一種代理認(rèn)證服務(wù)器的設(shè)計(jì)

一個(gè)良好的防火墻系統(tǒng)應(yīng)具備安全可靠性高、透明性好、能供多種高效率的服務(wù) ,且具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)捷、可維護(hù)性、擴(kuò)充性、移植性好的特點(diǎn)。ＳＯＣＫＳＶ5基于這樣的需求提出了一定規(guī)范，主要支持用戶名與口令認(rèn)證和通用安全應(yīng)用程序接口 ,從而實(shí)現(xiàn)了Ｋｅｒｂｅｒｏｓ。把SOCKSv5代理服務(wù)與可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議（EAP）聯(lián)合起來(lái)，形成了基于SOCKSv5與EAP聯(lián)合的代理認(rèn)證服務(wù)器，從而彌補(bǔ)了防火墻代理服務(wù)在支持多種認(rèn)證機(jī)制中的不足，提高了用戶身份認(rèn)證的靈活性、訪問控制的可靠性。

1  SOCKSv5的結(jié)構(gòu)和原理

1.1 SOCKSv5的結(jié)構(gòu)

SOCKS5 是一個(gè)代理協(xié)議，它在使用 TCP/IP協(xié)議通訊的前端機(jī)器和服務(wù)器機(jī)器之間扮演一個(gè)中介角色，使得內(nèi)部網(wǎng)中的前端機(jī)器變得能夠訪問Internet網(wǎng)中的服務(wù)器，或者使通訊更加安全。SOCKS5 服務(wù)器通過將前端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給真正的目標(biāo)服務(wù)器， 模擬了一個(gè)前端的行為。在這里，前端和SOCKS5之間也是通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，前端將原本要發(fā)送給真正服務(wù)器的請(qǐng)求發(fā)送給SOCKS5服務(wù)器，然后SOCKS5服務(wù)器將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給真正的服務(wù)器。

隨著網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的不斷發(fā)展，防火墻怎樣適應(yīng)于不斷出現(xiàn)的應(yīng)用服務(wù)和安全服務(wù)成了迫切需要解決的問題。SOCKS代理服務(wù)技術(shù)成為解決該問題的有效途徑。SOCKS主要由運(yùn)行在防火墻系統(tǒng)上的代理服務(wù)器軟件包和鏈接到各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的庫(kù)函數(shù)包組成。這樣的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)自己的需要制定代理軟件，有利于增添新的應(yīng)用，從而不斷地?cái)U(kuò)展SOCKS的功能。

1.2 協(xié)議原理

SOCKSv5在OSI模型的會(huì)話層控制數(shù)據(jù)流，它定義了非常詳細(xì)的訪問控制。SOCKSv5在客戶機(jī)和應(yīng)用服務(wù)器主機(jī)之間建立了一條虛電路，可根據(jù)認(rèn)證對(duì)用戶進(jìn)行監(jiān)視和訪問控制。用SOCKSv5的代理服務(wù)器可隱藏內(nèi)部網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)。同防火墻結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，數(shù)據(jù)包通過惟一的防火墻端口到SOCKSv5代理服務(wù)器，然后代理服務(wù)器過濾發(fā)往目標(biāo)主機(jī)的數(shù)據(jù)。其協(xié)議過程如下：

（1）當(dāng)TCP的應(yīng)用客戶希望建立一個(gè)只有經(jīng)過防火墻才能到達(dá)目標(biāo)應(yīng)用服務(wù)器的連接時(shí)，它打開一個(gè)到SOCKSv5服務(wù)器系統(tǒng)上適當(dāng)端口的連接。SOCKSv5服務(wù)在TCP上的端口通常為1080。

（2）如果連接請(qǐng)求成功，即客戶連接上了SOCKSv5服務(wù)器，則客戶端發(fā)送一個(gè)消息，其中包含SOCKSv5的版本號(hào)以及一種或多種認(rèn)證方案。SOCKSv5服務(wù)器選擇客戶提供的諸多方法中的一種返回給客戶端。

（3）客戶端接收到該消息后，針對(duì)將要使用的具體認(rèn)證方法與SOCKSv5服務(wù)器協(xié)商，并用協(xié)商好的方法進(jìn)行認(rèn)證，然后發(fā)送代理請(qǐng)求。

（4）SOCKSv5服務(wù)器檢查該請(qǐng)求，據(jù)檢查結(jié)果決定是建立適當(dāng)?shù)拇?strong>回路還是拒絕該請(qǐng)求。同時(shí)給客戶發(fā)送代理回路狀態(tài)?？蛻魴z查代理狀態(tài)。

（5）代理服務(wù)器開始中繼應(yīng)用協(xié)議的數(shù)據(jù)。

2 可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議的內(nèi)容及應(yīng)用

2.1 協(xié)議內(nèi)容

可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議是PPP認(rèn)證的一般協(xié)議，它支持多種認(rèn)證機(jī)制。EAP在連接控制階段不會(huì)選擇某種特定的認(rèn)證機(jī)制，而是在認(rèn)證階段選擇。同時(shí)也允許使用后端服務(wù)器來(lái)執(zhí)行各種認(rèn)證，而PPP認(rèn)證者只用來(lái)傳遞認(rèn)證的信息。協(xié)議過程如下。

（1）認(rèn)證者和對(duì)方建立連接控制。

（2）連接建立階段完成之后，認(rèn)證者發(fā)送一個(gè)或更多的認(rèn)證請(qǐng)求。請(qǐng)求的類型包含身份、MD5-挑戰(zhàn)、一次性口令、一般的標(biāo)識(shí)卡等。MD5-挑戰(zhàn)類型緊密地對(duì)應(yīng)于CHAP認(rèn)證協(xié)議。在典型的模式中，認(rèn)證者在發(fā)送一個(gè)或多個(gè)對(duì)認(rèn)證信息的請(qǐng)求之后，將發(fā)送一個(gè)初始的身份請(qǐng)求。但初始的身份請(qǐng)求并不是協(xié)議要求的，在身份可以推測(cè)的情況下它有可能被取消。

（3）對(duì)方發(fā)送應(yīng)答包來(lái)答復(fù)每個(gè)請(qǐng)求。應(yīng)答包的類型域與請(qǐng)求包相同。

（4）認(rèn)證者發(fā)送認(rèn)證成功或失敗包來(lái)結(jié)束認(rèn)證階段。

在默認(rèn)的情況下，EAP以代理模式運(yùn)行，即EAP允許網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器和后端服務(wù)器協(xié)商整個(gè)認(rèn)證過程?？蛻艉途W(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器（NAS）在連接控制協(xié)議交流期間進(jìn)行EAP協(xié)議的協(xié)商，更進(jìn)一步的認(rèn)證消息均在客戶和后端服務(wù)器之間被傳輸。網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器不再直接參與認(rèn)證過程，而是作為代理者在二個(gè)遠(yuǎn)端之間中繼信息。

2.2 應(yīng)  用

任意一個(gè)認(rèn)證機(jī)制都可使用EAP驗(yàn)證遠(yuǎn)程訪問連接。在遠(yuǎn)程客戶和認(rèn)證者（遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器或者因特網(wǎng)認(rèn)證服務(wù)器）之間需要協(xié)商好將要使用的認(rèn)證機(jī)制。EAP可支持多種認(rèn)證機(jī)制，諸如通用標(biāo)識(shí)卡、MD5-挑戰(zhàn)、S/Key以及未來(lái)的任何認(rèn)證技術(shù)。

EAP允許遠(yuǎn)程客戶和認(rèn)證者之間自由會(huì)話。會(huì)話包含認(rèn)證者對(duì)認(rèn)證信息的請(qǐng)求和遠(yuǎn)程客戶的應(yīng)答。例如，當(dāng)EAP通過安全標(biāo)示卡來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，認(rèn)證者可獨(dú)立地詢問遠(yuǎn)程客戶的名字、PIN以及卡的標(biāo)識(shí)值，直到遠(yuǎn)程客戶回答完所有問題，認(rèn)證才成功地結(jié)束。

EAP-RADIUS不是一種EAP類型，而是任何EAP類型的信息通過認(rèn)證者（遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器或IAS）到達(dá)RADIUS的傳輸過程。例如，對(duì)用于支持RADIUS認(rèn)證的遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器來(lái)說(shuō)，在遠(yuǎn)程訪問客戶和遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器之間的EAP消息將被封裝和格式化為遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器和RADIUS服務(wù)器之間的RADIUS消息。

EAP-RADIUS適用于RADIUS作為認(rèn)證提供者的環(huán)境。使用EAP-RADIUS的優(yōu)點(diǎn)在于EAP類型不必嵌入在每個(gè)遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器上，而只需嵌入到RADIUS服務(wù)器上。

在EAP-RADIUS的典型使用情況中，Windows 2000遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器配置為可與EAP和IAS服務(wù)器結(jié)合來(lái)用于認(rèn)證。一個(gè)連接成功創(chuàng)建后，遠(yuǎn)程訪問客戶與遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器協(xié)商EAP的使用。當(dāng)客戶發(fā)送一個(gè)EAP消息給遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器時(shí)，遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器把EAP消息包裝成一個(gè)RADIUS消息，并把它發(fā)送給配置好的IAS服務(wù)器。IAS服務(wù)器處理EAP消息，同時(shí)返回一個(gè)封裝了RADIUS的EAP消息給遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器。遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器把EAP消息提交給遠(yuǎn)程訪問客戶。在這種配置中，遠(yuǎn)程訪問服務(wù)只是一個(gè)中繼設(shè)備。遠(yuǎn)程訪問客戶和IAS服務(wù)器負(fù)責(zé)所有EAP消息的處理。

3  SOCKSv5-EAP代理認(rèn)證服務(wù)器的設(shè)計(jì)

3.1 代理認(rèn)證模塊的結(jié)構(gòu)

EAP協(xié)議允許防火墻在SOCKSv5認(rèn)證方法階段不必預(yù)先商定具體的認(rèn)證機(jī)制。它支持所有的EAP認(rèn)證的擴(kuò)展機(jī)制，認(rèn)證服務(wù)器可根據(jù)用戶的身份來(lái)決定認(rèn)證機(jī)制的類型。這就允許SOCKS服務(wù)器在決定之前認(rèn)證機(jī)制可以向用戶請(qǐng)求更多的信息。并且可以使用一個(gè)后端服務(wù)器來(lái)專門執(zhí)行各種不同的認(rèn)證，這使得支持EAP功能的RADIUS服務(wù)器可以用作后端服務(wù)器進(jìn)行各種不同的認(rèn)證。

3.2 SOCKSv5-EAP的協(xié)商過程

（1）SOCKSv5認(rèn)證方法協(xié)商階段，EAP并不進(jìn)行明確的認(rèn)證機(jī)制的選擇，而是在SOCKS基于認(rèn)證方法的子協(xié)商階段才選定認(rèn)證機(jī)制。SOCKS服務(wù)器除了用于傳遞認(rèn)證信息之外，還能進(jìn)行簡(jiǎn)單的訪問控制、過濾和認(rèn)證。

（2）一旦TCP連接在客戶和SOCKS服務(wù)器間建立，客戶發(fā)送一個(gè)包含版本標(biāo)識(shí)符和方法選擇集的消息。

（3）在SOCKSv5認(rèn)證方法被協(xié)商確定后，RADIUS服務(wù)器發(fā)送一個(gè)或多個(gè)請(qǐng)求信息來(lái)認(rèn)證SOCKSv5客戶。請(qǐng)求中的類型域用于指明被請(qǐng)求的內(nèi)容，包括身份、MD5-挑戰(zhàn)、一次性口令和一般的認(rèn)證卡等。MD5-挑戰(zhàn)類型與挑戰(zhàn)握手協(xié)議相對(duì)應(yīng)。

（4）應(yīng)答包包含的類型域與請(qǐng)求的類型域相同。SOCKS或RADIUS服務(wù)器將用一個(gè)認(rèn)證成功或失敗包來(lái)結(jié)束認(rèn)證階段。

（5）SOCKSv5服務(wù)器在客戶和認(rèn)證服務(wù)器RADIUS之間不停地中繼雙方發(fā)出的EAP包。

3.3 協(xié)商過程中各種包的格式

（1）SOCKS/RADIUS服務(wù)器請(qǐng)求包以及對(duì)方應(yīng)答包的摘要如圖2所示。

VER標(biāo)識(shí)子協(xié)商的當(dāng)前版本；CODE標(biāo)識(shí)EAP請(qǐng)求或EAP應(yīng)答；ID域負(fù)責(zé)輔助匹配請(qǐng)求和應(yīng)答；TYPE域標(biāo)識(shí)請(qǐng)求或應(yīng)答類型，一般來(lái)說(shuō)請(qǐng)求類型和應(yīng)答類型應(yīng)相同。

（2）EAP包的格式如圖3所示。

其中CODE域標(biāo)識(shí)EAP請(qǐng)求或EAP應(yīng)答；LENGTH域標(biāo)識(shí)EAP包的長(zhǎng)度；DATA域的格式由CODE域決定。

4  基于SOCKSv5-EAP代理認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由SOCKSv5-EAP代理認(rèn)證服務(wù)器、安全管理終端、應(yīng)用客戶端、資源服務(wù)器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

SOCKSv5-EAP代理認(rèn)證服務(wù)器主要由SOCKSv5服務(wù)器和RADIUS服務(wù)器共同組成。其中RADIUS服務(wù)器作為后臺(tái)服務(wù)器，具有鑒權(quán)功能。安全管理終端主要由授權(quán)發(fā)布機(jī)構(gòu)、證書管理中心和證書庫(kù)組成。

4.2 系統(tǒng)流程

（1）當(dāng)客戶要訪問資源時(shí)，客戶通過代理認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行身份認(rèn)證。認(rèn)證過程如下：

①SOCKSv5客戶向SOCKSv5服務(wù)器發(fā)送版本標(biāo)識(shí)/方法選集消息，SOCKSv5服務(wù)器收到該消息，從METHODS中選擇一種方法，并回應(yīng)給客戶。EAP將使用METHODS域中的下列標(biāo)志：Extensible AuthenticatiON Protocol。

②方法協(xié)商結(jié)束，雙方進(jìn)入依賴方法的子協(xié)商階段。在此階段，RADIUS服務(wù)器向客戶發(fā)請(qǐng)求，客戶對(duì)每個(gè)請(qǐng)求作應(yīng)答，RADIUS服務(wù)器根據(jù)客戶情況決定出一種認(rèn)證機(jī)制。請(qǐng)求中包括請(qǐng)求的類型。

③代理回路的建立階段?？蛻舭l(fā)出代理請(qǐng)求，SOCKSv5服務(wù)器根據(jù)自己的規(guī)則初步判斷是否允許代理，如果允許，則建立常規(guī)的SOCKSv5代理回路。否則拒絕，不予代理。代理回路建立后，SOCKSv5服務(wù)器開始在客戶與RADIUS服務(wù)器之間不間斷地傳送EAP包。

（2）用所決定出的認(rèn)證機(jī)制認(rèn)證完畢后，代理認(rèn)證服務(wù)器把包含身份和權(quán)限屬性的認(rèn)證結(jié)果交給授權(quán)發(fā)布機(jī)構(gòu)，授權(quán)發(fā)布機(jī)構(gòu)把權(quán)限證書離線發(fā)布給客戶。

（3）客戶把證書信息提交給SOCKSv5服務(wù)器，由SOCKSv5中轉(zhuǎn)給RADIUS服務(wù)器來(lái)鑒定證書的權(quán)限。

（4）鑒定權(quán)限通過后，RADIUS服務(wù)器發(fā)送給SOCKSv5服務(wù)器一個(gè)認(rèn)證成功包，告訴它客戶通過了權(quán)限的鑒定，SOCKSv5把此消息中轉(zhuǎn)給客戶，SOCKSv5服務(wù)器啟動(dòng)客戶與應(yīng)用資源服務(wù)器之間的代理回路，進(jìn)行應(yīng)用數(shù)據(jù)的中繼。

（5）授權(quán)發(fā)布機(jī)構(gòu)根據(jù)證書的有效期撤消證書，同時(shí)通知代理認(rèn)證服務(wù)器證書過期。

5  結(jié)束語(yǔ)

本文在介紹SOCKSv5協(xié)議、EAP的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)代理認(rèn)證服務(wù)器，在很大程度上提高了用戶身份認(rèn)證和訪問控制技術(shù)的靈活性。該方法解決了防火墻協(xié)議對(duì)不斷擴(kuò)展的認(rèn)證機(jī)制的支持問題。該技術(shù)可與其他網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)諸如授權(quán)管理等相結(jié)合，形成比較完善的并可以不斷擴(kuò)展的安全體系。