丟棄此更新。AS號(hào)碼通告合法性驗(yàn)證當(dāng)AS號(hào)碼的更新包到達(dá)BGP路由器時(shí)，驗(yàn)證步驟如下①驗(yàn)證(ASJKI)中HQ的正確性即驗(yàn)證公鑰和綁定的路由器ID，驗(yàn)證AS號(hào)碼的所有權(quán)和路由器的綁定關(guān)系；②如果PKI驗(yàn)證正確，獲得AS分配關(guān)系證明；③由獲得的分配關(guān)系證明，即可按如下原則確定AS之間的連通性如果兩個(gè)ISP 有分配關(guān)系則確定為連通；驗(yàn)證時(shí)驗(yàn)證更新包中所給的下一跳是否可達(dá)和是否是偽造，若為非法路徑則丟棄，如果驗(yàn)證通過則為合法通告，采用此更新。本發(fā)明為了防止前綴劫持攻擊，需要對(duì)于每個(gè)分配的IP前綴和自治系統(tǒng)編號(hào)(簡(jiǎn)稱AS號(hào))進(jìn)行授權(quán)，讓各機(jī)構(gòu)或?qū)嶓w能夠合法通告自己擁有IP前綴和AS號(hào)，而沒有得到授權(quán)的機(jī)構(gòu)或?qū)嶓w則不能通告。即使它們非法通告，該通告也會(huì)被拒絕使用。在上層ISP 前綴劫持攻擊中，被劫持的IP前綴實(shí)際上是由上層ISP分配。鑒于此，在前綴分配時(shí)，增加 IP前綴分配關(guān)系證明。而對(duì)于路徑劫持攻擊，則提供AS關(guān)系分配證明。本方案首先建立PKI分配系統(tǒng)，分配時(shí)按照IP前綴和AS號(hào)的分層分配系統(tǒng)來(lái)分配，分配基于IP前綴和基于AS號(hào)的兩種H(I，PKI根據(jù)IP前綴和AS號(hào)碼的分配和撤銷來(lái)進(jìn)行更新，PKI的分發(fā)則是采用在ISP建立分發(fā)庫(kù)的方式，這樣可以更準(zhǔn)確的分發(fā)H(I，當(dāng)IP 前綴和AS號(hào)的通告消息到達(dá)BGP路由器時(shí)則進(jìn)行驗(yàn)證，首先驗(yàn)證公鑰，然后驗(yàn)證相應(yīng)的分配證明，以證實(shí)通告此IP前綴或者AS號(hào)的組織獲得了授權(quán)，可以對(duì)此IP前綴或者AS號(hào)進(jìn)行通告。該方法可保護(hù)域間路由系統(tǒng)免受前綴劫持、IP子網(wǎng)前綴劫持、特別是上層ISP前綴劫持的攻擊，同時(shí)能夠有效防止IP前綴AS路徑劫持、IP子網(wǎng)前綴AS路徑劫持。


圖1是基于IP前綴的PKI分配系統(tǒng)圖；圖2是IP前綴分配PKI證書樣式；圖3是基于AS的PKI分配系統(tǒng)圖；圖4是AS號(hào)碼和BGP路由器證書樣式；
圖5是IP前綴和AS的PKI分發(fā)更新流程；圖6是PKI更新報(bào)文格式；圖7是驗(yàn)證流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述1.基于IP前綴和AS號(hào)碼的HQ的分層分配系統(tǒng)基于IP前綴和AS號(hào)碼的PKI的分層分配系統(tǒng)的建立基于現(xiàn)有的IP地址和AS號(hào)碼分配代理系統(tǒng)，這樣可不考慮PKI新建之初遇到的“信任”問題，使創(chuàng)建過程省去許多麻煩。本方法需使用如下兩種PKI來(lái)解決IP前綴和AS號(hào)的證書分配，即一是用于分配表征 IP前綴所有權(quán)的證書；二是負(fù)責(zé)分配表征AS號(hào)所有權(quán)及AS號(hào)和路由器之間綁定關(guān)系的證書。IP前綴所有權(quán)證書分配PKI層次結(jié)構(gòu)和證書樣式分別如圖1和圖2所示。在IP 前綴所有權(quán)證書分配PKI中，證書所起的作用是將公鑰、證書的主體(某組織如ARIN或 AT&T)以及它擁有的IP地址前綴綁定在一起，以此來(lái)聲明證書的主體對(duì)地址前綴的所有權(quán)和它的公鑰。如圖1所示這些證書的發(fā)放如同hternet地址分配方式一樣，從最頂層機(jī)構(gòu)ICANN開始，ICANN給自己發(fā)放自簽名的證書，并給它的下屬機(jī)構(gòu)_地區(qū)hternet注冊(cè)中心(RIR)如ARIN、RIPE和APNIC發(fā)放證書，這些證書是在X. 509 (v3)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，用來(lái)包含ICANN分配給這些機(jī)構(gòu)的IP地址塊。這些地區(qū)hternet注冊(cè)中心繼續(xù)將它所持有的地址塊以證書發(fā)放的形式分配給它的下屬組織，整個(gè)證書發(fā)放方式如圖1所示， 呈層級(jí)結(jié)構(gòu)。如果某個(gè)機(jī)構(gòu)或組織擁有多個(gè)IP地址前綴，也只為其分配單一的證書，證書中包含它擁有的所有的IP地址前綴，這樣可以減少證書的數(shù)量。在AS號(hào)碼和BGP路由器證書分配PKI的層級(jí)結(jié)構(gòu)圖中(圖3)，用發(fā)放證書的形式來(lái)分配AS號(hào)碼，同時(shí)這些證書又是各個(gè)組織、AS號(hào)碼和BGP路由器的身份證名。在該P(yáng)KI 中，證書的發(fā)放方式同IP前綴分配證書類似，從ICANN開始，ICANN給自己發(fā)放自簽名的證書，并且給下屬機(jī)構(gòu)發(fā)放證書，再由下屬機(jī)構(gòu)分配給各自的下屬機(jī)構(gòu)，這樣呈層級(jí)結(jié)構(gòu)分發(fā)證書。證書用來(lái)證明證書的主體(某組織如某ISP)和它所持有的AS號(hào)之間的所有權(quán)關(guān)系， 最底層的證書(證書類型為BGP路由器)將路由器名與AS號(hào)碼和路由器ID綁定到一起， 以證明該BGP路由器屬于相應(yīng)的AS，證書樣式如圖4所示。2.基于IP前綴和AS編號(hào)分配關(guān)系的PKI系統(tǒng)2. 1. IP前綴分配關(guān)系證明及其HiIip假設(shè)ISPi為ISPj分配的IP前綴簡(jiǎn)單記為ft~efiXj，則它的前綴分配關(guān)系證明可定義為[分配前綴的實(shí)體，擁有前綴實(shí)體，前綴，分配序列號(hào)]，具體形式為[ISPi，ISPj, PrefixrDNj]，其中分配序列號(hào)=DN11^j是ISPj與ISPi相關(guān)的前綴分配關(guān)系證明序列號(hào)，初始為零。如果ISPi第k次分配了 ixk，則DNk為k，表示已分配了第k個(gè)前綴，以后每分配一次，則DN依次增加。路由更新中包含IP前綴的分配關(guān)系證明，證明上層ISP分配了哪些前綴。假設(shè)前綴I^refixi是由最頂層的ISPt分配給ISPw再分配給ISPt_2，依次分配，最后分配給ISPk,則定義前綴I^refixi的分配層次是(ISPt, ISPt^1,…，ISP2，ISPk)，它的 Haip的一般形式為(公鑰Il實(shí)體(如某個(gè)ISP) Il實(shí)體擁有的前綴Il分配層次Il已分配出去的前綴的分配關(guān)系證明)，具體的HiI1p格式為(Public Key Il ISPi Il Prefixi Il (ISPt， ISPh，……，ISP2, ISP1) Il [ISPt, ISPh，Prefix^1, DNt_J Il ……Il [ISP2, ISP1, Prefix1, DN1])。例如JSPi 分配了 Prefix1 則 Prefix1 的 PKI 為(PublicKey Il ISP1 Il Prefix1 Il I SPi Il [ISPi, ISP1, Prefix1, DN1] Il [ISPk, ISPi, Prefixi, DNi]),其中[ISPk, ISPi, Prefixi, DNi]為ISPi的分配關(guān)系證明，當(dāng)又分配了前綴f^refi^，Prefix2的PKI為(Riblic Key Il ISP2 Il Prefix2 Il [ISPi, ISP2, Prefix2, DN2] Il [ISPk, ISPi, Prefixi, DNi] Il [ISPi, ISP1, Prefix1, DN1])。當(dāng)路由更新包到達(dá)在BGP路由器時(shí)，BGP路由器驗(yàn)證的第一步。公鑰驗(yàn)證能夠防范IP前綴劫持，IP子網(wǎng)前綴劫持，第二步驗(yàn)證IP前綴分配證明。如果路由更新是上層 ISP通告的非法IP前綴，由于上層ISP包含它分配出去的下層ISP前綴的公鑰，所以在第一步時(shí)可以驗(yàn)證通過，但是上層ISP不包含它分配出去的下層ISP前綴的分配證明，第二步時(shí)驗(yàn)證失敗。這樣就能夠防范上層ISP前綴劫持攻擊。所以HiIip可完全防范IP前綴劫持、 IP子網(wǎng)前綴劫持、上層ISP前綴劫持。2. 2AS分配關(guān)系證明及其I3KIas在AS號(hào)碼分配系統(tǒng)中，假設(shè)上層ISPi擁有的AS號(hào)碼為ASi,當(dāng)其分配AS^到ISPj, 定義A^的分配關(guān)系為[分配AS號(hào)的實(shí)體，分配AS號(hào)的實(shí)體所擁有的AS，擁有分配的AS 號(hào)的實(shí)體，分配的AS號(hào)，AS號(hào)分配序列號(hào)]，具體的形式為[ISPi，ASi, ISPj, ASj, DNj]，其中AS號(hào)分配序列號(hào)DNAS_j是ISPj與ISPi相關(guān)的AS分配關(guān)系證明序列號(hào)，初始為零。如果ISPi第k次分配了 ASk，則DNk為k，表示已分配了第k個(gè)AS號(hào)，以后AS號(hào)每分配一次， 則DN依次增加。路由更新中包含AS號(hào)的分配關(guān)系證明，證明上層ISP分配了哪些AS號(hào)。 假設(shè)ASi是由最頂層的ISPt分配給ISPw再分配給ISPt_2，依次分配，最后分配給ISP1JlJ 定義ASi的分配層次是(ISPt, ISPh，…，ISP2, ISP1),它的HQas的一般形式為(公鑰Il實(shí)體(如某個(gè)ISP) Il實(shí)體擁有的AS號(hào)Il綁定的路由器ID Il分配層次Il已分配出去的 AS 號(hào)的分配關(guān)系證明)，具體的 PKIas 形式為(PublicKey Il ISPi Il ASi Il Router-ID Il (IS Pt, ISPt^1, ......,ISP2, ISP1) Il [ISPt，ASt，ISPt+ASt-^DNt-J Il ...... Il [ISP2, AS2, ISPijAS1,
DN1]),例如=ISPi 分配了 AS1 則 AS1 的 PKI 為(Public Key Il ISP1 Il AS1 Il Router-ID Il ISPi Il [ISPi, ASi, ISP1, AS1, DN1] Il [ISPk, ASk, ISPi, ASi, DNi])，其中[ISPk，ASk, ISPi, ASi, DNi]為 ISPi 的 AS 分配關(guān)系證明，當(dāng)又分配了 AS2, AS2 的 PKI 為(PublicKey Il ISP2 Il AS2 Il Router-ID Il [ISPi, ASi, ISP2, AS2, DN2] Il [ISPi, ASi, ISP1, AS1, DN1] Il [ISPk, ASk, ISPi, ASi, DNi])。當(dāng)路由更新包到達(dá)在BGP路由器時(shí)，BGP路由器驗(yàn)證的第一步驗(yàn)證公鑰和綁定的路由器ID。這樣能夠保證通告AS的所有權(quán)和路由器的綁定關(guān)系。第二步驗(yàn)證AS分配證明，獲得AS之間的連通性。如果路由更新是非法通告的AS路徑，即偽造路徑或者不可達(dá)路徑，那么在驗(yàn)證連通性時(shí)驗(yàn)證失敗。所以I3KIas可防范IP前綴AS路徑劫持、IP子網(wǎng)前綴 AS路徑劫持。3. PKiI11^P I3KIas 更新3. IPKIip 更新分配前綴上層ISP分配一個(gè)新前綴(即未分配的前綴)新增更新當(dāng)一個(gè)新前綴分配給一個(gè)新的ISP，這個(gè)ISP獲得一個(gè)新的分配關(guān)系證明和PKIIP。替換更新當(dāng)一個(gè)新前綴分配給一個(gè)已擁有前綴的ISP，則使用新的分配關(guān)系證明和I3KIip分別替換舊的分配關(guān)系證明和Η(ΙΙΡ。撤銷前綴ISP撤銷一個(gè)前綴不完全撤銷當(dāng)只撤銷某個(gè)ISP的某些前綴時(shí)，其獲得一個(gè)新的且不含有已撤銷前綴的Haip，并用新的PKi替換相關(guān)的舊的πα，并同時(shí)撤銷這個(gè)前綴的分配關(guān)系證明。完全撤銷更新當(dāng)一個(gè)ISP的前綴被撤銷且該ISP與上層撤銷機(jī)構(gòu)相關(guān)的PKI含有前綴為空時(shí)，直接撤銷前綴的PKI和分配關(guān)系證明。3. 2PKIas 更新由于AS號(hào)碼的分配和前綴的分配基本一致，所以AS號(hào)碼更新遵循和前綴更新同樣的原則。4. PKIip 和 HQas 的分發(fā)在骨干ISP建立分發(fā)庫(kù)，存儲(chǔ)并且分發(fā)PKIip和PKIAS，分發(fā)庫(kù)是一些可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算的存儲(chǔ)設(shè)備。對(duì)于沒有建立分發(fā)庫(kù)的ISP，則依賴那些建立了分發(fā)庫(kù)的ISP，優(yōu)先選擇地理位置最接近的建立了分發(fā)庫(kù)的ISP進(jìn)行交互，通過的它們的分發(fā)庫(kù)分發(fā)H(IIP和HQas，這樣做的好處是能夠節(jié)約成本，增加效率。分發(fā)過程如圖5所示(1)初始化時(shí)，ISP對(duì)H(IIP 和PKIas分別簽名，然后生成(ISP，PKIip)對(duì)和(AS, PKIas)對(duì)；(2)擁有分發(fā)庫(kù)的ISP直接上傳到分發(fā)庫(kù)中，沒有分發(fā)庫(kù)的ISP上傳到最近的有分發(fā)庫(kù)的ISP，然后上傳到分發(fā)庫(kù)，分發(fā)庫(kù)之間交互，形成全網(wǎng)的(ISPJKI)對(duì)和(ASJKI)對(duì)，然后ISP從分發(fā)庫(kù)中下載所有的 (ISP, PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；(3)當(dāng)ISP更新自己的PKI時(shí)，直接向分發(fā)庫(kù)上傳PKI更新報(bào)文，收到PKI更新報(bào)文后，除了向其它分發(fā)庫(kù)洪泛此報(bào)文外，分發(fā)庫(kù)將根據(jù)報(bào)文的類型， 執(zhí)行相應(yīng)的操作1.增加更新根據(jù)報(bào)文更新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)增加(ISP，PKI)對(duì)和(AS， PKI)對(duì)；2.替換更新根據(jù)報(bào)文更新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)替換(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；3.刪除更新根據(jù)報(bào)文跟新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)刪除(ISPJKI)對(duì)和(ASJKI)對(duì)，最后，分發(fā)庫(kù)通告ISP下載新更新的(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)。更新報(bào)文格式如圖6所示。5. IP前綴通告和AS編號(hào)通告合法性驗(yàn)證5. IIP前綴通告合法性驗(yàn)證當(dāng)IP前綴的更新包到達(dá)BGP路由器時(shí)，驗(yàn)證步驟如下(1)驗(yàn)證(ISP，PKI)中PKI的正確性(即驗(yàn)證公鑰)，驗(yàn)證前綴I^refix和ISP，保證ISP是I^refix的源前綴；(2)如果PKI正確，獲得分配關(guān)系證明；(3)驗(yàn)證分配關(guān)系證明，分為兩種情況如果前綴是合法ISP所通告，那么在驗(yàn)證分配證明時(shí)驗(yàn)證成功，采用此更新。如果前綴是不合法ISP通告，驗(yàn)證失敗，此時(shí)則丟棄此更新。5. 2AS編號(hào)通告合法性驗(yàn)證當(dāng)AS號(hào)碼的更新包到達(dá)BGP路由器時(shí)，驗(yàn)證步驟如下(1)驗(yàn)證(ASJKI)中PKI的正確性(即驗(yàn)證公鑰和綁定的路由器ID)，驗(yàn)證AS號(hào)碼的所有權(quán)和路由器的綁定關(guān)系；(2)如果PKI驗(yàn)證正確，獲得AS分配關(guān)系證明；(3)由獲得的分配關(guān)系證明，即可按如下原則確定AS之間的連通性如果兩個(gè)ISP 有分配關(guān)系則確定為連通。驗(yàn)證時(shí)驗(yàn)證更新包中所給的下一跳是否可達(dá)和是否是偽造，若為非法路徑則丟棄，如果驗(yàn)證通過則為合法通告，采用此更新。
1權(quán)利要求
1.一種邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，包括以下步驟①建立基于IP前綴和AS(Autonomous System,自治系統(tǒng))號(hào)碼的PKI的分層分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于現(xiàn)有的IP地址和AS號(hào)碼分配代理系統(tǒng)，增加使用如下兩種PKI來(lái)解決IP前綴和AS號(hào)碼的證書分配一是用于分配表征IP前綴所有權(quán)的證書；二是負(fù)責(zé)分配表征AS 號(hào)碼所有權(quán)及AS號(hào)碼和路由器之間綁定關(guān)系的證書；②按照上述分層分配系統(tǒng)來(lái)分配基于IP前綴和AS號(hào)碼的兩種PKI=PKIip和HQas ；③將PKI根據(jù)IP前綴和AS號(hào)碼的分配和撤銷來(lái)進(jìn)行更新；④采用在ISP建立分發(fā)庫(kù)的方式分發(fā)PKI；⑤當(dāng)IP前綴和AS號(hào)碼的通告消息到達(dá)BGP(Border Gateway Protocol-邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)路由器時(shí)則進(jìn)行驗(yàn)證，首先驗(yàn)證公鑰，然后驗(yàn)證相應(yīng)的分配證明，以證實(shí)通告此IP前綴或者AS號(hào)碼的組織獲得了授權(quán)，并對(duì)此IP前綴或者AS號(hào)碼進(jìn)行通告。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，在步驟 ②中，兩種HQ以及對(duì)應(yīng)分配關(guān)系證明如下a、IP前綴分配關(guān)系證明以及HiIip設(shè)ISPi為ISPj分配的IP前綴，簡(jiǎn)單記為I^refixj，則它的前綴分配關(guān)系證明定義為 [分配前綴的實(shí)體，擁有前綴實(shí)體，前綴，分配序列號(hào)]，具體形式為[ISPi, ISPj, PrefiJ, DNj]，其中分配序列號(hào)0ΝΙΡ_」是ISPj與ISPi相關(guān)的前綴分配關(guān)系證明序列號(hào)，初始為零，如果ISPi第k次分配了 ft~efixk，則DNk為k，表示已分配了第k個(gè)前綴，以后I^refix每分配一次，則DN依次增加，路由更新中包含IP前綴的分配關(guān)系證明，證明上層ISP分配了哪些前綴；假設(shè)前綴I^refixi是由最頂層的ISPt分配給ISPw再分配給ISPt_2，依次分配，最后分配給ISPk,則定義前綴I^refixi的分配層次是(ISPt，ISPt_1;…，ISP2, ISPk)，它的HQip 的一般形式為公鑰Il實(shí)體Il實(shí)體擁有的前綴Il分配層次Il已分配出去的前綴的分配關(guān)系證明，具體的 I3KI1P 格式為=Public Key Il ISPi Il Prefixi Il (ISPt, ISPt+ ……，ISP2, ISP1) Il [SPt, ISPh，Prefixt-PDNtJ Il ...... Il [ISP2, ISPljPrefixljDN1]；b、AS號(hào)碼分配關(guān)系證明及其HQas設(shè)上層ISPi擁有的AS號(hào)碼為ASi,當(dāng)其分配ASj到ISPj,定義ASj的分配關(guān)系為[分配AS號(hào)的實(shí)體，分配AS號(hào)的實(shí)體所擁有的AS，擁有分配的AS號(hào)的實(shí)體，分配的AS號(hào)，AS 號(hào)分配序列號(hào)]，具體的形式為[ISPi, ASi, ISPj, ASj, DNj]，其中AS號(hào)分配序列號(hào)DNas_J 是ISPj與ISPi相關(guān)的AS分配關(guān)系證明序列號(hào)，初始為零；如果ISPi第k次分配了 ASk，則 DNk為k，表示已分配了第k個(gè)AS號(hào)，以后AS號(hào)每分配一次，則DN依次增加；路由更新中包含AS號(hào)的分配關(guān)系證明，證明上層ISP分配了哪些AS號(hào)；假設(shè)ASi是由最頂層的ISPt分配給ISPw再分配給ISPt_2，依次分配，最后分配給ISP1,則定義ASi的分配層次是(ISPt， ISPH，…，ISP2, ISP1),它的H(IAS的一般形式為公鑰Il實(shí)體Il實(shí)體擁有的AS號(hào)Il綁定的路由器ID Il分配層次Il已分配出去的AS號(hào)的分配關(guān)系證明，具體的H(Ias形式為Public KeyISPi Il Si Il Router-ID Il ISPt, ISPt+ ......，ISP2, ISP1) Il [ISPt, ASt, ISPw, ASt+DNt_J Il ……Il [ISP2, AS2, ISP1, AS1, DN1]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，步驟③ 具體包括①PKIip更新分配前綴上層ISP分配一個(gè)新前綴a、新增更新當(dāng)一個(gè)新前綴分配給一個(gè)新的ISP，這個(gè)ISP獲得一個(gè)新的分配關(guān)系證明和 PKIIP。b、替換更新當(dāng)一個(gè)新前綴分配給一個(gè)已擁有前綴的ISP，則使用新的分配關(guān)系證明和I3KIip分別替換舊的分配關(guān)系證明和I3KIip ；撤銷前綴ISP撤銷一個(gè)前綴a、不完全撤銷當(dāng)只撤銷某個(gè)ISP的某些前綴時(shí)，其獲得一個(gè)新的且不含有已撤銷前綴的PKIip，并用新的PKI替換相關(guān)的舊的H(I，并同時(shí)撤銷這個(gè)前綴的分配關(guān)系證明。b、完全撤銷更新當(dāng)一個(gè)ISP的前綴被撤銷且該ISP與上層撤銷機(jī)構(gòu)相關(guān)的PKI含有前綴為空時(shí)，直接撤銷前綴的PKI和分配關(guān)系證明；②I3KIas更新AS號(hào)碼的分配和前綴的分配基本一致，所以AS號(hào)碼更新遵循和前綴更新同樣的原則。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，步驟④ 中具體分發(fā)方式如下①初始化時(shí)，ISP對(duì)HQip和HQas分別簽名，然后生成(ISP，PKIip)對(duì)和(ASjPKIas)對(duì)；②擁有分發(fā)庫(kù)的ISP直接上傳到分發(fā)庫(kù)中，沒有分發(fā)庫(kù)的ISP上傳到最近的有分發(fā)庫(kù)的ISP，然后上傳到分發(fā)庫(kù)，分發(fā)庫(kù)之間交互，形成全網(wǎng)的(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)，然后ISP從分發(fā)庫(kù)中下載所有的(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；③當(dāng)ISP更新自己的PKI時(shí)，直接向分發(fā)庫(kù)上傳PKI更新報(bào)文，收到PKI更新報(bào)文后，除了向其它分發(fā)庫(kù)洪泛此報(bào)文外，分發(fā)庫(kù)將根據(jù)報(bào)文的類型，執(zhí)行相應(yīng)的操作a、增加更新 根據(jù)報(bào)文更新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)增加(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；b、替換更新根據(jù)報(bào)文更新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)替換(ISP，PKI)對(duì)和(AS，PKI)對(duì)；C、刪除更新根據(jù)報(bào)文跟新數(shù)據(jù)內(nèi)容，分發(fā)庫(kù)刪除(ISPjPKI)對(duì)和(AS,PKI)對(duì)，最后，分發(fā)庫(kù)通告ISP下載新更新的(ISP, PKI)對(duì)和(AS, PKI)對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法，其特征在于，步驟⑤ 具體包括以下步驟IP前綴通告合法性驗(yàn)證當(dāng)IP前綴的更新包到達(dá)BGP路由器時(shí)，驗(yàn)證步驟如下①驗(yàn)證(ISP，PKI)中PKI的正確性即驗(yàn)證公鑰，驗(yàn)證前綴I^refix和ISP，保證ISP是 Prefix的源前綴；②如果PKI正確，獲得分配關(guān)系證明；③驗(yàn)證分配關(guān)系證明，分為兩種情況如果前綴是合法ISP所通告，那么在驗(yàn)證分配證明時(shí)驗(yàn)證成功，采用此更新；如果前綴是不合法ISP通告，驗(yàn)證失敗，此時(shí)則丟棄此更新。AS號(hào)碼通告合法性驗(yàn)證當(dāng)AS號(hào)碼的更新包到達(dá)BGP路由器時(shí)，驗(yàn)證步驟如下①驗(yàn)證(AS，PKI)中PKI的正確性即驗(yàn)證公鑰，驗(yàn)證AS號(hào)碼的所有權(quán)和路由器的綁定關(guān)系；②如果PKI驗(yàn)證正確，獲得AS分配關(guān)系證明；③由獲得的分配關(guān)系證明，即可按如下原則確定AS之間的連通性如果兩個(gè)ISP有分配關(guān)系則確定為連通；驗(yàn)證時(shí)驗(yàn)證更新包中所給的下一跳是否可達(dá)，若不能夠則丟棄，如果可達(dá)則為合法通告，采用此更新。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議前綴劫持攻擊防范方法，首先建立按照IP前綴和AS號(hào)碼的分層分配系統(tǒng)來(lái)分配PKI，分配基于IP前綴和基于AS號(hào)碼的兩種PKI，兩種PKI中分別包含IP前綴分配證明和AS號(hào)碼分配證明，PKI根據(jù)IP前綴和AS號(hào)碼的分配和撤銷來(lái)進(jìn)行更新，PKI的分發(fā)則是采用在ISP建立分發(fā)庫(kù)的方式，當(dāng)IP前綴和AS的通告消息到達(dá)路由器時(shí)則進(jìn)行驗(yàn)證，首先驗(yàn)證公鑰，再驗(yàn)證分配證書和連通性，證實(shí)通告的IP前綴或AS號(hào)碼的授權(quán)。該方法可保護(hù)域間路由系統(tǒng)免受前綴劫持、IP子網(wǎng)前綴劫持、特別是上層ISP前綴劫持的攻擊，同時(shí)能夠有效防止IP前綴AS路徑劫持、IP子網(wǎng)前綴AS路徑劫持。
文檔編號(hào)H04L29/06GK102158469SQ20111002946
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者徐顯達(dá), 陽(yáng)小龍, 隆克平 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)