專利名稱：基于密碼學(xué)生成地址的源地址驗證裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般地涉及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及源地址驗證技術(shù)。
背景技術(shù)：
互聯(lián)網(wǎng)上的采用偽造IP (Internet Protocol,互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)源地址的攻 擊相當(dāng)泛濫，據(jù)互聯(lián)網(wǎng)觀測組織的統(tǒng)計，每周至少有4000起采用偽造源地 址的拒絕服務(wù)攻擊。這類攻擊具有容易發(fā)起但是難以追溯的的特點，這是 造成偽造源地址攻擊泛濫的原因。
目前已經(jīng)有很多技術(shù)被提出來希望能控制這類攻擊。它們可以分為以 下三類
路徑過濾類(FUtering,過濾)，這一類技術(shù)主要是使用路由信息來過濾 4卓一部分偽造源地址的凈艮文。典型的例子如入口過濾(Ingress filtering),就 是通過檢查網(wǎng)關(guān)上接收到的報文其源地址是否在接入子網(wǎng)的地址空間范圍 內(nèi)，從而判斷報文是否合法；
端到端i/^L類(End-to-End Approach,端到端方法)，這一類4支術(shù)在源端 給報文加入標(biāo)記，這一標(biāo)記在報文的目的端被檢查用來判斷報文中所含源 地址的真實性；
回溯類(Traceback,回溯)，回溯類纟支術(shù)是一種^皮動的4支術(shù)。它希望獲 取報文在互聯(lián)網(wǎng)上所經(jīng)過的路徑，在攻擊發(fā)生時，通過分析報文路徑來獲 取攻擊源的；也址。
IPv6 (Internet Protocol version 6,因特網(wǎng)協(xié)議版本6 )的部署越來越廣 泛，保護(hù)IPv6源地址不被偽造也成了新的需求。但是，目前還沒有針對IPv6 源地址的細(xì)粒度^^徑過濾方案。由于IPv6源地址^:量更多，前綴級別的過 濾方案無法有效遏制偽造源地址攻擊，因此，需要一種主機粒度的IPv6源 地址l企證方案。盡管對交換機的修改可以達(dá)到主機粒度的IPv6源地址-驗證，但是這一類方案需要升級大量的二層設(shè)備，并且對網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建有很多限制。 因此，目前需要一種不依賴于底層接入設(shè)備的源地址驗證方案。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題之一，本發(fā)明提出了一種源地址驗證裝置，包括主 機模塊和網(wǎng)關(guān)模塊。其中，所述主機模塊部署于主機上，用于生成公私鑰
對，生成CGA ( Cryptographically Generated Address，密碼學(xué)產(chǎn)生地址)地
址，控制獲取其他源地址，以及控制數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；所述網(wǎng)關(guān)模塊部署 在驗證網(wǎng)關(guān)上，用于完成授權(quán)地址使用，分配密鑰種子，以及驗證報文中 的簽名。
本發(fā)明所提出的源地址驗證裝置可以不依賴于底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有主 機級別粒度，并且支持所有源地址分配方式。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描 述中將變得明顯和容易理解，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的源地址驗證裝置的示意圖；以及 圖2為根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的源地址驗證裝置操作的流程圖。
具體實施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下 面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解 釋為對本發(fā)明的限制。
如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的源地址驗證裝置的示意圖。 作為本發(fā)明的一個實施例，該源地址驗證裝置包括主機模塊和網(wǎng)關(guān)模塊， 其中主機模塊部署于主機上，用于生成公私鑰對，生成CGA (Cryptographically Generated Address, 密碼學(xué)產(chǎn)生地址)地址，控制獲取 其他源地址，以及控制數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；網(wǎng)關(guān)模塊部署在驗證網(wǎng)關(guān)上，用 于完成授權(quán)地址使用，分配密鑰種子，以及驗證報文中的簽名。作為本發(fā)明的 一 個實施例，所述驗證網(wǎng)關(guān)包括部署在本地流量往外的 出口處的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和/或部署在靠近主機的路由器上的路由器模塊。
在圖l所示的實施例中，網(wǎng)關(guān)模塊被配置在接近主機的第一跳路由器
上。主機和路由器首先分別產(chǎn)生自己的公私鑰對和CGA地址，其后主機向 路由器申請地址An的使用權(quán)。路由器發(fā)現(xiàn)該地址沒有被使用，向主機發(fā)送 一個簽名種子SeedAn。此后主機和路由器分別根據(jù)簽名種子產(chǎn)生第一個簽 名SigAn。在主機向外發(fā)送報文時，里面會附加上簽名SigAn，路由器經(jīng)過 查表發(fā)現(xiàn)An和SigAn已經(jīng)被記錄，則轉(zhuǎn)發(fā)報文。對于攻擊者發(fā)送的源地 址An的報文，由于其中沒有簽名，路由器認(rèn)為是攻擊報文，丟棄報文。
作為本發(fā)明的一個實施例，所述主機模塊包括密鑰生成模塊、CGA地 址生成模塊、地址分配模塊、地址注冊模塊和報文發(fā)送模塊。其中
密鑰生成模塊用于生成公私鑰對，并采用 一個單向的哈希函數(shù)在公鑰 上進(jìn)行計算，獲得公鑰比特串；
CGA地址生成模塊用于從路由器公告中獲取一個地址前綴，或者使用 鏈路本地地址的地址前綴，以這個前綴結(jié)合所述公鑰比特串生成CGA地
址；
地址分配模塊用于使用所述CGA地址作為源地址，進(jìn)行地址分配，獲 耳又普通i也址；
地址注冊模塊用于向所述網(wǎng)關(guān)模塊注冊所述普通地址，并交換密鑰種
子；
報文發(fā)送模塊用于根據(jù)所述簽名種子產(chǎn)生簽名，在所需要發(fā)送的數(shù)據(jù) 才良文中添加此簽名，并發(fā)送該報文。
作為本發(fā)明的一個實施例，地址分配模塊包括無狀態(tài)地址分配模塊、
DHCPv6 ( Dynamic Host Configuration Protocol version 6， 動'態(tài)主才幾酉己置十辦 議版本6)地址分配模塊、CGA地址分配模塊和靜態(tài)地址分配模塊，其中， 無狀態(tài)地址分配模塊用于在處于無狀態(tài)的地址分配方式時，使用所述 CGA地址作為源地址，希望使用的地址作為目標(biāo)地址，發(fā)送Neighbor Solicitation (鄰居懇求)報文，所述鄰居懇求報文附加CGA選項頭，其中 包含產(chǎn)生所述CGA地址的公鑰以及RSA ( Ron Rivest, Adi Shamir,and Leonard Adleman,里韋斯特-沙米爾-阿德爾曼公鑰加密算法)選項頭， 其中包含所述密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；如果在一 定時間內(nèi)，該模塊沒有收到針對所述鄰居懇求的鄰居宣告報文，則將希望 使用的地址配置到本地接口；如果收到相應(yīng)的鄰居宣告報文，則重新生成 一個地址，再次發(fā)送所述鄰居懇求報文；
DHCPv6地址分配模塊用于使用所述CGA地址作為源地址發(fā)送 DHCPv6請求/確認(rèn)報文，所述DHCPv6請求/確認(rèn)(DHCPv6 R叫uest/Confirm )報文附加CGA選項頭，其中包含產(chǎn)生所述CGA地址的 乂〉鑰以及R S A選項頭，其中包含使用所述密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰計算 的對報文的簽名；
CGA地址分配模塊用于在主機使用CGA地址時，使用所述CGA地址 作為目標(biāo)地址發(fā)送鄰居懇求報文，報文附加CGA選項頭，其中包含產(chǎn)生所 述CGA地址的公鑰，以及RSA選項頭，其中包含使用所述密鑰生成模塊 所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；
靜態(tài)地址分配模塊用于在主機使用靜態(tài)地址時，將地址配置到本地接口 。
作為本發(fā)明的一個實施例，地址注冊才莫塊包括ICMP (Internet Control Message Protocol,互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議)報文發(fā)送模塊、ICMP報文驗證 模塊和解密模塊，其中，
ICMP報文發(fā)送模塊用于使用所述CGA地址作為源地址，所述驗證網(wǎng) 關(guān)的地址為目的地址，發(fā)送第一ICMP報文，所述第一 ICMP報文中包括 希望使用的地址、CGA選項頭(CGA Option Header ) 、 RSA選項頭(RSA Option Header )以及CGA標(biāo)識選項頭和隨才幾字段，其中所述CGA選項頭 中包含產(chǎn)生所述CGA地址的公鑰，所述RSA選項頭中包含使用所述密鑰 生成模塊所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；
ICMP凈艮文驗證模塊用于在所述地址被所述驗證網(wǎng)關(guān)認(rèn)為可以被所述 主沖幾使用時，從驗證網(wǎng)關(guān)接收針對其希望使用的地址的第二 ICMP報文， 所述第二ICMP報文的目的地址是所述主機產(chǎn)生的CGA地址，源地址是所 述驗證網(wǎng)關(guān)的CGA地址，所述第二 ICMP報文中包括說明所述ICMP報文
10針對的主機申請的地址的字段，所述第二 ICMP報文包括CGA選項頭和相 應(yīng)的RSA選項頭，以及使用所述主機的公鑰加密之后的簽名種子；在沒有 收到回復(fù)的報文時，重新發(fā)送所述第一 ICMP報文或換用其他地址重新發(fā) 送所述第一ICMP報文；
解密模塊用于使用所述密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰對所述簽名種子解 密，獲得明文的簽名種子。
作為本發(fā)明的一個實施例，CGA標(biāo)識選項頭，為CGA地址，對于靜 態(tài)地址的情況，為對用戶標(biāo)識、隨機值和公鑰的哈希值，其中所述用戶標(biāo) 識是一個任意長字段，在靜態(tài)地址被分配時由用戶和驗證網(wǎng)關(guān)雙方共同保 存，且不能泄露給其他用戶。
作為本發(fā)明的一個實施例，報文發(fā)送模塊包括簽名生成模塊和簽名更 新模塊，其中
簽名生成模塊用于使用偽隨機數(shù)生成算法，根據(jù)所述簽名種子產(chǎn)生簽 名，在報文中增加選項頭，在其中放入所述簽名并發(fā)送所述報文；
簽名更新模塊用于在一個簽名使用 一個生命周期之后，根據(jù)所述偽隨 機數(shù)生成算法生成下一個簽名，并使用所述更新的簽名發(fā)送報文。
作為本發(fā)明的一個實施例，所述網(wǎng)關(guān)模塊包括配置模塊、密鑰種子分 配模塊和驗證模塊，其中，
配置模塊用于通過監(jiān)聽地址分配或手動配置建立源地址和所述主機的 CGA標(biāo)識或用戶標(biāo)識的綁定關(guān)系；
密鑰種子分配模塊用于接收所述主機對于源地址的申請，驗證所述主 機是否可以使用申請的地址，并向所述主機分配密鑰種子；
驗證模塊用于檢查所述主機發(fā)送的報文中所包括的簽名，對所述報文 的源地址進(jìn)4于-驗證。
作為本發(fā)明的 一個實施例，所述配置模塊包括靜態(tài)方式分配模塊、 DHCPv6方式分配才莫塊以及無狀態(tài)和CGA方式分配沖莫塊，其中，
靜態(tài)方式分配模塊用于在靜態(tài)地址方式時，手動配置用戶標(biāo)識和靜態(tài) ;也址的又于應(yīng)關(guān)系；
DHCPv6方式分配模塊用于在DHCPv6地址進(jìn)行分配時，監(jiān)聽DHCPv6請求/確認(rèn)報文，記錄其中的CGA標(biāo)識，在DHCP服務(wù)器返回DHCPv6回 復(fù)之后，記錄其中的地址，并將所述地址和之前記錄的所述CGA標(biāo)識綁定；
無狀態(tài)和CGA方式分配模塊用于對于無狀態(tài)分配的地址和CGA地址 不進(jìn)行預(yù)先的綁定操作。
作為本發(fā)明的一個實施例，所述密鑰種子分配模塊包括檢查模塊和分 配模塊，其中，
檢查模塊用于接收到達(dá)本地的特定類型的ICMP報文，檢查其中的RSA 簽名的正確性以及CGA選項頭和CGA標(biāo)識對應(yīng)關(guān)系的正確性；若4全查不 通過，則丟棄該報文，若檢查通過，則檢查具有所述CGA標(biāo)識的主機是否 具有權(quán)力使用其申請的地址，若是申請的是靜態(tài)地址，使用的CGA標(biāo)識是 否是公鑰、對應(yīng)用戶標(biāo)識和隨機數(shù)的正確哈希值，若是申請的是無狀態(tài)地 址或者CGA地址，是否是所述地址的第一個申請者，若是DHCP地址，是 否是所述配置模塊所記錄的綁定關(guān)系；
分配模塊用于在判斷所述主機有使用該地址的權(quán)力時，產(chǎn)生隨機值， 作為分配給所述主機的簽名種子，并從收到的ICMP報文中獲取所述主機 的公鑰，使用所述公鑰對簽名種子進(jìn)行加密，產(chǎn)生ICMP報文，ICMP報文 的源地址是所述驗證網(wǎng)關(guān)的CGA地址，目的地址是所述主機的CGA地址， 所述ICMP報文中用來存放加密后的簽名種子的字段，以及所述驗證網(wǎng)關(guān) 的CGA選項頭和RSA簽名，將所述ICMP報文發(fā)送給所述主機；在判斷 所述主機沒有使用其申請地址的權(quán)力時，丟棄所述主機發(fā)送的ICMP報文， 不進(jìn)行進(jìn)一步處理。
作為本發(fā)明的一個實施例，驗證模塊包括簽名綁定模塊、簽名驗證模 塊和簽名更新模塊，其中，
簽名綁定模塊用于使用和所述主機相同的算法通過簽名種子產(chǎn)生簽 名，并將報文申請的源地址和所述簽名以及報文的CGA地址進(jìn)行綁定；
簽名驗證模塊用于根據(jù)所述配置模塊確定的綁定檢查數(shù)據(jù)報文中源地 址和簽名的一致性；如果數(shù)據(jù)報文中源地址和簽名不一致，或者不具有簽 名，則丟棄報文，如果數(shù)據(jù)報文中源地址和簽名一致，則從報文中去除簽 名之后轉(zhuǎn)發(fā)；簽名更新模塊用于在簽名使用 一個生命周期之后，通過簽名種子產(chǎn)生 下一個簽名，并使用新產(chǎn)生的簽名對報文源地址進(jìn)行驗證。
如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的源地址驗證裝置操作的流程
圖。如圖所示，包括以下步驟
步驟(l)，在主機部署主機模塊。所述主機模塊具有如下功能生成公 私鑰對、生成CGA地址、控制獲取其他源地址、控制數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；該 模塊按照如下步驟完成功能
步驟(l.l)，在配置所述主機模塊之后，該模塊首先生成一個隨機的公 私鑰對(Kp, Ks);所述公私鑰對不得暴露給其他主機；此后，該模塊利 用上述公鑰，采用一個單向的哈希函數(shù)hash，該函數(shù)可以任何單向hash函 數(shù)，例如對RSA摘要取前64位，在該公鑰上進(jìn)行計算，獲得一個64位的比 特串；
步驟(1.2)，該模塊從路由器公告中獲取一個地址前綴P，或者使用鏈 路本地地址的地址前綴P,以這個前綴結(jié)合步驟(1.1 )中生成的64位比特 串，生成一個CGA地址，即Ah=P+hash(Kp);
步驟(1.3)，該模塊使用該CGA地址作為源地址，進(jìn)入地址分配過程， 獲耳又一個普通地址An;各種地址分配方式下的工作流程如下
步驟(1.3.1),對于無狀態(tài)的地址分配方式，該模塊使用該CGA地址作 為源地址，希望4吏用的地址作為目標(biāo)地址，發(fā)送一個Neighbor Solicitation 報文，報文需要附加一個CGA選項頭，其中包含產(chǎn)生該CGA地址的公鑰， 同是還有一個RSA選項頭，其中包含使用步驟(1.1 )生成的私鑰計算的對 整個報文的簽名；如果在一段時間內(nèi)(例如，配置為2秒)，該模塊沒有 收到4十對該Neighbor Solicitation(鄰居懇求)的Neighbor Advertisement(鄰 居宣告)報文，將希望使用的地址配置到本地接口 ；如果收到相應(yīng)的 Neighbor Advertisement報文，重新生成一個地址，再次發(fā)送上述才各式的 Neighbor Solicitation報文；
步驟(1.3.2),對于DHCPv6方式的地址分配，該模塊使用CGA地址作 為源地址發(fā)送DHCPv6 R叫uest/Confirm報文，報文需要附加一個CGA選 項頭，其中包含產(chǎn)生該CGA地址的/>鑰，同是還有一個RSA選項頭，其
13中包含使用步驟(1.1)生成的私鑰計算的對整個報文的簽名；
步驟(1.3.3),對于主機使用CGA地址的情況，主機可以直接使用該 CGA地址作為目標(biāo)地址發(fā)送Neighbor Solicitation報文，報文需要附加一個 CGA選項頭，其中包含產(chǎn)生該CGA地址的公鑰，同是還有一個RSA選項 頭，其中包含使用步驟(1.1)生成的私鑰計算的對整個報文的簽名；
步驟(1.3.4)，對于主機使用靜態(tài)地址的情況，可以直接將地址配置到本 地接口 ；
步驟(1.4),該模塊向驗證網(wǎng)關(guān)注冊步驟(1.3)中獲取的普通地址An,并 交換一個密鑰種子SeedAn;所述驗證網(wǎng)關(guān)，是指對源地址進(jìn)行檢查的網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備，在步驟(2)中將對其進(jìn)行描述；所述密鑰種子，是一個256位的比特 串；本步驟的詳細(xì)描述如下
步驟(1.4.1)，該模塊使用步驟(1.2)中生成的CGA地址Ah作為源地 址，驗證網(wǎng)關(guān)的地址為目的地址，發(fā)送一個ICMP報文，報文中使用一個 字段包含希望使用的地址，報文需要附加一個CGA選項頭，其中包含產(chǎn)生 該CGA地址的公鑰Kp， 一個RSA選項頭，其中包含使用步驟(1.1 )生 成的私鑰Ks計算的對整個報文的簽名，另外還有一個CGA標(biāo)識選項頭和 一個字段包含一個隨機值；所述CGA標(biāo)識選項頭， 一般情況下使用的是步 驟(1.2)中CGA地址本身Ah,對于靜態(tài)地址的情況，使用的是對用戶標(biāo)識、 上述隨機值和公鑰的哈希值；所述用戶標(biāo)識是一個任意長字段，它在靜態(tài) 地址^皮分配時由用戶和驗證網(wǎng)關(guān)雙方共同保存，且不能泄露給其他用戶；
步驟(1.4.2),在發(fā)送ICMP報文之后，如果該地址被驗證網(wǎng)關(guān)"i人為可以 被該主機使用，該主機模塊將從驗證網(wǎng)關(guān)收到一個針對其希望使用的地址 的ICMP報文，才艮文的目的地址是該主機產(chǎn)生的CGA地址，源地址是驗證 網(wǎng)關(guān)的CGA地址，報文中具有一個字段說明該報文針對的是主機申請的哪 一個i也址，同時包含一個CGA Option Header和一個相應(yīng)的RSA Option Header,報文另外包含一個字段，其中是使用主機的公鑰加密之后的簽名 種子；如果沒有收到回復(fù)的報文，主機需要重發(fā)步驟(1.4.1)中的ICMP報文， 或者換用其他地址再次發(fā)送該報文；
步驟(1.4.3),主機使用步驟(l.l)中產(chǎn)生的私鑰對簽名種子解密，獲得明文的簽名種子；
步驟(1.5),主機模塊根據(jù)簽名種子產(chǎn)生簽名SigAn,在所需要發(fā)送的 數(shù)據(jù)報文中添加此簽名，并發(fā)送該報文；報文中的簽名將被驗證網(wǎng)管檢查， 判斷其源地址的真實性；具體的步驟如下
步驟(1.5.1),主機模塊使用一個偽隨機數(shù)生成算法Pseudo，該算法可 以是現(xiàn)實已經(jīng)存在的偽隨機數(shù)生成算法，例如Fortuna(福特圖納)算法，根 據(jù)簽名種子產(chǎn)生一個簽名，即SigAn-Pseudo ( SeedAn );在報文中增加一 個選項頭，在其中放入該簽名；轉(zhuǎn)發(fā)報文；
步驟(1.5.2),每當(dāng)一個簽名使用一個生命周期之后，主機模塊根據(jù)上述 偽隨機數(shù)生成算法生成下一個簽名，并開始使用這個簽名；所述生命周期 是一段固定的時間，該時間可以被配置，驗證網(wǎng)關(guān)和主機必須使用相同的 生命周期；
作為本發(fā)明的一個實施例，驗證網(wǎng)關(guān)模塊的工作方式如下 步驟(2)，在網(wǎng)絡(luò)中部署驗證網(wǎng)關(guān)模塊，該網(wǎng)關(guān)模塊可以是獨立的網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備，部署在本地流量向外的出口處，或者是一個路由器模塊，部署在靠 近主機的第一跳路由器上；該網(wǎng)關(guān)模塊完成網(wǎng)關(guān)CGA地址的產(chǎn)生，授權(quán)地 址使用，分配密鑰種子，驗證報文中簽名的功能；該網(wǎng)關(guān)模塊按照如下步 驟進(jìn)行工作
步驟(2.1)，驗證網(wǎng)關(guān)生成一個公私鑰對(p,s)，或者手動配置一個公 私鑰對；基于公鑰和預(yù)先配置的單向哈希函數(shù)hash,該函數(shù)可以任何單向 hash函數(shù)，例如對RSA摘要取前64位，產(chǎn)生一個64位的比特串；基于手 動配置或者其他協(xié)議獲取的網(wǎng)絡(luò)前綴P，結(jié)合前面產(chǎn)生的比特串，生成一 個CGA地址Ar=P+hash(p);使用這個CGA地址Ar作為源地址，向網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行RA公告，RA公告里面需要加上CGA選項頭和RSA簽名；此步驟沒有 在權(quán)利要求書和發(fā)明內(nèi)容中進(jìn)行對應(yīng)，因為這部分是基本配置，屬于已經(jīng) 廣泛存在的內(nèi)容，因此不要求進(jìn)行保護(hù)。
步驟(2.2)，驗證網(wǎng)關(guān)通過監(jiān)聽地址分配過程或者手動配置建立起源地 址和主機的CGA地址(或用戶標(biāo)識)的綁定關(guān)系；對于靜態(tài)地址，驗證網(wǎng) 關(guān)需要事先手動配置用戶標(biāo)識和靜態(tài)地址的對應(yīng)關(guān)系；對于其他類型的地址，步驟描述如下
步驟(2.2.1)，對于DHCPv6分配的地址，驗證網(wǎng)關(guān)監(jiān)聽所有的DHCPv6 R叫uest/Confirm報文，記錄其中的CGA標(biāo)識；在DHCP服務(wù)器返回DHCPv6 Reply之后，記錄其中的地址，并將這個地址和前面記錄的CGA標(biāo)識綁定 起來；
步驟(2.2.2),對于無狀態(tài)分配的地址和CGA地址，驗證網(wǎng)管不進(jìn)行預(yù) 先的綁定操作；
步驟(2.3)，驗證網(wǎng)關(guān)接收主機對于源地址的申請，-驗證主機是否可以 使用申請的地址，并向主機分配密鑰種子SeedAn;詳細(xì)的步驟描述如下 步驟(2.3.1)，驗證網(wǎng)關(guān)接收到達(dá)本地的特定類型的ICMP報文，檢查其
沖全查不通過，丟棄該才艮文，否則，4企查具有該CGA標(biāo)識的主4幾是否具有權(quán) 力使用其申請的地址，即若是申請的是靜態(tài)地址，使用的CGA標(biāo)識是否 是公鑰、對應(yīng)用戶標(biāo)識和隨機數(shù)的正確哈希值，若是申請的是無狀態(tài)地址 或者CGA地址，是否是該地址的第一個申請者，若是DHCP地址，是否是 步驟(2.1.1)中記錄的綁定關(guān)系；
步驟(2.3.2)，如果驗證網(wǎng)關(guān)經(jīng)過才企查判斷主機有使用該地址的權(quán)力，將 產(chǎn)生一個隨機值，作為分配給主機的簽名種子，并從收到的ICMP報文中 拿出主機的公鑰，使用這個公鑰對簽名種子進(jìn)行加密；然后，驗證網(wǎng)關(guān)產(chǎn) 生一個ICMP報文，其源地址是自己的CGA地址，目的地址是主機的CGA 地址，報文中包含一個字段用來存放加密后的簽名種子，另外還需要加上 驗證網(wǎng)關(guān)的CGA Option Header和RSA簽名；產(chǎn)生該ICMP報文之后，將 該報文發(fā)送給主機；如果驗證網(wǎng)管判斷主機沒有使用其申請地址的權(quán)力， 將直接丟棄主機發(fā)送的ICMP報文，不進(jìn)行進(jìn)一步處理；
步驟(2.4)，驗證網(wǎng)關(guān)檢查主機發(fā)送的數(shù)據(jù)報文中所含的有的簽名 SigAn,對報文的源地址進(jìn)行驗證；詳細(xì)的步驟描述如下
步驟(2.4.1),驗證網(wǎng)關(guān)使用和主機相同的算法通過簽名種子產(chǎn)生簽名， 并將報文申請的源地址和該簽名，以及報文的CGA地址進(jìn)行綁定；
步驟(2.4.2),驗證網(wǎng)關(guān)依賴(2.3.1)建立的綁定4企查數(shù)據(jù)報文中源地址和簽名的一致性；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)報文中存在源地址和簽名不一致的情況，或 者不具有簽名，直接丟棄報文，否則，從報文中去除簽名之后轉(zhuǎn)發(fā)；
步驟(2.4.3)，每當(dāng)一個簽名使用一個生命周期之后，通過簽名種子產(chǎn)生 下一個簽名，并使用新產(chǎn)生的簽名對報文源地址進(jìn)行驗證。
作為本發(fā)明的一個實施例，主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是驗證網(wǎng)關(guān)模塊所使用的 過濾表，驗證網(wǎng)關(guān)模塊利用該表對報文的簽名進(jìn)行檢查。該表的表項具有 如下表1的結(jié)構(gòu)
表l:驗證網(wǎng)關(guān)所使用的過濾表
授權(quán)的 源地址當(dāng)前簽 名前一個 簽名CGA地 址CGA公 鑰地址生 存期簽名種 子隨機 數(shù)
128 比 特128 比 特128 比 特128比特384比特32比特256比 特32 比 特
作為本發(fā)明的 一個實施例，過濾表以授權(quán)的源地址和CGA公鑰作為索引。
作為本發(fā)明的一個實施例，步驟(1.4.1)中，主機發(fā)送給驗證網(wǎng)關(guān)的 ICMP l艮文具有如下表2的才各式
表2:主機發(fā)送給驗證網(wǎng)關(guān)的ICMP報文格式
類型(l字節(jié))類型(l字節(jié))校驗和(2字節(jié))
申請使用的地址(16字節(jié))
隨機數(shù)(4字節(jié)) CGA選項頭(可變長)
RSA簽名(可變長)
作為本發(fā)明的一個實施例，步驟(2.3.1)中，驗證網(wǎng)關(guān)發(fā)送給主機的 ICMP報文具有如下表3所示的格式表3:-險證網(wǎng)關(guān)發(fā)送給主機的ICMP報文格式
類型(l字節(jié))類型(l字節(jié))校驗和(2字節(jié))
申請使用的地址(16字節(jié))
簽名種子(32字節(jié))
CGA選項頭(可變長)
RSA簽名(可變長)
本發(fā)明的實施例提出了一種可以不依賴于底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的、具有主機 級別粒度的、支持所有源地址分配方式的IPv6源地址驗證方案。其使用 CGA技術(shù)，在不引入PKI (Public Key Infrastructure,公鑰基礎(chǔ)設(shè)施)的基 礎(chǔ)上達(dá)到安全的密鑰使用，并使用輕量的簽名技術(shù)對報文的源地址進(jìn)行驗 證。它可以作為獨立的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)，也可以嵌入路由器作為擴展部 件。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例 進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等 同限定。
權(quán)利要求
1、一種源地址驗證裝置，其特征在于，包括主機模塊和網(wǎng)關(guān)模塊，其中，所述主機模塊部署于主機上，用于生成公私鑰對，生成密碼學(xué)產(chǎn)生地址CGA地址，控制獲取其他源地址，以及控制數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；以及所述網(wǎng)關(guān)模塊部署在驗證網(wǎng)關(guān)上，用于完成授權(quán)地址使用，分配密鑰種子，以及驗證報文中的簽名。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述驗證網(wǎng) 關(guān)包括部署在本地流量往外的出口處的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和/或部署在靠近主機的 路由器上的路由器模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述主機模 塊包括密鑰生成模塊、CGA地址生成模塊、地址分配模塊、地址注冊模塊 和報文發(fā)送模塊，其中，所述密鑰生成模塊用于生成公私鑰對，并采用一個單向的哈希函數(shù)在 公鑰上進(jìn)行計算，獲得公鑰比特串；所述CGA地址生成模塊用于從路由器公告中獲取一個地址前綴，或者 4吏用4連路本地地址的地址前綴，以這個前綴結(jié)合所述公鑰比特串生成CGA 地址；所述地址分配模塊用于使用所述CGA地址作為源地址，進(jìn)行地址分 配，獲取普通地址；所述地址注冊模塊用于向所述網(wǎng)關(guān)模塊注冊所述普通地址，并交換密 鑰種子；所述報文發(fā)送模塊用于根據(jù)所述簽名種子產(chǎn)生簽名，在所需要發(fā)送的 數(shù)據(jù)報文中添加此簽名，并發(fā)送該報文。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述地址分 配模塊包括無狀態(tài)地址分配模塊、動態(tài)主機配置協(xié)議版本6 DHCPv6地址 分配模塊、CGA地址分配模塊和靜態(tài)地址分配才莫塊，其中，所述無狀態(tài)地址分配模塊用于在處于無狀態(tài)的地址分配方式時，使用所述CGA地址作為源地址，希望使用的地址作為目標(biāo)地址，發(fā)送鄰居懇求 報文，所述鄰居懇求報文附加CGA選項頭，其中包含產(chǎn)生所述CGA地址 的公鑰以及里韋斯特-沙米爾-阿德爾曼公鑰加密算法RSA選項頭，其中包 含所述密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；如果在一定時間 內(nèi)，該模塊沒有收到針對所述鄰居懇求的鄰居宣告報文，則將希望使用的 地址配置到本地接口；如果收到相應(yīng)的鄰居宣告報文，則重新生成一個地 址，再次發(fā)送所述鄰居懇求報文；所述DHCPv6地址分配模塊用于使用所述CGA地址作為源地址發(fā)送 DHCPv6請求/確認(rèn)報文，所述DHCPv6請求/確認(rèn)報文附加CGA選項頭， 其中包含產(chǎn)生所述CGA地址的乂>鑰以及RSA選項頭，其中包含使用所述 密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；所述CGA地址分配才莫塊用于在主機使用CGA地址時，使用所述CGA 地址作為目標(biāo)地址發(fā)送鄰居懇求報文，報文附加CGA選項頭，其中包含產(chǎn) 生所述CGA地址的7>鑰，以及RSA選項頭，其中包含使用所述密鑰生成 模塊所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；所述靜態(tài)地址分配模塊用于在主機使用靜態(tài)地址時，將地址配置到本 地接口 。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述地址注 冊模塊包括互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP報文發(fā)送模塊、ICMP報文驗證模塊 和解密模塊，其中，所述ICMP報文發(fā)送模塊用于使用所述CGA地址作為源地址，所述驗 證網(wǎng)關(guān)的地址為目的地址，發(fā)送第一ICMP報文，所述第一ICMPl艮文中 包括希望使用的地址、CGA選項頭、RSA選項頭以及CGA標(biāo)識選項頭和 隨^/l字^a，其中所述CGA選項頭中包含產(chǎn)生所述CGA地址的^^鑰，所述 RSA選項頭中包含使用所述密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰計算的對報文的簽名；所述主機使用時，從驗證網(wǎng)關(guān)接收針對其希望使用的地址的第二 ICMP報 文，所述第二 ICMP報文的目的地址是所述主機產(chǎn)生的CGA地址，源地址是所述驗證網(wǎng)關(guān)的CGA地址，所述第二ICMP才艮文中包括說明所述ICMP 報文針對的主機申請的地址的字段，所述第二 ICMP報文包括CGA選項頭 和相應(yīng)的RSA選項頭，以及使用所述主機的公鑰加密之后的簽名種子；在 沒有收到回復(fù)的才艮文時，重新發(fā)送所述第一 ICMP才艮文或換用其他地址重 新發(fā)送所述第一 ICMP報文；所述解密模塊用于使用所述密鑰生成模塊所產(chǎn)生的私鑰對所述簽名種 子解密，獲得明文的簽名種子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的源地址驗證裝置，其特征在于， 所述CGA標(biāo)識選項頭，為所述CGA地址，對于靜態(tài)地址的情況，為對用戶標(biāo)識、隨機值和公鑰的哈希值，其中所述用戶標(biāo)識是一個任意長字 段，在靜態(tài)地址被分配時由用戶和驗證網(wǎng)關(guān)雙方共同保存，且不能泄露給 其他用戶。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述報文發(fā) 送模塊包括簽名生成模塊和簽名更新模塊，其中所述簽名生成模塊用于使用偽隨機數(shù)生成算法，根據(jù)所述簽名種子產(chǎn) 生簽名，在報文中增加選項頭，在其中放入所述簽名并發(fā)送所述報文；所述簽名更新模塊用于在一個簽名使用一個生命周期之后，根據(jù)所述 偽隨機數(shù)生成算法生成下一個簽名，并使用所述更新的簽名發(fā)送報文。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)模 塊包括配置模塊、密鑰種子分配模塊和驗證模塊，其中，所述配置模塊用于通過監(jiān)聽地址分配或手動配置建立源地址和所述主 機的CGA標(biāo)識或用戶標(biāo)識的綁定關(guān)系；所述密鑰種子分配模塊用于接收所述主機對于源地址的申請，驗證所 述主機是否可以使用申請的地址，并向所述主機分配密鑰種子；所述驗證模塊用于檢查所述主機發(fā)送的報文中所包括的簽名，對所述 報文的源地址進(jìn)行驗證。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述配置模 塊包括l爭態(tài)方式分配才莫塊、DHCPv6方式分配才莫塊以及無狀態(tài)和CGA方式 分配模塊，其中，所述靜態(tài)方式分配模塊用于在靜態(tài)地址方式時，手動配置用戶標(biāo)識和靜態(tài)地址的對應(yīng)關(guān)系；所述DHCPv6方式分配4莫塊用于在DHCPv6地址進(jìn)行分配時，監(jiān)聽 DHCPv6請求/確認(rèn)報文，記錄其中的CGA標(biāo)識，在DHCP服務(wù)器返回 DHCPv6回復(fù)之后，記錄其中的地址，并將所述地址和之前記錄的所述CGA 標(biāo)識綁定；所述無狀態(tài)和CGA方式分配模塊用于對于無狀態(tài)分配的地址和CGA 地址不進(jìn)行預(yù)先的綁定操作。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述密鑰 種子分配模塊包括檢查模塊和分配模塊，其中，所述檢查模塊用于接收到達(dá)本地的特定類型的ICMP報文，檢查其中 的RSA簽名的正確性以及CGA選項頭和CGA標(biāo)識對應(yīng)關(guān)系的正確性；若 斗企查不通過，則丟棄該才艮文，若4企查通過，則纟企查具有所述CGA標(biāo)識的主 機是否具有權(quán)力使用其申請的地址，若是申請的是靜態(tài)地址，使用的CGA 標(biāo)識是否是公鑰、對應(yīng)用戶標(biāo)識和隨機數(shù)的正確哈希值，若是申請的是無 狀態(tài)地址或者CGA地址，是否是所述地址的第一個申請者，若是DHCP 地址，是否是所述配置模塊所記錄的綁定關(guān)系；所述分配模塊用于在判斷所述主機有使用該地址的權(quán)力時，產(chǎn)生隨機 值，作為分配給所述主機的簽名種子，并從收到的ICMP報文中獲取所述 主機的公鑰，使用所述公鑰對簽名種子進(jìn)行加密，產(chǎn)生ICMP報文，ICMP 報文的源地址是所述驗證網(wǎng)關(guān)的CGA地址，目的地址是所述主機的CGA 地址，所述ICMP報文中用來存放加密后的簽名種子的字段，以及所述驗 證網(wǎng)關(guān)的CGA選項頭和RSA簽名，將所述ICMP報文發(fā)送給所述主機； 在判斷所述主機沒有使用其申請地址的權(quán)力時，丟棄所述主機發(fā)送的ICMP 報文。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的源地址驗證裝置，其特征在于，所述驗證 模塊包括簽名綁定模塊、簽名驗證模塊和簽名更新模塊，其中，所述簽名綁定模塊用于使用和所述主機相同的算法通過簽名種子產(chǎn)生 簽名，并將報文申請的源地址和所述簽名以及才艮文的CGA地址進(jìn)行綁定；所述簽名驗證模塊用于根據(jù)所述配置模塊確定的綁定檢查數(shù)據(jù)報文中源地址和簽名的一致性；如果數(shù)據(jù)報文中源地址和簽名不一致，或者不具 有簽名，則丟棄報文，如果數(shù)據(jù)報文中源地址和簽名一致，則從報文中去 除簽名之后轉(zhuǎn)發(fā)；所述簽名更新模塊用于在簽名使用 一個生命周期之后，通過簽名種子 產(chǎn)生下一個簽名，并使用新產(chǎn)生的簽名對報文源地址進(jìn)行驗證。
12、根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的源地址驗證裝置，其特征在于， 所述源地址包括IPv6源地址。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種源地址驗證裝置，包括主機模塊和網(wǎng)關(guān)模塊。其中，所述主機模塊部署于主機上，用于生成公私鑰對，生成密碼學(xué)產(chǎn)生地址CGA地址，控制獲取其他源地址，以及控制數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；所述網(wǎng)關(guān)模塊部署在驗證網(wǎng)關(guān)上，用于完成授權(quán)地址使用，分配密鑰種子，以及驗證報文中的簽名。本發(fā)明所提出的源地址驗證裝置可以不依賴于底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有主機級別粒度，并且支持所有源地址分配方式。
文檔編號H04L29/06GK101610255SQ200910088189
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者吳建平, 廣 姚, 軍 畢 申請人:清華大學(xué)