由于國家十二五規(guī)劃綱要把教育信息化列為其中重要的一項(xiàng)，校園網(wǎng)信息化建設(shè)高速發(fā)展。

隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量急劇增加，網(wǎng)絡(luò)管理問題和安全問題日趨嚴(yán)峻，針對(duì)校園網(wǎng)用戶多且分散、流動(dòng)性強(qiáng)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求各異等特點(diǎn)，亟需營造一個(gè)安全可靠、可運(yùn)營、可管理的網(wǎng)絡(luò)，給用戶提供一個(gè)便捷、暢通的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，迫切需要一種合理、細(xì)致的管理機(jī)制和計(jì)費(fèi)手段。接入認(rèn)證系統(tǒng)和收費(fèi)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)結(jié)合可達(dá)到此要求。

網(wǎng)絡(luò)上傳統(tǒng)的認(rèn)證系統(tǒng)如PPPoE 和Web/Portal認(rèn)證方式，越來越不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大和用戶需求多樣性的要求，使得傳統(tǒng)認(rèn)證的弊端日益突顯?；诖吮尘跋?，IEEE 802.1X通過對(duì)認(rèn)證方式和認(rèn)證體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，有效地解決了傳統(tǒng)PPPoE和Web/Portal認(rèn)證方式帶來的問題，消除了網(wǎng)絡(luò)瓶頸，減輕了網(wǎng)絡(luò)封裝開銷，降低了建網(wǎng)成本，從而受到當(dāng)前校園網(wǎng)選擇的熱捧。然而簡(jiǎn)單的使用802.1X認(rèn)證仍然存在一些安全隱患，故需要采用安全防御機(jī)制來解決。本文首先介紹了接入認(rèn)證方式及利弊，然后闡述了802.1X原理及認(rèn)證過程，接著詳細(xì)介紹了802.1X在校園網(wǎng)中存在的隱患，最后提出了兩種安全防御機(jī)制并可兼容802.1X認(rèn)證。

接入認(rèn)證方式及利弊

目前主要的接入認(rèn)證方式有三種：PPPoE 認(rèn)證方式、Web/Portal認(rèn)證方式和802.1X 認(rèn)證方式。

1.PPPoE 認(rèn)證方式：PPPoE 是在IETF RFC標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上研發(fā)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，是目前應(yīng)用最為普遍的家庭用戶接入方式之一。它將以太網(wǎng)技術(shù)、局域網(wǎng)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議的可擴(kuò)展性及管理控制功能結(jié)合在一起，通過類似撥號(hào)方式，為用戶提供簡(jiǎn)單方便的寬帶接入服務(wù)。此接入方式的優(yōu)勢(shì)在于和原有窄帶網(wǎng)絡(luò)用戶接入認(rèn)證體系一致，易于用戶接受。然而不足之處在于局端接入設(shè)備開銷大，容易形成單點(diǎn)瓶頸，且設(shè)備昂貴。

2.Web/Portal認(rèn)證方式：Web認(rèn)證運(yùn)用廣泛，它依托于Web 瀏覽器，通過HTTP以及HTTPS協(xié)議和Web認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行交互認(rèn)證。該認(rèn)證方式可以很方便地利用Web服務(wù)器推出Portal和廣告等增值業(yè)務(wù)，有利于達(dá)到引導(dǎo)用戶和宣傳業(yè)務(wù)的效果。其優(yōu)點(diǎn)在于不需要特定的客戶端軟件，可以降低運(yùn)營成本，同時(shí)可提供Portal等增值業(yè)務(wù)。缺點(diǎn)是Web/Portal承載于7層協(xié)議之上，多采用出口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，內(nèi)網(wǎng)存在的安全隱患，如BBS論壇出現(xiàn)過激言論或某IP 攻擊服務(wù)器等行為都無法追蹤。

3.802.1X認(rèn)證方式：802.1X認(rèn)證，稱為基于端口的訪問控制協(xié)議認(rèn)證，它將傳統(tǒng)的出口控制遷移到入口控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)端口的用戶級(jí)的接入控制，對(duì)大規(guī)模的LAN接入和WLAN 應(yīng)用有很好的安全防護(hù)作用。其優(yōu)勢(shì)是認(rèn)證與業(yè)務(wù)分離有利于解決網(wǎng)絡(luò)瓶頸，對(duì)設(shè)備的整體性能要求不高，有效降低建網(wǎng)成本。弱點(diǎn)是需要特定的客戶端，ARP攻擊、IP偽造等安全問題仍未解決。

802.1X原理及認(rèn)證過程

802.1X是根據(jù)用戶賬號(hào)或設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)客戶端(或端口)進(jìn)行鑒權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)。此過程又叫做“端口級(jí)別的鑒權(quán)”，它只適合于此環(huán)境：接入用戶設(shè)備與接入端口間點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式。其中的端口可以是物理的端口，也可以是用戶設(shè)備的MAC 地址。由于基于物理端口的控制方式需要認(rèn)證交換機(jī)直接連接用戶來實(shí)現(xiàn)，提升了交換機(jī)成本，導(dǎo)致建網(wǎng)成本增加。在經(jīng)費(fèi)比較短缺的校園領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證目前普遍使用基于用戶設(shè)備的MAC地址控制方式。把用戶設(shè)備的MAC 地址看成端口，每個(gè)MAC地址有兩個(gè)邏輯端口：受控和不受控端口。MAC地址處于激活狀態(tài)是認(rèn)證的前提條件，否則無法進(jìn)行認(rèn)證。在802.1X協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中，必須同時(shí)具備客戶端、接入認(rèn)證交換機(jī)和認(rèn)證服務(wù)器三者，才能夠完成基于端口的訪問控制的用戶認(rèn)證和授權(quán)。認(rèn)證過程如圖1所示。

圖1

802.1X在校園網(wǎng)中存在的安全隱患

在缺乏保護(hù)的共享式網(wǎng)段中，簡(jiǎn)單地使用標(biāo)準(zhǔn)802.1X協(xié)議，容易造成如中間人攻擊、會(huì)話劫持攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、IP地址偽造、MAC 地址偽造、網(wǎng)絡(luò)接入盜用等安全隱患。用標(biāo)準(zhǔn)802.1X認(rèn)證在認(rèn)證通過后的安全性成為很大問題，而且其無法滿足網(wǎng)絡(luò)接入管理控制的需求。

因此，要使用802.1X認(rèn)證就必須對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的擴(kuò)展。在用戶認(rèn)證前，對(duì)被認(rèn)證者進(jìn)行詳細(xì)的檢查，這些檢查不僅僅包括用戶名和密碼，還可以包括用戶設(shè)備IP、用戶設(shè)備MAC、認(rèn)證交換機(jī)IP、認(rèn)證交換機(jī)端口等。

在通過認(rèn)證后，通過控制交換設(shè)備，可以進(jìn)行IP 綁定、MAC 綁定、ACL配置等工作，提高其認(rèn)證后的安全性。然而據(jù)了解，目前校園網(wǎng)中運(yùn)用廣泛的H3C認(rèn)證系統(tǒng)和銳捷認(rèn)證系統(tǒng)基本框架是用戶名與用戶設(shè)備IP、用戶設(shè)備MAC、認(rèn)證交換機(jī)IP、認(rèn)證交換機(jī)端口信息的綁定，在接入認(rèn)證交換機(jī)上僅僅綁定用戶設(shè)備MAC與端口對(duì)應(yīng)，而用戶設(shè)備IP并未真正綁定到接入認(rèn)證交換機(jī)上。所以，接入認(rèn)證交換機(jī)上的綁定其實(shí)是一種壹儆綁定，易發(fā)生安全問題。

1.中間人攻擊：它是一種“間接”的入侵攻擊，這種攻擊模式是一臺(tái)黑客主機(jī)通過各種技術(shù)手段給兩臺(tái)直接通信主機(jī)發(fā)送偽造ARP應(yīng)答報(bào)文，使兩臺(tái)直接通信主機(jī)間接通過黑客主機(jī)通信，此過程中黑客主機(jī)可竊取和篡改傳遞信息。通常，這種“攔截?cái)?shù)據(jù)-修改數(shù)據(jù)-發(fā)送數(shù)據(jù)”的過程就被稱為“會(huì)話劫持”。

2.拒絕服務(wù)攻擊：是指攻擊者利用攻擊工具向服務(wù)器發(fā)送大量偽造不同源IP地址的連接請(qǐng)求報(bào)文，造成交換機(jī)CPU持續(xù)上升，網(wǎng)絡(luò)資源耗盡，使網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。

3.網(wǎng)絡(luò)接入盜用：是指盜用合法用戶信息(如用戶名、密碼、IP地址、MAC地址等)接入上網(wǎng)，導(dǎo)致他人I P 沖突、流量丟失或者無法上網(wǎng)等。

基于802.1X的接入認(rèn)證安全防御

用戶通過802.1X接入認(rèn)證后成為合法用戶，但成為合法用戶只是跨越網(wǎng)絡(luò)安全問題的第一道門檻。合法用戶會(huì)因?yàn)橹卸径粍?dòng)、或者好奇而主動(dòng)發(fā)送欺騙類報(bào)文到網(wǎng)絡(luò)中，從而導(dǎo)致其他用戶不能正常訪問網(wǎng)絡(luò)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理部門而言，大量的投訴與咨詢會(huì)不斷收到。交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)接入的入口設(shè)備，如果能將這類欺騙報(bào)文隔離在外，僅允許合法報(bào)文進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，則可完美解決因此而帶來的網(wǎng)絡(luò)問題。協(xié)同采用ARP入侵檢測(cè)和IP過濾安全防御機(jī)制可解決此類問題。

ARP入侵檢測(cè)防御

為了防止黑客或攻擊者通過ARP報(bào)文實(shí)施中間人攻擊或會(huì)話劫持攻擊，需要使用交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)(通過交換機(jī)傳輸)代替共享式網(wǎng)絡(luò)(通過集線器傳輸)，此外還需要使用靜態(tài)ARP、捆綁MAC地址+IP地址等ARP入侵檢測(cè)功能來限制欺騙。用戶可以通過配置信任端口，靈活控制ARP報(bào)文檢測(cè)。對(duì)于來自信任端口的所有ARP報(bào)文不進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其他端口的ARP報(bào)文檢測(cè)其源MAC地址、源IP地址等信息與DHCPSnooping表或手工配置的IP靜態(tài)綁定表項(xiàng)是否一致，一致則認(rèn)為是合法ARP報(bào)文，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；否則直接丟棄。

IP過濾防御

為了防止拒絕服務(wù)攻擊和I P 地址偽造，交換機(jī)可以通過DHCP Snooping表和IP靜態(tài)綁定表，對(duì)非法IP 報(bào)文進(jìn)行過濾。交換機(jī)對(duì)IP報(bào)文的過濾方式有兩種：根據(jù)報(bào)文中的源IP 地址進(jìn)行過濾和根據(jù)報(bào)文中的源IP 地址和源MAC地址進(jìn)行過濾。如果報(bào)文中信息與DHCP Snooping表或手工配置的IP靜態(tài)綁定表項(xiàng)一致，則認(rèn)為是合法的報(bào)文，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；否則認(rèn)為是非法報(bào)文，直接丟棄。

ARP入侵檢測(cè)+IP過濾防御

前文中提到802.1X認(rèn)證雖然可以檢測(cè)用戶名、用戶IP地址、用戶MAC地址等信息，但其實(shí)是基于用戶MAC地址+交換機(jī)端口綁定的，要想實(shí)現(xiàn)ARP入侵檢測(cè)防御和IP過濾防御，就必需在接入認(rèn)證交換機(jī)上做到“真實(shí)”的用戶IP地址+用戶MAC地址+交換機(jī)端口的綁定。這樣不但可以防止中間人攻擊和拒絕服務(wù)攻擊等，還可以避免大部分網(wǎng)絡(luò)接入盜用情況。但是仍存在一種盜用情況尚未解決：影子用戶，即與合法用戶完全相同的用戶名、密碼、IP 地址、MAC地址信息等。針對(duì)這種情況則需要更多的信息綁定來防止盜用，如VLAN或PC標(biāo)識(shí)等。

對(duì)于DHCP動(dòng)態(tài)分配IP模式，用戶通過802.1X認(rèn)證后，DHCP服務(wù)器下發(fā)IP地址，經(jīng)過接入認(rèn)證交換機(jī)時(shí)形成DHCPSnooping表綁定用戶IP地址+用戶MAC地址+交換機(jī)端口。然而動(dòng)態(tài)分配IP模式，存在著非法用戶偽造合法用戶申請(qǐng)IP地址和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，可能造成IP 地址浪費(fèi)。

對(duì)于靜態(tài)分配IP模式，用戶可以手工配置IP靜態(tài)綁定表項(xiàng)，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，手工配置工作量增加，顯然不太現(xiàn)實(shí)。由于802.1X認(rèn)證服務(wù)器存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含用戶名、用戶IP地址、用戶MAC 地址等對(duì)應(yīng)信息表項(xiàng)，故可以通過802.1X認(rèn)證服務(wù)器下發(fā)用戶IP地址、用戶MAC地址等表項(xiàng)到接入認(rèn)證交換機(jī)，這樣可避免手工配置的麻煩，降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本，從而達(dá)到用戶IP地址+用戶MAC地址+交換機(jī)設(shè)備+交換機(jī)端口的綁定關(guān)系。

在混合地址分配環(huán)境下，即IP地址的動(dòng)態(tài)分配與靜態(tài)分配結(jié)合情況，基于802.1X都可以很好地做到IP+MAC綁定關(guān)系來抵御中間人攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、IP地址偽造、MAC地址偽造、網(wǎng)絡(luò)接入盜用等安全威脅，有利于營造一個(gè)安全可靠、可運(yùn)營、可管理的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

本文探討了基于802.1X的校園網(wǎng)接入認(rèn)證安全防御，采用802.1X認(rèn)證技術(shù)，結(jié)合ARP入侵檢測(cè)防御和IP過濾防御機(jī)制，經(jīng)過在校園網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中，表明這些機(jī)制有助于校園網(wǎng)管理、維護(hù)工作，能夠很好地解決校園網(wǎng)難管理及安全問題，可減少管理和維護(hù)工作，提升校園網(wǎng)的安全性，能夠?yàn)樾@信息化建設(shè)提供重要的支撐平臺(tái)。