主機(jī)標(biāo)識協(xié)議(HIP)綜述

1、主機(jī)標(biāo)識協(xié)議主機(jī)標(biāo)識協(xié)議 (HIP)綜述綜述HIP研究背景研究背景 移動網(wǎng)絡(luò)中的安全問題之所以一直都沒有得到很好的解決，其根源在于IP地址自身的缺陷：在IP網(wǎng)絡(luò)中IP地址即代表主機(jī)的身份，又代表主機(jī)的地址?，F(xiàn)階段IP地址描述了一臺主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置，這個地址信息用于從源端到目的端的路由，但同時IP地址又是網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的標(biāo)識。所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)發(fā)生移動時由于主機(jī)的物理位置發(fā)生了變化，網(wǎng)關(guān)必須給主機(jī)分配新的Ip地址；但是同時如果主機(jī)使用新的lP地址，則主機(jī)的標(biāo)識也發(fā)生了變化。正是這樣一個沖突使得移動網(wǎng)絡(luò)中的安全問題一直沒有得到徹底解決。 IPV6協(xié)議中規(guī)定的主機(jī)在發(fā)生移動后的綁定機(jī)制很復(fù)雜，這主

2、要是由于主機(jī)在發(fā)生移動后，身份隨著IP地址的變化而變化，這樣就存在安全隱患，家鄉(xiāng)代理和通信對端收到的綁定更新可能是其它主機(jī)偽造的。這種隱患的根源在于IP協(xié)議中的IP地址既標(biāo)志著主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的位置同時又標(biāo)識著主機(jī)的身份。主機(jī)主機(jī)標(biāo)識協(xié)議標(biāo)識協(xié)議( HIP )概述概述 主機(jī)標(biāo)識協(xié)議引進(jìn)一個新的加密的命名空間一主機(jī)標(biāo)識符( Host Identifier，HI )，主機(jī)標(biāo)識符全球惟一地標(biāo)識每臺連接到Internet的主機(jī)，其目的是將傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層分開，提供一個加密的主機(jī)標(biāo)識命名空間，更容易對通信雙方進(jìn)行認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)安全的、可信任的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主機(jī)標(biāo)識協(xié)議中引進(jìn)了主機(jī)標(biāo)識符主機(jī)標(biāo)識符(HI)、主機(jī)標(biāo)識

3、標(biāo)簽、主機(jī)標(biāo)識標(biāo)簽(HIT) 和局部標(biāo)識符和局部標(biāo)識符(LSI)三個新的標(biāo)識符。 HI是主機(jī)地址主機(jī)地址Host ID的一般表示方式。HI實(shí)質(zhì)上是一對公私鑰對中的公鑰HI有兩種不同有兩種不同的表示方式可供選擇：Host Identity Tag(HIT，主機(jī)身份標(biāo)簽，主機(jī)身份標(biāo)簽)是HI的128位位表示法，它由HI經(jīng)hash變換變換而來。HIT因?yàn)殚L度伺定，能在協(xié)議中廣泛使用。每個HIT都應(yīng)保證是唯一的。由于HIT是128位的，在數(shù)量很大時沖突的可能性相對較低。LocalScope Identity(LSI，本地域標(biāo)識符，本地域標(biāo)識符)是HI的32位位表示法。LSI使得HIP可以在現(xiàn)有的協(xié)議譬

4、如IPv4中使用。由于LSl只有32位，它有相對較高的沖突風(fēng)險(xiǎn)。因而，LSI必須被隨機(jī)地選擇并只在本地本地上下文中使用。HIT的計(jì)算方法的計(jì)算方法 現(xiàn)在定義了兩種HIT 類型l是利用HI進(jìn)行SHA-1 Hash運(yùn)算運(yùn)算（見信息安全P117）的結(jié)果生成128位作為HIT。 類型2是把HIT把HIT的前前64位用于域名解析，后位用于域名解析，后64位從位從HI進(jìn)行進(jìn)行SHA-1 Hash運(yùn)算的結(jié)果中獲得。 現(xiàn)在產(chǎn)生HIT的非對稱密碼算法有DSA和RSA。產(chǎn)生HIT的步驟為： 對公鑰進(jìn)行編碼。 把編碼的結(jié)果進(jìn)行SHA1 Hash運(yùn)算。 對于類型對于類型l，把HIT的最高兩位置置01，然后把HI進(jìn)行S

5、HA-1 Hash運(yùn)算的結(jié)果的后126位作為HIT的后126位；對于類型對于類型2，把HIT的最高兩位置置10，然后把HI進(jìn)行SHA-l Hash運(yùn)算的結(jié)果的后64位作為HIT的后64位，最后中間的最后中間的62位填入域名位填入域名信息信息。協(xié)議協(xié)議體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 主機(jī)標(biāo)識協(xié)議在傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間插入一個獨(dú)立的新的協(xié)議層一主機(jī)標(biāo)識層主機(jī)標(biāo)識層( Host Identity Layer， HIL ) ，主機(jī)標(biāo)識層將原來緊密耦合的傳輸層傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層分開 ，I P地址不再扮演主機(jī)名稱的角色 ，它只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)，即僅用作定位符定位符，主機(jī)名稱由主機(jī)標(biāo)識符來表示主機(jī)名稱由主機(jī)標(biāo)識符來表

6、示。 傳輸傳輸層層不再與網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層耦合，主機(jī)標(biāo)識層在邏輯上位于網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層之間，傳輸層使用作為傳輸層標(biāo)識符而不是用，由主機(jī)標(biāo)識層完成數(shù)據(jù)包中的主機(jī)標(biāo)識符和IP地址轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)層對于傳輸層是屏蔽的，網(wǎng)絡(luò)層的任何變化不會影響傳輸層鏈路。在目前的Internet體系結(jié)構(gòu)中，端點(diǎn)和用于路由的位置都綁定到IP地址，而在新的體系結(jié)構(gòu)中，端點(diǎn)綁定到主機(jī)標(biāo)識符上，位置綁定到IP地址上，這樣，IP地址只用于路徑選則 主機(jī)標(biāo)識符和 I P地址之間動態(tài)綁定，動態(tài)綁定的結(jié)構(gòu)使主機(jī)能夠動態(tài)地改變它的I P地址而不至于導(dǎo)致正在進(jìn)行的通信中斷，在主機(jī)標(biāo)識協(xié)議中，用端點(diǎn)來描述端到端的通信中的邏輯參與者，一般情況下，一個物理

7、主機(jī)可以擁有多個邏輯端點(diǎn)，對每個端點(diǎn)必須分配獨(dú)立的主機(jī)標(biāo)識符。安全連接的建立過程安全連接的建立過程 在基本交換之前，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)I要發(fā)起對R的HIP連接時，它首先查詢目錄服務(wù)，如DNS（域名系統(tǒng)）、 LDAP等，并獲獲取取R對應(yīng)的地址、對應(yīng)的地址、H I值和值和HIT，之后才能進(jìn)行基本交換，之后才能進(jìn)行基本交換。 基本交換是基于Diffie-Hellman密鑰交換協(xié)議的四次握手密鑰交換協(xié)議的四次握手方式方式。基本交換雙方稱為發(fā)起方和響應(yīng)方。在基本交換之前，發(fā)起方從地址目錄中取得響應(yīng)方的IP地址、HI和HIT。之后，發(fā)起方開始基本交換。 為了建立HIP連接，HIP定義了四種類型的報(bào)文：I1、R1、

8、12、R2。發(fā)起端向響應(yīng)端發(fā)送I1，觸發(fā)HIP交換。響應(yīng)端回復(fù)R1報(bào)文標(biāo)志著HIP交換的正式開始。在R1報(bào)文中包含一個密碼口令，當(dāng)R1報(bào)文發(fā)送到發(fā)起端時，發(fā)起端必須根據(jù)難度系數(shù)K得到一個解：同時在發(fā)送給響應(yīng)端的I2報(bào)文中必須帶有這個解。響應(yīng)端在收到I2報(bào)文后驗(yàn)證這個解的正確性，如果解不正確則丟棄改報(bào)文。最后響應(yīng)端回復(fù)R2報(bào)文標(biāo)志著HIP安全連接的建立。 在在HIP安全連接的建立過程中，申請建立安全連接的建立過程中，申請建立HIP安全連接的安全連接的主機(jī)被稱為發(fā)起端，而發(fā)起端的對端被稱為響應(yīng)端。主機(jī)被稱為發(fā)起端，而發(fā)起端的對端被稱為響應(yīng)端。HIP安安全連接建立的過程為全連接建立的過程為 由發(fā)起端

9、向響應(yīng)端發(fā)出I1請求報(bào)文，其中主要是包含了通信雙方的HI，如果不知道目的端，目的HI也可以被置為0。 響應(yīng)端在收到了I1報(bào)文后，就向發(fā)起端發(fā)送R1報(bào)文，其中主要包含了響應(yīng)端的HIT和Cookie口令和響應(yīng)端進(jìn)行Diffle-Hellman運(yùn)算的計(jì)算結(jié)果。 發(fā)起端在收至Rl報(bào)文后就對其中的Cookie口令進(jìn)行運(yùn)算求解。如果成功得到符合R1報(bào)文中難度系數(shù)的解，發(fā)起端就向響應(yīng)端發(fā)出I2報(bào)文。I2報(bào)文中包括了進(jìn)行Diffie-Hellman運(yùn)算的計(jì)算結(jié)果，對R1報(bào)文中的Cookie口令進(jìn)行運(yùn)算求解的結(jié)果，IPsec協(xié)議所需的SPI值和被加密的發(fā)起端公鑰。由于此時發(fā)起端已經(jīng)得到響應(yīng)端的DH公鑰，所以它可

10、以利用DH的計(jì)算結(jié)果對自己的HI進(jìn)行加密，并把加密的結(jié)果包含在I2報(bào)文中發(fā)送。 響應(yīng)端在收到了I 2報(bào)文后，驗(yàn)證發(fā)起端得到的解。如果求解正確，發(fā)起端的身份得到驗(yàn)證，就會利用發(fā)起端的Diffie-Hellman運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)。安全連接參數(shù)安全連接參數(shù)SPI SPI是報(bào)文在進(jìn)行ESP處理時用于尋找報(bào)文對應(yīng)的安全連接的索引。在HIP協(xié)議中ESP SPI有著重要的意義：在SPI對應(yīng)著HIT。由于在HIP連接建立以后，主機(jī)之間進(jìn)行通行的報(bào)文不再帶有H1和HIT。因此在網(wǎng)絡(luò)中每個主機(jī)內(nèi)部就要使用一個標(biāo)號來代替HIT，作為網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的標(biāo)識。在正常通信過程中就利用這個標(biāo)識找到對應(yīng)的HIT，再用HIT找到對應(yīng)的安

11、全連接；而ESP SPI就正是具有這種特性。在ESP中主機(jī)就是通過SPI來對主機(jī)進(jìn)行標(biāo)識的，對于要借用IPSecESP來保證通信安全的HIP來說，使用SPI正好可以解決在沒有HIT的通信過程中主機(jī)的標(biāo)識問題。 每個主機(jī)設(shè)定自己的Inbound SPI，每一個發(fā)向此主機(jī)的報(bào)文都必須帶有這個SPI值。這樣主機(jī)就可以為不同的主機(jī)選擇不同的SPI。而SPI是一個隨機(jī)值。通過這樣的方式就可以保證在每個主機(jī)內(nèi)部SPI不會重復(fù)。在HIP建立安全連接的過程中，主機(jī)內(nèi)部可以把一個SPI值和一個HIT綁定起來，建立一個SP!到HIT的映射表。主機(jī)在收到報(bào)文后，就可以利用這個映射關(guān)系，找到對應(yīng)的HIT; 從而找到對

12、應(yīng)的HIP安全連接。通過這種方法就可以實(shí)現(xiàn)在HIP連接建立后，主機(jī)之間的報(bào)文不再包含HIT和HI。SPI分配圖如下。Host 1、Host 2、Host 3都向Host 4申請建立HIP連接。Host 4分別為這3臺主機(jī)分配的SPI為SPI 1、SPI 2、SPI 3。其中Host l、Host 2、Host 3的HIT分別為HIT 1、HIT2、HIT 3。在Host4中建立的SPI、HIT、安全聯(lián)接的綁定如下圖。SPI的計(jì)算方法為的計(jì)算方法為：在HIT后級聯(lián)32 bits的隨機(jī)數(shù)，然后對這個隨機(jī)數(shù)進(jìn)行SHA-1 Hash運(yùn)算，把運(yùn)算結(jié)果的高32 bits作為SPl值。HIP解決的問題與安全

13、性解決的問題與安全性 HIP在設(shè)計(jì)時考慮與現(xiàn)有協(xié)議棧兼容，所以現(xiàn)有的IPv6的應(yīng)用都可以不加修改地使用。HIT代替代替IPv 6地址地址，而而LSI可以可以在應(yīng)用中代替在應(yīng)用中代替IPv4地址地址，HIP能夠保證充分的向后兼容性。另外， HI 的公鑰特性保證了信息傳輸過程中的安全性 ，該協(xié)議的設(shè)計(jì)充分考慮各種攻擊的可能 , 能夠在很大程度上抵御中間人攻擊中間人攻擊和DoS攻擊攻擊的威脅。 在HIP中使用公私鑰對來表示主機(jī)標(biāo)識符，主機(jī)自己把主機(jī)標(biāo)識符相應(yīng)的私鑰保存起來。前面提到的地址盜用和地址洪泛町以得到解決。當(dāng)一個主機(jī)接受到一個地址更新包時，不是盲目的發(fā)送到新地址，而是進(jìn)行一次數(shù)據(jù)包地址可達(dá)性

14、測試，根據(jù)結(jié)果決定是否使用新地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，杜絕了對尤辜節(jié)點(diǎn)的地址洪泛攻擊和地址盜用引起的DoS或MITM攻擊。 注：DoS是Denial of Service的簡稱，即拒絕服務(wù)，造成DoS的攻擊行為被稱為DoS攻擊，其目的是使計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)無法提供正常的服務(wù)。最常見的DoS攻擊有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬攻擊和連通性攻擊。 在基本交換中，難題的驗(yàn)證避免了DoS攻擊。難題的級別町由對連接方的信任程度決定。HIP中基本交換建立的ESP安全連接(SAs)，和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中用IPsec建立的同樣安全。但HIP并非要取代IPsec，它和IPsec ESP一起使用會使連接更安全。 由于HIP與IPSec緊密結(jié)合，當(dāng)使用HIP時，在兩個使HIP的主