隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展演變，IP寬帶城域網(wǎng)已成為寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，各種信息化應(yīng)用都將基于IP技術(shù)。本文在分析目前IP寬帶城域網(wǎng)在安全應(yīng)用與管理方面存在問題的基礎(chǔ)上，首先簡單介紹了PKI/PMI，然后闡述了如何應(yīng)用基于PKI/PMI的智能化信任與授權(quán)技術(shù)來建立IP寬帶城域網(wǎng)的可信任環(huán)境，如何利用數(shù)字證書來實現(xiàn)基于證書和端口的IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用與管理模式，該模式類似于PSTN中基于號線的應(yīng)用與管理模式，從而構(gòu)建一個“可控制、可管理、可經(jīng)營”的電信級IP寬帶城域網(wǎng)，為各種信息化應(yīng)用提供一個安全可信的基礎(chǔ)電信網(wǎng)絡(luò)平臺。
1 引言
網(wǎng)絡(luò)與信息安全能力是21世紀(jì)綜合國力、經(jīng)濟(jì)競爭實力和生存力的象征，是未來國際競爭的“殺手锏”。當(dāng)前，中國正在加快國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化進(jìn)程，急需要一個安全可信的電信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺，為各種信息化應(yīng)用提供基礎(chǔ)安全保障。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和演變，IP寬帶城域網(wǎng)已成為寬帶網(wǎng)的發(fā)展方向，各種信息化應(yīng)用都將基于IP技術(shù)。但是，目前IP寬帶城域網(wǎng)在管理和安全應(yīng)用方面存在許多問題，如：不能有效識別進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)用戶的合法身份;不能對用戶的個人信息實現(xiàn)有效保護(hù);不能有效地解決抗抵賴性問題等。
這些問題的存在一方面導(dǎo)致了IP寬帶城域網(wǎng)的可控制、可管理、可經(jīng)營性較差;另一方面直接影響到國家的信息安全，關(guān)系到國家的安危。
導(dǎo)致這些問題的原因主要是由于目前IP寬帶城域網(wǎng)采用的“用戶名+密碼”的認(rèn)證方式只能實現(xiàn)初級的、簡單的管理，安全性很不夠(如易于盜用、合用);用戶名與接入線路沒有固定的對應(yīng)關(guān)系，使得用戶接入難以定位，用戶權(quán)限難以管理等。
因此，要有效解決目前IP寬帶城域網(wǎng)在管理和安全應(yīng)用方面存在的問題，首先要解決用戶身份認(rèn)證、用戶的授權(quán)管理和用戶定位等問題，建立起可信賴的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
近年來，信息安全技術(shù)受到廣泛關(guān)注，并得到了長足發(fā)展，特別是基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)和授權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施(PMI)的智能化信任與授權(quán)技術(shù)有了突破性進(jìn)展，已大規(guī)模應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)系統(tǒng)中。
因此，本文將探討如何采用基于PKI/PMI的智能化信任與授權(quán)技術(shù)來建立IP寬帶城域網(wǎng)的可信任環(huán)境，如何將數(shù)字證書的認(rèn)證、管理等信息安全技術(shù)應(yīng)用于IP寬帶城域網(wǎng)的運營管理中，從而構(gòu)建一個“可控制、可管理、可經(jīng)營”的電信級IP寬帶城域網(wǎng)，為各種信息化應(yīng)用提供一個安全可信的基礎(chǔ)電信網(wǎng)絡(luò)平臺。
這是一個全新的思路、全新的嘗試，具有比其他IP城域網(wǎng)的管理方法更高的安全性和靈活性。
2 PKI/PMI概述
2.1 PKI
PKI是國家信息安全基礎(chǔ)設(shè)施(NISI)的重要組成部分，它以公開密鑰技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)機密性、完整性、網(wǎng)上身份認(rèn)證和行為的不可抵賴為安全目的，為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(如瀏覽器、電子郵件)提供可靠的安全服務(wù)。在國家信息安全基礎(chǔ)設(shè)施中，PKI采用雙密鑰證書體系，其中非對稱算法支持RSA和橢圓曲線公開密鑰(ECC)兩種算法，對稱密碼算法支持國家密碼管理委員會辦公室指定的密碼算法。公鑰基礎(chǔ)設(shè)施包含信任服務(wù)體系和密鑰管理體系。
信任服務(wù)體系的主要職責(zé)是為整個系統(tǒng)提供基于PKI的公鑰數(shù)字證書(PKC)認(rèn)證機制的實體身份鑒別服務(wù)，以便能在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)唯一地確定實體的真實身份，從而建立起全系統(tǒng)范圍內(nèi)一致的信任基準(zhǔn)。
密鑰管理體系主要負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供密鑰對的管理服務(wù)，同時向授權(quán)管理部門提供應(yīng)急情況下的特殊密鑰恢復(fù)功能。
2.2 PMI
PMI也是NISI的一個重要組成部分，目標(biāo)是向用戶和應(yīng)用程序提供授權(quán)服務(wù)管理，主要負(fù)責(zé)向應(yīng)用系統(tǒng)提供與應(yīng)用相關(guān)的授權(quán)服務(wù)管理，提供用戶身份到應(yīng)用授權(quán)的映射功能。
PMI以資源管理為核心，提供基于屬性證書(AC)的授權(quán)和訪問控制機制，將對資源的訪問控制權(quán)統(tǒng)一交由授權(quán)機構(gòu)進(jìn)行管理，即由資源的所有者來進(jìn)行訪問控制。同PKI相比，兩者的區(qū)別主要在于：PKI證明用戶是誰，而PMI證明這個用戶有什么權(quán)限，能干什么，而且PMI需要PKI為其提供身份認(rèn)證服務(wù)。
3 IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用解決方案
3.1 IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用平臺體系架構(gòu)
IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用平臺是在傳統(tǒng)IP寬帶城域網(wǎng)框架之上，以基于PKI/PMI的網(wǎng)絡(luò)和信息安全技術(shù)為基礎(chǔ)，以綜合業(yè)務(wù)管理為核心，構(gòu)建的一個完整統(tǒng)一的可控制、可管理、可經(jīng)營的IP寬帶城域網(wǎng)。
在邏輯上把整個IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用平臺由外到里分為三層，分別為接入認(rèn)證層、匯接層和核心層，如圖1所示。
·接入認(rèn)證層：完成對IP寬帶用戶及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入認(rèn)證，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)信任域(由通過認(rèn)證的用戶和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成的一個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域)。對非法的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和IP寬帶用戶自動進(jìn)行阻斷和限制，防止對系統(tǒng)的非法接入，保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全可信，是實現(xiàn)IP寬帶城域網(wǎng)可控制、可管理、可經(jīng)營的基礎(chǔ)。
·匯接層：一方面完成匯接各類業(yè)務(wù)流的功能;另一方面，通過部署PKI、PMI體系，實現(xiàn)對用戶身份的認(rèn)證、信任授權(quán)和域內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)元素的認(rèn)證與管理，實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)管理。是實現(xiàn)IP寬帶城域網(wǎng)可控制、可管理、可經(jīng)營的關(guān)鍵。
·核心層：完成信息的高速傳送與交換，實現(xiàn)與其它網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。
另外，在邏輯上又把IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用平臺體系架構(gòu)分為兩個平面，即IP寬帶城域網(wǎng)平面和智能化安全應(yīng)用管理平面，如圖2所示。
兩平面不是簡單的疊加，而是相輔相成，協(xié)調(diào)工作，有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個完整統(tǒng)一的可控制、可管理、可經(jīng)營的IP寬帶城域網(wǎng)。
圖1 三層體系架構(gòu)
圖2 兩個平面
·IP寬帶城域網(wǎng)平面：主要由傳統(tǒng)IP寬帶城域網(wǎng)構(gòu)成，提供IP寬帶城域網(wǎng)用戶的接入、信息承載與交換服務(wù)功能，并完成與其他專網(wǎng)和Internet的互聯(lián)，是IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用平臺的基石。
·智能化安全應(yīng)用管理平面：采用基于PKI和PMI的智能化信任與授權(quán)技術(shù)，構(gòu)建一個可信任的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與用戶安全可靠的接入、信息傳輸與交換、業(yè)務(wù)管理服務(wù)功能，是IP寬帶城域網(wǎng)安全應(yīng)用平臺的核心。
3.2 安全應(yīng)用及管理解決方案
通過應(yīng)用基于國家信息安全基礎(chǔ)設(shè)施研究中心具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PKI/PMI平臺的智能化信任與授權(quán)技術(shù)，來構(gòu)建IP寬帶城域網(wǎng)的可信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，采用數(shù)字證書的方式來實現(xiàn)IP寬帶城域網(wǎng)用戶的認(rèn)證與授權(quán)。
主要思想是給用戶頒發(fā)PKC(包括用戶個人信息，如序列號、IP地址、MAC地址等信息)和AC(包括用戶的屬性信息，如角色、訪問控制權(quán)限等)。在“一實體一證”的基礎(chǔ)上，由PKC的唯一性，準(zhǔn)確地標(biāo)識用戶身份。由接入認(rèn)證交換機端口的可控性和后臺的認(rèn)證管理功能，可將證書與端口(也可以包括IP地址)建立靈活的對應(yīng)關(guān)系，并由此決定用戶是否可以接入IP寬帶城域網(wǎng)，同時對接入用戶提供流量、時長、時段等的統(tǒng)計，并根據(jù)AC對用戶進(jìn)行權(quán)限、時長、計費方式等屬性管理。這樣通過證書和端口的靈活綁定，構(gòu)建一個基于證書和端口的IP寬帶城域網(wǎng)安全管理模式，類似于PSTN基于號線的管理模式。
另外，將公鑰數(shù)字證書內(nèi)嵌在一個實體鑒別密碼器(數(shù)字證書的物質(zhì)載體)中，采用USB接口。每個實體鑒別密碼器還有一個PIN碼保護(hù)，連續(xù)發(fā)生幾次不成功的PIN輸入后，實體鑒別密碼器會被自動鎖定，使得對實體鑒別密碼器進(jìn)行詞典攻擊非常困難，這樣只有同時得到實體鑒別密碼器和相應(yīng)PIN碼才能假扮合法用戶，這種認(rèn)證方式比目前單純的用戶名加PIN碼的方式具有更高的安全性，更能有效識別進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)用戶的合法身份，防止假冒。
在具體實現(xiàn)中，通過智能化安全應(yīng)用管理平面來實施IP寬帶城域網(wǎng)的安全應(yīng)用及管理，整個平面包括智能化信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺、網(wǎng)絡(luò)信任域及管理平臺和綜合業(yè)務(wù)管理平臺三部分。
其中信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺處于核心地位，該平臺通過對實體的PKC、AC的認(rèn)證、授權(quán)、管理來建立一個統(tǒng)一的IP寬帶城域網(wǎng)智能化信任與授權(quán)基礎(chǔ)環(huán)境，為網(wǎng)絡(luò)信任域管理平臺和綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用管理平臺提供可信的、安全的服務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)信任域及管理平臺對網(wǎng)絡(luò)中的實體進(jìn)行管理，確保只有可信的實體，即頒發(fā)了有效數(shù)字證書的實體才能接入網(wǎng)絡(luò)。
綜合業(yè)務(wù)管理直接面對用戶，在智能化信任與授權(quán)服務(wù)平臺提供的IP寬帶用戶證書、設(shè)備證書及用戶屬性證書的基礎(chǔ)上，對用戶進(jìn)行計費、業(yè)務(wù)管理。
3.2.1 智能化信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺
采用PKI/PMI體系構(gòu)建信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺，為IP寬帶城域網(wǎng)提供信任服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。平臺通過對實體的PKC、AC的認(rèn)證、授權(quán)、管理來建立一個統(tǒng)一的智能化信任與授權(quán)基礎(chǔ)環(huán)境，確立了“一實體一證、統(tǒng)一發(fā)證、分布式逐級管理”的IP寬帶城域網(wǎng)運營管理模式。
所謂“統(tǒng)一發(fā)證”是指：由第三方證書認(rèn)證中心(CA)認(rèn)證機構(gòu)負(fù)責(zé)統(tǒng)一簽發(fā)IP寬帶城域網(wǎng)的用戶、設(shè)備的PKC;由信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺提供AC的統(tǒng)一簽發(fā)并實現(xiàn)證書的統(tǒng)一管理，保證網(wǎng)絡(luò)信任域管理服務(wù)。而“分布式逐級管理”是指：網(wǎng)絡(luò)信任域按實際的責(zé)任和管理范圍來劃分，每個城市或地區(qū)的IP寬帶城域網(wǎng)系統(tǒng)也可以根據(jù)用戶類型劃分基本信任域(如可區(qū)別普通家庭用戶、大客戶等)，每個基本信任域都有自己的管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)本信任域的管理，網(wǎng)絡(luò)信任域管理系統(tǒng)通過信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺提供信任與授權(quán)服務(wù)的支持。以此模式構(gòu)筑了一個責(zé)任明確、管理方便、覆蓋全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信任域及管理體系。
(1)證書業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)
證書業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)在密鑰管理(KM)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過CA、證書審核注冊中心(RA)等提供數(shù)字證書的申請、審核服務(wù)。
(2)證書查詢驗證服務(wù)系統(tǒng)
證書查詢驗證服務(wù)系統(tǒng)為業(yè)務(wù)應(yīng)用管理平臺提供證書認(rèn)證服務(wù)，包括目錄查詢服務(wù)和證書在線狀態(tài)查詢服務(wù)。證書查詢驗證服務(wù)系統(tǒng)主要包括輕目錄訪問協(xié)議(LDAP)服務(wù)器和在線證書狀態(tài)協(xié)議(OCSP)服務(wù)器，提供包括各類證書發(fā)布、證書撤消列表(CRL)發(fā)布和證書狀態(tài)在線查詢服務(wù)。
(3)授權(quán)服務(wù)系統(tǒng)
PMI在證書業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為用戶和應(yīng)用程序提供授權(quán)管理和資源管理服務(wù)，主要負(fù)責(zé)向應(yīng)用系統(tǒng)提供與應(yīng)用相關(guān)的授權(quán)服務(wù)管理，提供用戶身份到應(yīng)用授權(quán)的映射功能。
(4)可信時間戳服務(wù)系統(tǒng)
可信時間戳服務(wù)系統(tǒng)基于國家權(quán)威時間源和公鑰技術(shù)，為安全業(yè)務(wù)應(yīng)用管理系統(tǒng)提供精確可信的時間戳，保證處理數(shù)據(jù)在某一時間的存在性及相關(guān)操作的相對時間順序，為業(yè)務(wù)處理的不可抵賴性和可審計性提供有效支持。可信時間戳服務(wù)系統(tǒng)從國家權(quán)威的時間源獲得全系統(tǒng)統(tǒng)一的時間，即從國家授時中心獲取權(quán)威的時間。
(5)基本安全防護(hù)系統(tǒng)
基本安全防護(hù)系統(tǒng)由防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、漏洞掃描系統(tǒng)、安全審計系統(tǒng)、病毒防治系統(tǒng)、Web信息防篡改系統(tǒng)等組成，形成全方位、多角度的基本安全屏障。
(6)故障恢復(fù)及容災(zāi)備份系統(tǒng)
故障恢復(fù)和容災(zāi)備份系統(tǒng)主要包括：本地系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的雙機熱備份和重要數(shù)據(jù)的冷備份、異地建設(shè)容災(zāi)備份中心。
3.2.2 網(wǎng)絡(luò)信任域及管理平臺
對關(guān)鍵設(shè)備、重要終端及用戶采用 “一實體一證書”的方式來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信任域，包括可信網(wǎng)絡(luò)接入、安全網(wǎng)絡(luò)通信及可信管理等服務(wù)。
可信網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證技術(shù)的實現(xiàn)以以太網(wǎng)接入方式為基礎(chǔ)，采用PKI數(shù)字證書技術(shù)，基于IEEE802.1x標(biāo)準(zhǔn)，支持X.509證書，通過對接入者的證書進(jìn)行身份認(rèn)證，實現(xiàn)基于端口的訪問控制。
網(wǎng)絡(luò)安全通信基于IP加密網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)，它基于IPSec協(xié)議，利用PKI技術(shù)，為網(wǎng)絡(luò)信任域之間的信息交換提供安全可信通道。
網(wǎng)絡(luò)信任域管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)信任域內(nèi)的用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)管理，實現(xiàn)地圖式用戶端設(shè)備的位置管理、狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程參數(shù)配置管理，同時采集各類用戶端接入認(rèn)證交換機上收集的IP業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)，包括用戶端口信息、IP業(yè)務(wù)使用的數(shù)據(jù)流量及使用時間信息等。
3.2.3 綜合業(yè)務(wù)管理平臺
綜合業(yè)務(wù)管理平臺直接面對用戶，包括業(yè)務(wù)管理、客戶管理、計費管理、網(wǎng)絡(luò)資源管理、系統(tǒng)安全管理、系統(tǒng)維護(hù)管理、新業(yè)務(wù)開發(fā)管理、知識管理等部分。綜合業(yè)務(wù)管理平臺可抽象歸納為三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)處理層、應(yīng)用層。
數(shù)據(jù)層主要存放整個系統(tǒng)的對象數(shù)據(jù)，包括證書數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)三大類核心數(shù)據(jù)。
業(yè)務(wù)處理層完成業(yè)務(wù)邏輯處理，其處理過程被封裝在相互獨立的系統(tǒng)功能模塊中，并由調(diào)度功能模塊統(tǒng)一進(jìn)行各業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能模塊間的相互調(diào)用。
應(yīng)用層是面向客戶的窗口，為多種多樣的IP寬帶應(yīng)用增值業(yè)務(wù)提供與用戶的接口，并在業(yè)務(wù)處理層最終實現(xiàn)對各類業(yè)務(wù)的處理，而后臺數(shù)據(jù)層為業(yè)務(wù)處理層提供相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)。
3.3 用戶上下線流程
在該方案中，一個用戶在享受寬帶服務(wù)前，必須憑有效證件到運營商業(yè)務(wù)受理處申請辦理數(shù)字證書，數(shù)字證書申請成功后，由營業(yè)員派發(fā)用戶一個實體密碼鑒別器及一個IP地址，同時得到一個密碼信封，內(nèi)含實體密碼鑒別器的序列號和密碼，這樣用戶業(yè)務(wù)申請成功。然后，用戶在需上網(wǎng)的PC上安裝登錄程序，并配置分配的IP地址，這樣就做好了上網(wǎng)的準(zhǔn)備工作。需要上網(wǎng)時，用戶插上實體密碼鑒別器，啟動登錄程序，輸入實體密碼鑒別器的序列號和密碼，然后由接入認(rèn)證交換機和信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺對用戶進(jìn)行基于數(shù)字證書的認(rèn)證，認(rèn)證通過后用戶就可以享受寬帶服務(wù);未通過，則禁止用戶接入。用戶正常上網(wǎng)期間，由接入認(rèn)證交換機定期向?qū)嶓w密碼鑒別器發(fā)送證書請求，并對實體密碼鑒別器上傳的證書做驗證，確保用戶上網(wǎng)的合法性。
當(dāng)用戶正常下線時，首先由登錄程序向接入認(rèn)證交換機發(fā)送下線請求，接入認(rèn)證交換機收到下線請求之后，向用戶發(fā)送響應(yīng)結(jié)果，并且向信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺發(fā)送下線包和封閉端口。當(dāng)用戶非正常下線時(如用戶直接拔掉實體密碼鑒別器、關(guān)機或者拔掉網(wǎng)線等)，接入認(rèn)證交換機會主動探測到該事件(由于接入認(rèn)證交換機會定期向?qū)嶓w密碼鑒別器發(fā)送證書請求)，然后向信任與授權(quán)服務(wù)支撐平臺發(fā)送下線包和封閉端口，但是不向用戶發(fā)送響應(yīng)結(jié)果。
4 結(jié)束語
該項目以深圳電信IP城域網(wǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了一定規(guī)模的試驗，并于2003年3月20日通過國家科技部組織的專家組驗收。
值得指出的是，采用本項目中的身份證書和屬性證書，可以方便地對用戶身份進(jìn)行安全認(rèn)證，將用戶使用增值業(yè)務(wù)的情況記錄在屬性證書上，從而解決信息化應(yīng)用的安全、計費等問題，如身份鑒別，預(yù)付費等，為增值服務(wù)的開展創(chuàng)造良好的條件。
