石慧慧

摘要： 本文主要闡述了防火墻的概況及其主要技術(shù)：包過濾、代理服務(wù)器、狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，分析了防火墻體系結(jié)構(gòu)的一些優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一些建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞： 防火墻技術(shù)原理體系結(jié)構(gòu)

一、防火墻簡(jiǎn)介

1.防火墻的概念

防火墻的本義是指古代人們房屋之間修建的那道墻，這道墻可以防止火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候蔓延到別的房屋。防火墻技術(shù)是指隔離在本地網(wǎng)絡(luò)與外界網(wǎng)絡(luò)之間的一道防御系統(tǒng)的總稱。

2.防火墻的發(fā)展

（1）第一代防火墻

第一代防火墻技術(shù)幾乎與路由器同時(shí)出現(xiàn)，采用了包過濾（Packet filter）技術(shù)。

（2）第二、三代防火墻

1989年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Dave Presotto和Howard Trickey推出了第二代防火墻，即電路層防火墻，同時(shí)提出了第三代防火墻——應(yīng)用層防火墻（代理防火墻）的初步結(jié)構(gòu)。

（3）第四代防火墻

1992年，USC信息科學(xué)院的BobBraden開發(fā)出了基于動(dòng)態(tài)包過濾（Dynamic packet filter）技術(shù)的第四代防火墻，后來演變?yōu)槟壳八f的狀態(tài)監(jiān)視（Stateful inspection）技術(shù)。

（4）第五代防火墻

1998年，NAI公司推出了一種自適應(yīng)代理（Adaptive proxy）技術(shù)，并在其產(chǎn)品Gauntlet Firewall for NT中得以實(shí)現(xiàn)，給代理類型的防火墻賦予了全新的意義，可以稱之為第五代防火墻。

二、防火墻的類型

從技術(shù)上看，防火墻有三種基本類型：包過濾型、代理服務(wù)器型和復(fù)合型。

包過濾型防火墻（Packet Filter Firewall）通常建立在路由器上，在服務(wù)器或計(jì)算機(jī)上也可以安裝包過濾防火墻軟件。包過濾型防火墻工作在網(wǎng)絡(luò)層，基于單個(gè)IP包實(shí)施網(wǎng)絡(luò)控制。它對(duì)所收到的IP數(shù)據(jù)包的源地址、目的地址、TCP數(shù)據(jù)分組或UDP報(bào)文的源端口號(hào)及目的端口號(hào)、包出入接口、協(xié)議類型和數(shù)據(jù)包中的各種標(biāo)志位等參數(shù)，與網(wǎng)絡(luò)管理員預(yù)先設(shè)定的訪問控制表進(jìn)行比較，確定是否符合預(yù)定義好的安全策略并決定數(shù)據(jù)包的放行或丟棄。

代理服務(wù)器型防火墻（Proxy Service Firewall）通過在計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上運(yùn)行代理的服務(wù)程序，直接對(duì)特定的應(yīng)用層進(jìn)行服務(wù)，因此也稱為應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)級(jí)防火墻。代理服務(wù)器型防火墻的核心，是運(yùn)行于防火墻主機(jī)上的代理服務(wù)器進(jìn)程，實(shí)質(zhì)上是為特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用連接企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)與Internet的網(wǎng)關(guān)。

復(fù)合型防火墻（Hybrid Firewall）把包過濾、代理服務(wù)和許多其他的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)功能結(jié)合起來，形成新的網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)，以提高防火墻的靈活性和安全性。

三、防火墻技術(shù)原理

防火墻從原理上主要有三種技術(shù)：包過濾（PackeFiltering）技術(shù)、代理服務(wù)（ProxyService）技術(shù)和狀態(tài)檢測(cè)（StateInspection）技術(shù)。

1.包過濾（PacketFiltering）技術(shù)

在基于TCP/IP協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，所有網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)都是利用IP地址的唯一標(biāo)志來確定其在網(wǎng)絡(luò)中的位置的，而所有來往于計(jì)算機(jī)之間的信息都是以一定格式的數(shù)據(jù)包的形式來傳輸?shù)模瑪?shù)據(jù)包中包含了標(biāo)志發(fā)送者位置的IP地址、端口號(hào)和接受者位置的IP地址、端口號(hào)等地址信息。當(dāng)這些數(shù)據(jù)包被送上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，路由器會(huì)讀取數(shù)據(jù)包中接受者的IP地址，并根據(jù)這一IP地址選擇一條合適的物理線路把數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，當(dāng)所有的數(shù)據(jù)包都到達(dá)目的主機(jī)之后再被重新組裝還原。包過濾性防火墻就是根據(jù)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的這一傳輸原理來設(shè)計(jì)的，它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的訪問控制。首先包過濾防火墻會(huì)檢查所有通過它的數(shù)據(jù)流中每個(gè)數(shù)據(jù)包的IP包頭信息，然后按照網(wǎng)絡(luò)管理員所設(shè)定的過濾規(guī)則進(jìn)行過濾。

2.代理服務(wù)（ProxyService）技術(shù)

代理實(shí)際是設(shè)置在Internet防火墻網(wǎng)關(guān)上有特殊功能的應(yīng)用層代碼，是在網(wǎng)管員允許下或拒絕特定的應(yīng)用程序或者特定服務(wù)，還可應(yīng)用于實(shí)施數(shù)據(jù)流監(jiān)控、過濾、記錄和報(bào)告等功能。在應(yīng)用層，提供應(yīng)用層服務(wù)的控制，起到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)向外部網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)服務(wù)時(shí)中間轉(zhuǎn)接作用，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)只接受代理提出的服務(wù)請(qǐng)求，拒絕外部網(wǎng)絡(luò)其他接點(diǎn)的直接請(qǐng)求。代理的工作原理比較簡(jiǎn)單。用戶與代理服務(wù)器建立連接，將目的站點(diǎn)告知代理，對(duì)于合法的請(qǐng)求，代理以自己的身份（應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)）與目的站點(diǎn)建立連接，然后代理在這兩個(gè)連接中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其主要特點(diǎn)是有狀態(tài)性，能完全提供與應(yīng)用相關(guān)的狀態(tài)和部分傳輸方面的信息，能提供全部的審計(jì)和日志功能，能隱藏內(nèi)部IP地址，能實(shí)現(xiàn)比包過濾路由器更嚴(yán)格的安全策略。

3.狀態(tài)檢測(cè)（StateInspection）技術(shù)

狀態(tài)檢測(cè)又稱動(dòng)態(tài)包過濾，是在傳統(tǒng)包過濾上的功能擴(kuò)展，最早由Checkpoint提出。狀態(tài)檢測(cè)作為防火墻技術(shù)其安全特性最佳，它采用了一個(gè)在網(wǎng)關(guān)上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安全策略的軟件引擎，稱為檢測(cè)模塊。檢測(cè)模塊在不影響網(wǎng)絡(luò)正常工作的前提下，采用抽取相關(guān)數(shù)據(jù)（狀態(tài)信息）的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的各層實(shí)施監(jiān)測(cè)，并動(dòng)態(tài)地保存狀態(tài)信息作為以后制定安全決策的參考。

四、各防火墻體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

1.雙重宿主主機(jī)體系結(jié)構(gòu)提供來自于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)相連的主機(jī)的服務(wù)（但是路由關(guān)閉），它圍繞雙重宿主主計(jì)算機(jī)構(gòu)筑。該計(jì)算機(jī)至少有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，位于因特網(wǎng)與內(nèi)部網(wǎng)之間，并被連接到因特網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以與雙重宿主主機(jī)通信，但相互之間不行，它們之間的IP通信被完全禁止。雙重宿主主機(jī)僅能通過代理或用戶直接登錄到雙重宿主主機(jī)來提供服務(wù)。

2.被屏蔽主機(jī)體系結(jié)構(gòu)使用1個(gè)單獨(dú)的路由器提供來自僅僅與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連的主機(jī)的服務(wù)。屏蔽路由器位于因特網(wǎng)與內(nèi)部網(wǎng)之間，提供數(shù)據(jù)包過濾功能。堡壘主機(jī)是1個(gè)高度安全的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常因?yàn)樗┞队谝蛱鼐W(wǎng)之下，作為聯(lián)結(jié)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用戶的橋梁，易受到侵襲損害。這里它位于內(nèi)部網(wǎng)上，數(shù)據(jù)包過濾規(guī)則設(shè)置它為因特網(wǎng)上唯一能連接到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)系統(tǒng)。它也可以開放一些連接（由站點(diǎn)安全策略決定）到外部世界。在屏蔽路由器中，數(shù)據(jù)包過濾配置可以按下列之一執(zhí)行：①允許其他內(nèi)部主機(jī)，為了某些服務(wù)而開放到因特網(wǎng)上的主機(jī)連接（允許那些經(jīng)由數(shù)據(jù)包過濾的服務(wù)）。②不允許來自內(nèi)部主機(jī)的所有連接（強(qiáng)迫這些主機(jī)經(jīng)由堡壘主機(jī)使用代理服務(wù)）。這種體系結(jié)構(gòu)通過數(shù)據(jù)包過濾來提供安全，而保衛(wèi)路由器比保衛(wèi)主機(jī)較易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗峁┝朔浅Ｓ邢薜姆?wù)組，所以這種體系結(jié)構(gòu)提供了比雙重宿主主機(jī)體系結(jié)構(gòu)更好的安全性和可用性。弊端是，若是侵襲者設(shè)法入侵堡壘主機(jī)，則在堡壘主機(jī)與其他內(nèi)部主機(jī)之間無任何保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全的東西存在；路由器同樣可能出現(xiàn)單點(diǎn)失效，若被損害，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)侵襲者開放。

3.被屏蔽子網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)考慮到堡壘主機(jī)是內(nèi)部網(wǎng)上最易被侵襲的機(jī)器（因?yàn)樗杀灰蛱鼐W(wǎng)上用戶訪問），我們添加額外的安全層到被屏蔽主機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，將堡壘主機(jī)放在額外的安全層，構(gòu)成了這種體系結(jié)構(gòu)。這種在被保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)之間增加的網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)提供了安全的附加層，稱之為周邊網(wǎng)。這種體系結(jié)構(gòu)有兩個(gè)屏蔽路由器，每一個(gè)都連接到周邊網(wǎng)。1個(gè)位于周邊網(wǎng)與內(nèi)部網(wǎng)之間，稱為內(nèi)部路由器，另一個(gè)位于周邊網(wǎng)與外部網(wǎng)之間，稱之為外部路由器。堡壘主機(jī)位于周邊網(wǎng)上。侵襲者若想侵襲內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，必須通過兩個(gè)路由器，即使他侵入了堡壘主機(jī)，仍無法進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)。因此這種結(jié)構(gòu)沒有損害內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的單一易受侵襲點(diǎn)。

五、對(duì)防火墻技術(shù)造成的安全漏洞的建議

防火墻的管理及配置相當(dāng)復(fù)雜，要想成功地維護(hù)防火墻，防火墻管理員必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的手段及其與系統(tǒng)配置的關(guān)系有相當(dāng)深刻的了解。防火墻的安全策略無法進(jìn)行集中管理。一般來說，由多個(gè)系統(tǒng)組成的防火墻，管理上有所疏忽也是在所難免的。

對(duì)此可作如下改進(jìn)：管理上的安全問題，關(guān)鍵在于提高管理員的素質(zhì)，積極學(xué)習(xí)安全管理及網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)，熟練掌握防火墻的系統(tǒng)配置關(guān)系，多多實(shí)踐，積累足夠的經(jīng)驗(yàn)，多個(gè)系統(tǒng)防火墻的管理一定要有高度認(rèn)真、負(fù)責(zé)到底的精神?？偠灾?，提高管理者的素質(zhì)至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]林曉東，楊一先.網(wǎng)絡(luò)防火墻技術(shù).

[2]梅杰，許榕生.Internet防火墻技術(shù)最新發(fā)展.