（计算机系统结构专业论文）基于ssl的web+vpn研究和客户端实现.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘要 i n t e rn e t 应用的普及，要求企业内 部网的职能范围超越物理位臂f - 的限制，同时， 网 络上传输的 数据也需要 越来越高的 安 全保障。 随 着应用 程序从c / s 结 构向w e b 的 迁 移， 如何在不影响外部用户使用的前提下实现灵活安全地访问 公司内部资源， 成为时 下一个技术热点。 s s l是一种在网络传输层之上基于r s a和保密密钥，用于浏览器和we b 服务器 之间的安全连接技术。它提供的主要服务有:认证用户和服务器， 确保数据发送到正 确的客户机和 服务器: 加密数 据以防止数据中途被窃取; 维护数据的完整性， 确保数 据在传输过程中不被改变。 在分析了s s l 协议的基础上和提出的安全系统模型的框架内 设计的w e b v p n , 实现了从传统c / s 结构向b / s 结构的平滑过渡。 w e b v p n实现的总体思路是“ 对象安 全 ， ，对象安全不是对通道进行加密，而是在明文通道上发送经过保护的对象，因此 关键的技术在于保护单个协议对象的安全。 利用l a v a a p p le t 将传统的应用层协议从 t c p 层移植到s s l 协议层之上， 达到了 对象安全这个目 的。 数字签名技术的 采用， 使 得a p p l e t 摆 脱了j a v a 平台 的 安 全限 制， 从 而实 现了w e b v p n“ 无 客 户端” 的 突出 特 性，用户只需要安装有标准的浏览器即可运行。不仅如此， 客户端还支持浏览器的代 理设置。 这种新的v p n架构抛弃了 传统v p n技术的 设置复杂， 且随地点不同的频繁 变化等不足。 借助于设计并实现了的私有握手协议， 客户装备了一个应用层协议引擎，用户 可以自由选择各种应用。通过实验测试结果的分析，总体而言w e b v p n提供了一种 a n y t i m e , a n y w h e re ” 的 远程访问 方案。 用户安全便捷地在公共网上访问公司或企业 团体的内部网络，如同在内网一般。 关键词: 安全套接字层， 虚拟专用网， 对象安全， 私有握手协议，小 应用程序 和一一-尸-一-一-一 t 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ab s t r a c t t h e w i d e s p re a d u s e o f i n t e rn e t d e m a n d s i n t r a n e t s f u n c t i o n a r e a e x c e e d s t h e b o u n d a ry o f i t s l o c a t i o n . a t t h e s a m e t i m e , d a t a t r a n s f e r r e d o n n e t w o r k r e q u i re s a h i g h d e g r e e o f s e c u r i ty . a s a p p l i c a t i o n s h a v e m o v e d t o w e b , i t b e c a m e a h o t fi e l d t h a t h o w t o d e l i v e r t h e fl e x ib i l i ty o f a n y w h e r e ， a c c e s s w i t h o u t b e i n g i n t r u s i v e o n t h e e n d - u s e r . s s l i s o n t o p o f t h e t r a n s p o rt l a y e r a n d b a s e d o n r s a a n d s e c re t - k e y m e c h a n i s m . i t i s u s e d t o e s t a b l i s h a n e n c r y p t e d c h a n n e l b e t w e e n w e b b r o w s e r s a n d s e r v e r s . t h e s e r v i c e s s l p r o v i d e s i n c lu d e s : u s e r s a n d s e r v e r s a u t h e n t i c a t i o n , e n c r y p t i o n o f d a t a t o p r o t e c t i t fr o m s t e a l i n g , a n d k e e p i n g t h e i n t e g ri ty o f d a t a . u n d e r t h e f o r w a r d e d s a f e s y s t e m m o d e l a n d b y a n a l y s i s o f s s l , t h e d e s i gne d w e b v p n i m p l e m e n t e d a s m o o t h t r a n s i t i o n fr o m c / s t o b / s s t ru c t u re . t h e t o t a l s c h e m e o f w e b v p n s d e s i gn i s o b j e c t s s a f e ty . o b j e c t s s a f e ty d o e s n o t m e a n s e n c r y p t i o n o f t u n n e l , b u t t r a n s f e r r i n g t h e e n c r y p t e d o b j e c t i n t h e t u n n e l , s o t h e k e y p o in t i s t o k e e p s a f e t y o f t h e s i n g l e p r o t o c o l o b j e c t . n o w l e g a c y a p p l i c a t i o n s d o w o r k o n s s l , n o t o n t c p a n y m o r e . b y p r o g r a m m i n g w it h a p p l e t , t h e g o a l w a s a c h i e v e d . d i g it a l s i gna t u r e w a s a d o p t e d t o l e t a p p l e t c a s t o ff t h e s a f e r e s t r i c t i o n o f j a v a p l a t f o r m . a l l o f w h i c h h e l p we b v p n t o i m p l e m e n t t h e s t a n d i n g f e a t u r e - c l i e n t n e s s . wh a t s m o re , t h e c l i e n t s u p p o rt s p r o x y s e tt i n g s i n t h e b r o w s e r s . t h i s n e w v p n s t r u c t u r e p u t s a w a y t h e s h o r t a g e s s u c h a s b o r i n g s e tt i n g s , a n d fr e q u e n t a d a p t i o n s b e c a u s e o f c h a n g i n g o f l o c a t i o n s . t h e p r i v a t e h a n d s h a k e p r o t o c o l h as b e e n d e s i gne d a n d i m p l e m e n t e d , w i t h t h e h e l p o f w h i c h t h e c l i e n t w as e q u ip p e d w i t h a n e n g i n e o f a p p l i c a t i o n w h i c h l e t u s e r c a n s e l e c t a p p l i c a t i o n s fr e e l y . a b o v e a l l , we b v p n s u p p l i e d a n a n y t i m e a n d a n y w h e r e r e m o t e a c c e s s o f p r i v a t e n e t w o r k . u s e r s c a n g e t t h e fi l e s t h e y w a n t f r o m i n t e r n a l n e t w o r k s a f e l y a n d c o n v e n i e n t l y , j u s t l i k e t h e y a r e t h e re . k e y w o r d s : s s l , v p n , p r i v a t e h a n d s h a k e p r o t o c o l , o b j e c t s e c u r i ty , a p p l e t 独创性声明 本人声明 所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中己 经标明引 用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体己 经发表或撰写过的 研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 寿 伙 子 日 期 : 1 19 吟 x -r , 月 / 阳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定，即:学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权华中科技大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文. 保密口 ， 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打 在 一 年 解密后适用本授权书。 “j 尸 ) 学位论文作者签名:弘子指导教师签名: 日期:2 , s q - 年5 月/ 0 日 日 期 ;9 1 - l t - 年广月 t o 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论 1 . 1 课题背景 随着通信技术和计算机网络技术的发展， 互联网的用户数量急剧增加， 许多新的 网络服务如电子商务，电子支付等已被越来越多的人采用，传统的i n t e m e t 没有提供 服务 质 量 保证， 没 有权限 和 安 全机 制川 。 随 着网 络的 开 放 性， 共 享性以 及 互 联 规 模的 进一步扩大， 加上黑客攻击手段越来越先进，网 络的安全问 题就变得越发严重。 世界 上相关于网络安全的事件也越来越多，如i p 欺骗，中间人攻击，拒绝服务等攻击2 1 给人们造成了巨大的经济损失。 鉴于此， 网络安全领域己 经是计算机网络领域研究和 发展的一个重要方向。 同时， 经 济的 繁荣 又将世 界各个国 家紧密联系 在一 起， 企 业员工经常出 差在外。 随之而来的一个需求就是员工希望在世界各地都能够安全方便地访问公司的内部网 络， 或者远程登录到内部网络的机器，获取一些重要的资料和数据， 就像处在公司内 部办公一样。 于是越来越多的企业在寻求一种灵活安全的广域通信方式。 v p n ( v i rt u a l p r i v a t e n e t w o r k ,虚拟专用网)技术则为企业和员工达到这个目的提供了一条途径。 为了 跟进国际上的领先技术，同时适应市场需求， 2 0 4 3 年8 月， 华中科技大学外 存 储实 验室与 美国 某公司 合作研究开发了s s l ( s e c u r i t y s o c k e t l a y e r ， 安全 套接字层) v p n项目。 该项目 主要是研究开发了基于 s s l协议的虚拟专用网。论文研究的是该 项目的关键技术之一， w e b v p n的设计与开发。 v p n可以 在公共网 络 ( 通常是i n t e rn e t ) 建立一个临时的、安全的连接，是一条 穿 过混乱的公 用网 络的安 全、 稳定的 隧道。 4 1 ; v p n技术可以 扩展企业的内 部网 络， 使在外工作的员工和合作伙伴通过标准、公用的i n t e r n e t 访问他们的内部网 络。v p n 的目 的 在于内 部的 敏感关键数 据能 够安全地借助公共网络进行交换， 而且能 够穿越防 火墙，实 现了 在防火墙间进行加密通信， 确保系统重要数据的真实性和完整性等。 传统的v p n组网形式都要求用户进行非常繁琐地安装配置工作，而且这些工作 还会受到防火 墙的 设置和n a t ( n e t a d d re s s t r a n s f e r ， 网 络地址转换) 的 影响 1 5 fi l ， 这 些不断变化的配置调试给用户带来了太多不便， 随着应用程序从c i s 结构向w e b 迁移 7 1 ， 企业必须 面对一 个新的 挑战， 就是如何 在不 影响 最终 用户使用的 前 提下实 现在任 何地方灵活访问这些应用程序。 本课题所研究设计的以s s l ( s e c u r e s o c k e t l a y e r ， 安全套接字层) 协议为 基础的 一 一-户-一 . 一一一一 舀 一-.， 一. 一抽 . - i 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 w e b v p n架构较好地解决了这些问 题。 不论从网 络安全还是从简单易用的方面都给出 了 令人满意的 方案。 w e b v p n的“ 无客户端” 特性使得用户只需要通过浏览器即可随 地、随时、安全地访问公司的内部资源。 1 . 2 国内外概况 1 . 2 . 1 网 络安全现状 i n t e rn e t 是基于 t c p t i p协议进行通信的，但 t c p / i p协议在制定的时候没有考虑 到安全性，因 此协议本身存在的不安全性导致了i n t e r n e t 的不安全，主要表现在以 下 几 个 方 面 e7 , ( 1 ) t c p / i p协议数据流采用明文传输，特别是在使用f t p . t e l n e t和h t t p 时， 用户的帐号和口令都是以明文方式传输，因此数据信息很容易被在线窃听，修改 和伪造: ( 2 )源地址欺骗，攻击者修改发送出去的数据报的源地址，来冒充某个可信节 点的i p 地址进行攻击; ( 3 ) 路由信息协议攻击，路由信息协议用来在网络中发布路由信息，为网络中 的 节点 提供一 致路由 选择和可到达信息， 但节点对收到的信息不进行真实性检查， 因 此攻击者可以 在网上发布错误的路由 信息， 利用i c mp 的重定向信息欺骗路由器或者 主机，从而对网络进行攻击; ( 4 )鉴别攻击，目 前防火墙系统只能对i p 地址，协议端口号进行鉴别，而无法 鉴别登录用户身份的有效性; ( 5 ) t c p 序列号欺骗，由于t c p 序列号可以 预测，因此攻击者可以 构造一个i p 包来使节点消耗大量的资源，甚至使系统崩溃。 这就是 “ 拒绝服务攻击， ; ( 6 ) 源路由 选择欺骗， 为了 测试， i p 数据包设置了 一个i p s o u r c e r o u t i n g 选项， 该选项可以直接指明到达节点的路由， 攻击者可以利用这一选项进行攻击: t c p / i p 协议如此多的缺陷以及非法访问等安全事件的经常发生，使得i n t e r n e t 用 户 越来越多 地意识到网 络的 安全问 题， 对于安 全的 要求， 可以 归纳为以 下 五种19 1 , ( i ) 信息的保密性 这是传统意义上的数据安全。在i n t e r n e t 上传送的信息以i p包的形式转发，只要 攻击者收集到所有的包，那么，发送的信息对于攻击者来说就无保密可言。由于互联 网 络的开 放性，要防止截取信息是困 难的。一般来说， 应该对传输的信息进行一定强 度的加密，即使攻击者获取，也无法读懂密文。 ， . . . . . . . . 州 . . . 侧 . . . . . . 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ( 2 )身份的真实性 一个攻击者可以冒 充管理员发布命令、调阅 密件;冒 充网 络控制程序， 骗取或修 改使用权限、密钥等信息; 接管合法用户、 欺骗系统、占用合法用户的资 源等。身份 真实性要求交易或作业参与方的身份不能被假冒 或伪装，网 上交易时能够有效地鉴别 与 确定 交 易 双 方 的 真 实 身 份 1 0 7 ( 3 )信息的完整性 信息在传输过程中可能被截取，攻击者对其进行篡改，对购买商品的出货地址、 单位发奖金的 金额、 信件的内 容进行改变; 插入或删除 传输信息的某些部分， 让接收 方 接收 错误的 信息。 信息的 完整性(1 1 ) 要 求发 送和 接收的 信息 应该保持一致， 信息接 收 方可以验证收到的信息是否是完整，是否被人篡改。 ( 4 ) 操作的授权性 授权什么人、 可以访问 什么资源或有什么权限， 这就是授权性的要求。 操作的授 权性要求用户只能执行特定的被规定的操作。 ( 5 )不可抵赖性 不可抵赖性 12 1 要求信息的发送方不能抵赖已经发送的信息，不能否认自己的行 为。 基于上述对网络安全方面的要求， 当前实现的网络安全技术主要有两种:一种是 研制新的安全的网络互连协议，如 i m来替代现有的通信协议:另一种就是在现有 网络基础设施上开发网络安全产品来保障网 络安全。目 前 i m的互联网设施还不完 善，而且由于各层协议的相互改变和应用的适应，i p a 过渡到 i p v 6 将是一个漫长的 过程。因此目 前可行的解决方法是采用各种网络安全 技术来增强网络的安全性。 v p n就是现有的几种主要网络安全技术的一 种。 v p n的实现形式多种多样， 但 都基于一种安全或者加密的隧道技术。 这种技术可以用来提供网络到网络，主机到网 络， 或者主机到主机的安全连接。 简单地说，隧道是指一个网络通过另一个网络的 连 接传输分组， 将一种协议的数据单元封装在另一个协议的数据单元中。 隧道是一种虚 拟的点到点连接， 这个连接为隧道的两个端点提供了 认证， 加密和访问 控制。 可以 在 不同的协议层上来实现隧道技术，不同协议层提供了不同强度的安全保护。 v p n增强了企业网络功能， 扩大了其专用网的范围， 为企业在公共网络上提供了 一条安全、 稳定的隧道。 v p n的目 的在于内 部的敏感关键数据能够安全地借助公共网 络进行频繁地交换， 实现了 在防火墙间 进行数据加密， 确保系统重要数据的真实性和 完整性等。更具有革命性的变化是，在 v p n的架设之下，企业员工不再受限于固定 ， 一. ， 圈一曰 叫 一 边.一 一一 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 的办公场所，而只要能连上企业网络的地方均可办公。 1 . 2 . 2 国内 外v p n的 研究和发展情况 目前在v p n领域存在着i p s e c v p n和s s l v p n之争。i p s e c 提供站点间 ( 例如: 分支办公室到总部) 及远程访问的安全联机。 这是一种成熟的标准， 全球各地许多厂 家提供这种解决方案。 i p s e c / i k e 事实上指的是i e t f 标准 ( 从r f c s 2 4 0 1 到 2 4 1 x ) 的 集合， 包括密钥管理 协议( i k e , i n t e rn e t k e y e x c h a n g e ) 和加密 封包格 式协 议( i p s e c ) . i p s e c / i k e 可支持各种加密算法 ( d e s , 3 d e s , l i e s 与r c 4 ) 及信息完整性检验机制 ( md5 , s h a - 1 ) 。 i p s e c 是网络层的v p n技术， 表示它独立于应用程序。 i p s e c 以自己的封包封装原 始i p 信息， 因此可隐藏所有应用协议的 信息。 一旦i p s e c 建立加密隧道后， 就可以实 现各种类型的一对多的连接， 如w e b 、电子邮件、 文件传输、 v o i d 等连接， 并且， 每 个传输必然对应到v p n网关之后的 相关服务器上n 3 1 随着对安全性能要求的不断提高， 现在流行的基于i p s e c 的v p n逐渐显现出了一 些缺点h 4 1 :首先，正是这条安全通道的建立，使 得分支机构或者在外员工的p c和被 访问资源之间形成了一条潜在的“ 危险通路” ，危险容易从分支渗透到 v p n另外一端 的企业总部。原因很简单， 基于i p s e c 的v p n基于网络第二层， 它只是打开了从分支 到总部的通路，对于里面数据的安全性能没有办法保证。目前，越来越多 e r p ( e n t e r p r is e r e s o u r c e p l a n n in g ，企业资源计划) 、c r m ( c u s t o m e r r e la ti o n s h i p m a n a g e m e n t ， 客户关系管理) 等 应用开 始 采用 w e b 方式实 现， 如 何保证远端建立的 连接属于安全， 正在访问企业e r p , c r m等敏感资源脚 会话” 是安全的呢? i p s e c v p n 对于这方面没有办法实现: 因为对于这种访问 请求身份的判断验证己 经超越了网络第 二层的范畴，它是网络第七层，也就是应用层才关注的内 容。 i p s e c v p n其他的不足 还有:客户端需要安装复杂的软件，当用户的v p n策略稍微有所改变时， v p n的管 理难度将呈几何级数增长，而且并非所有客户端操作系统均支持i p s e c v p n的客户端 程序; i p s e c v p n的连接性也会受到网络地址转换的影响，或受网关代理设备的影响; i p s e c v p n需要先完成客户端配置才能建立通信信道，并且配置复杂。 最新的研究表明近乎9 0 % 的企业利用v p n进行的内部网 和外部网的连接都只是 用来访问i n t e rn e t 和电子邮件通信，另外 1 0 % 的用户是利用诸如x l l ,聊天协议和其 它 私 有 客 户端 应用， 属 于非i n te rn e t 应 用 1 5 。 而 这 些9 0 % 的 应 用都 可以 利 用 一 种更 加 简单的v p n技术一s s l v p n来提供更加有效的解决方案。基于s s l协议的v p n远 程访问方案的更加容易配置和管理，网络配置成本比起目 前主流的i p s e c v p n还要低 -甲一- 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 许多， 所以 许多企业已 经开始转i 利用基于s s l 加密协议的 远程访问 技术来实现v p n 通信了。 s s l =作 在t c p 层之 上。 它 使 用公 钥与 对 称 密 钥 加 密以 交换 信息。 此 种 交 换 通 过 数字签名让客户端使用己 验证的服务器， 还可选择性地通过签名或其他方法让服务 器 验证客户端的合法性， 接着可安全地产生会话密钥进行信息加密并提供完整性检查 11 6 ,171 . s s l可 利用 各种 公 钥( r s a , d s a ) 算 法 (1 3 1 、 对 称密 钥 算法( d e s , 3 d e s , r c 4 ) 和完整性 ( m d 5 , s h a - 1 ) 算法1 4 4 1 s s l v p n的 优势主要表现 在以 下几个方面 1 ( 1 ) 无需安装客户端软件: 在大多数执行基予s s l 协议的远程访问 是不需要在 远程客户端设备上安装软件。 只需通过标准的w e b 浏览 器连接i n t e r n e t ，即 可以 通过 网页访问到企业总部的柯络资源。因此 s s l v p n经常被称之 “ 无客户端” 。 这样无论 是从软件协议购买成本上， 还是从维护、管理成本上都可以节省一大笔资金， 特别是 对于大中型企业和网 络服务提供商。 ( 2 )适用于大多数设备:基于w e b 访r的开放体系可以在标准的浏览器下访问 任何设备，包括非传统设备，如可以上网的电话和 p d a通讯产品。 这些产品目 前正 在逐渐普及，因为它们在不进行远程访问时也是一种非常理想的现代时尚 产品。 ( 3 ) 适用于大多 数操作系统:可以 运行标准浏览器的大多数操作系统都可以 用 来 进行 基于w e b 的 远程 访问 12 41 ， 不 管 操作系 统 是w in d o w s , m a c in to s h , u n i x还 是 l i n u x 。 用户可以 对企业内 部网站和w e b 站点进行全面的访问，非常容易地得到基于 企业内部网站的资源。 ( 4 )支持网络驱动器访问:用户通过s s l v p n通信可以 访问在网络驱动器上的 资源。 ( 5 )良 好的安全性: 用户通过基于s s l 的w e b 访fa7 并不是网 络的真实节点， 就 像i p s e c 安全协议一样。 而且 还可代理访问公司内部资源。因 此， 这种方法可以 非常 安全的， 特别是对于外部用户的访问。 ( 6 )较强的资源控制能力:基于w e b 的代理访问允许公司为远程访问用户进行 详尽的资源访问控制。 ( 7 ) 减少费用: 为 那些简单远程访问用户( 仅需进入公司内部网站或者进行e m a i l 通信) ， 基于s s l的v p n网 络可以非常经济地提供远程访问 服务。 ( 8 )可以绕过防火墙和代理服务器进行访问:基于s s l的远程访问方案中，使 用n a t服务的远 程用户或者i n t e r n e t 代理服务的用户可以从中受益， 因为这种方案可 ， 一一州 一脚 一 一.一护 . . . . . . . . . . 肖 洲 ，一 5 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 以 绕过防火墙和代理服务器进行访问公司资 源2 2 l ， 这是采用基于i p s e c 安全协议的 远 程访问所很难或者根本做不到的。 随着越来越多的公司挣扎于如何权衡访问控制、安全和用户易用， s s l v p n 已 经 给出了 最好的 答案。 在最近i n f o n e t ic s 的 一 份调查 报告中， 他们指出: “ 到2 0 0 3 年， 5 9 % 的移动用户会使用v p n ， 到2 0 0 5 年，这个数字将上升到7 4 %;增加的部分大多 来自s s l v p n ， 因为它可以 避免客户端安装和管理所带来的 麻烦。 ” 权威的i t 研究与 顾问咨询公司g a r t n e r 2 0 0 3 年初统计，称未来全球 s s l v p n 的市场增长速度将达到 1 7 0 %以上。 多家安全公司相继于2 0 0 3 年投入s s l v p n市场， 如安全公司n e t s c r e e n , 美国r a i n b o w ，以 及网 络设备商c i s c o , f 5 等。 i d c分析师指出， 在新应用方面，以 s s l v p n为基础的安全存取将会成为未来企业的 主要形式。 1 .3 系统实现的关键技术 基于s s l的v p n对访问 控制更加有效， 因为实施了用户集中化管理， 所有的远程 访问都是通过v p n服务器接管， 这样可以更加有效地监控用户使用权限。所有访问被 限制在应用层，而且可以将权限细分到一个 u r l或一个文件。这种情况下还要求强 迫执行安全策略和更加全面的管理， 通过确保只有授权用户才能访问机密数据来保证 数据的完整性。 所有通讯都从已打开的w e b 端口 进行通信， 其他端口 或防火墙中可能 存在的漏洞都不会被启用。由于服务器端提供的 代理功能，它可以 将 we b服务器的 d n s 信息隐藏起来， 因此外部对we b 服务器进行攻击的威胁大大减轻。 通常s s l v p n 客户端是通过代理技术为w比和传统的应用程序提供安全保护。 工作方式如图1 1 所 刁t. 1 9 - s s l 请求 香s s l i 噢. g 容户绪 w e b 服务导 图1 1 s s l安全代理示意图 本项目 的基础实现方案是 “ 对象安全” ， 直接把应用层程序移植到s s l层之上， 使之不再直接工作在t c p 层之上， 所有的 这些工作都由 服务 器端下载的a p p l e t 来完 成。 比 如:当用户想要远程登录 ( t e l n e t )到公司内部的一台主机时，本地客户端首 先把请求传送给本地a p p l e t 进程， a p p l e t 对这一 请求进行s s l加密并通过互联网 发 一 一一一-甲一 . 一. 一一一一-一， . -一一一 6 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 送给w e b v p n服务 器端守护进程，进行一系列协商，告知要进行的操作和想要登录 的 机器。 之后， 服务器端应用程序将数据转发给后台 服务器。 因此， 从客户端到s s l v p n服务器的数据都是经过加密的。这样，例如p o p , ma p , f t p等服务都必须只 通过a p p l e t ( j a v a 小 应用程序) 进行传输， 同时由于互联网上防火墙的限制， 企业根 本不必将防火墙上的多个端口 打开，只要将4 4 3 端日 打开即可。 由以上叙述可知，本项目 的关键技术集中在客户端的实现上，主要包括: 0)j a v a 相关技术 本 系 统的 主 要 应 用 程序 都由a p p le t 来实 现a a p p le t 在网 络 应 用方 面 有着强 大的 功 能 但由 于其存在着安全隐患， j a v a 平台 对它存在很多限 制， 使其只能工作在“ 沙箱” 模型之中， 不能 访问 客 户机的 本地资 源。 在本课 题中 采用了 数字签名技术使 a p p l e 摆脱了安全限制。 c 2 )网络协议相关技术 客户端的应用程序和w e b v p n服务器的握手细节。拿t e l n e t 为例，应用层协议 和t c p 协议之间加入了一层s s l 协议。当 客户端请求连接服务器时，不仅要进行传 统t c p 的三次握手， 还要实现v p n系统自己的一次私有握手过程， 用以 通知s s l v p n 服务器要进行的动作和想要登录的机器。 c 3 ) 系统平台相关技术 本系统的平台是基于w e b 浏览器的， 因此存在的一种特殊情况就是用户在浏览器 里加入了代理。 此情况下用户请求会被浏览器代理所接管， 要使得系统依然能够正常 工作，可以从系统注册表来获得相关信息来解决这个问题。 ( 4 ) s s l 相关的认证和加密技术 s s l 协议本身的连接过程和密码加密以 及许多认证技术相关。 1 .4 课压主要研究工作 到目 前为 止， s s l v p n是解决远程用户访问公司内 部敏感数据最简单最安全的解 决技术。 本文从基本的s s l 协议内 容开始， 研究面涉及相关的密钥密码机制， 认证加 密技术，以 及 数字证书 技术和v p n的 体系架构， 还包括所实 现的 一些 应用层协议如 t e ln e t 的 处理 过 程。 同 时 实 现了s s l v p n通 信体 系结 构中 基 于w e b 浏览 器的 客 户 端 应用程序。 主要的研究工作如下: ( 1 ) 分 析s s l 协议 栈， 对 其 协议 的 体 系 结 构和 各 层处 理 流 程 做了 详细 解 析， 并 - 一 一 - -宁 甲 - 7 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 且对s s l 协议从安全性方面进行分析。 ( 2 ) 研究了s s l 相关的一些加密算法和认证 技术， 包括p , s a算法， 和数字证书 机制，作为系统实现的辅助工作。 ( 3 ) 研究了j a v a 平台 上a p p l e t 工作 的 安全 机 制， 对j a v a p lu g - in 的 工 作原 理 给 出了描述，同时实现了对二 l a s s 文件的打包和数字签名。 将传统的应用层协议从 t c p 层移植到了s s l 层之上， 实现了 协议对象安全的 方案。 拼) 设计了w e b v p n的体系结构， 工作过程当中客户端和服务器端的 私有握手 协议，以 及工作流程， 初步完成了s s l v p n客户端几个模块的开发， 使其可以 正常 工作。 一一甲钾-一-一 s 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 z s s l协议分析及安全性研究 本 章首 先 给ib 了s s l 协议 同 其他 几 种 加 密 协议 的毛 皂 较， v究 集 牛 在了s s l 身 的机制上。 s s l 是用来承载应用层协议的， 是这些应用层协议来为用户完成各种任务。 s s l 的工作就是尽可能多地将安全功能 抽象出 来， 以 一种通用的方式来处理安全机制， 为应用层协议提供各种安全服务。 随后;从安全性的角度对s s l 协议做了 总结分析。 最后是对相关加密认证技术的研究。 2 注 s s l协议与其他协议的比 较 2 . 1 . 1 i n与s s l的对比 i p s e c是一种用来代表多种不同 技术的总 称， 这些技术包括:因 特网 安全关 联与 密钥管理协议 ( i s a k mp ) 、因特网密钥交换 ( i k e ) ,认证头信息 ( a h ) 和封装安全 负 载 ( e s p ) . 这些 技术 共同 为i f 通 信 提供 安 全保 障 ,3 l 尽管存在多种差别， i p s e 。 与s s l从概念上讲是非常相似的。 每种协议都有磋商 密钥、参数的握手阶段还有保护通信的数据传输阶段。使用i p s e o ,因为t o 消息是 经过保护的，因此可以安全地使用t c p f i n来关闭 连接，役有必要使用特殊的i p s e c 关闭消息。可以使用 s s l 来保护任何在t c p 层上传输的通信数据的安全， 也可以 使 用i p s e c 来保护任何i p 层上的 数据安全， 其中包括c i d p . s s l 要求将套接字调用替换 为s s l 调用， 而不用对应用进行任何改动就能增加f p s =支持。 i p s e c 要求改动操作系 统，它的一部分执行代码是i p 栈的一部分。 ( i ) 点 认 证 与s s l 不同，i s a k m p 要求对双方进行认证， 这样不方便，因为在许多交互中， 客户端的身份都是不重要的a i s a k m p 允许基于 共享密码的认证s s l 却不支持。 c 2 )中间节点 当以隧道方式通过代理传输h t t p s( 或其他的 基于s s l的应用层协议时，仍 需建立到代理的t c p连接。因此，代理必须能够读取t c p 通了 鲁 一它不能读取的是应 用 层通信。 然而i p s e c 在护层 提供 保护， 因此中 间代理不 能 支持， 可能的 方 . 法是 给中 间节点提供i p s e c 。 当 涉及应用层的中间节点时， i p s e 。 只能 提供链接保护， 而s s l 却 能够提供端到端的保护。 ( 3 )na t 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 由 于i p = 依赖确定到特定主机的s a ，且这 些主机由i p 地址标识， 如果从n 路由 器后面的 主机 上运行i p s e c , n a t 就会产生 严熏问 题。 与之 对照， s s l 完全不受 n a i ， 的影响。 一 i n =的不利之处 就是需要对1 p 栈进行改动t于许多 应用实f l y不需要安么 并 且改 动操作系 统非常不便，因此本项目 采取的 基于应用的s s l 显示出了一定 优势。 2 , 1 .2 s s t . 与 s e t的比 较 s e t t, s e e e i e c t o t t i c t ms c a t i a t ,安全电子 交易幼 碳) 是美国ms a 和m a s t 虎 m d 两 大信 用 卡组 织等联 合予1 9 9 7 年5 月3 1 日 推出 的 用于电 子商 务的 行业规范， 其实质 是一种应用在i n t e rn e t 上、以 信用卡为基础的电 子付款系统规范，目 的是为了 保证网 络交易的安全。 s e t 妥警地解决了 信用卡在电 子商务交易中的交易协议、 信息保密、 资 料完 整以 及身 份认证等问 题 。s e t已 获得i e t f的 认可， 是电 子商务 的发展 方 向。 c 1 ?认证 虽然5 s l 3 . t1 中 通过数字签名和数字证书可实现浏览器和w e b 服务器双方的身 份验证， 攫仍不能实现多方认证;相比 之下，s e i的安全要求较高， 所有参与 s e t 交易的 成员 持卡人、商家、 发卡行、 收单行和支付网关) 都必须申 请数字证书进行 身份识别。 ( 2 )安全性 s e t 协议 规范了 整 个商 务活动的 流程， 从持 卡人到商 家， 刻支付网 关， 剿 认证中 心以及信用卡结算中心之间的信息流走向和必须采用的加密、 认证都制定了严密的标 准， 从而最大限度地保证了商务性、 服务性、 协调 性和集成性。 而s s l 只对持卡人与 商店端的 信息交换进行加密保护， 可以 看作是用子传输的那部分的技术规范。 从电子 商务特性来着， 它并不具备商务性、 服务性、 协调性和集成性。 因此s e t的 安全性比 s s l高。 ( 3 ) m络层协议位置 s s l 是基于传输层的 通用安全协议， 而s e t 位于应用层， 对网 络上其他各层也有 涉及。 ( 4 应用领域 s s l主要是和w e l l 应用一 起笙作， 而s e t是为 信用卡交易提供安全，因 此如果 电 子商务 应用只是通过w e b 或是电 子邮 件， 则可以 不要s e t . 但如果电 子商务 应用是 一个涉及多方交易的过程，则 使用s e t 更安全、 更通耀一些。 也 - - - 一 -甲 少 一一一卯 一月 一一 王 0 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 由于两协议所处的网 络层次 不同， 为电 子商务 提供的服务也不相同， 因此在实践 中应根据具体情况来选择独立使用或两者混合使用。 s s l 协议实现简单， 独立于应用 层协议，大部分内置于浏览器和we b 服务器中，因此本项目 选择基于s s l 协议开发。 2 .2 s s l协议分析 s s l协议是用于对 t c p / i p数据流进行加密的协议，同时 还包括了身份认证和数 据完整性校验等内容。 它具有保护传输数据以及识别通信机器的功能。目 前s s l的最 新版本 是1 9 9 6 年n e t s c a p e 公司 在s s l v 2 的 基础上 提出 的 第三版本s s l v 3 ， 该 版本得 到了 广泛的 应 用，已 经 成为 业 界 标 准， n e t s c a p e 和 微软的i e等 流行的 浏 览 器均 支持 该协议。 s s l运行于t c p / i p 之上，几乎可以 被应用于任何类型的面向连接的通信2 4 1最 普遍的情况是用来为h t t p 提供安全保障。 当h t t p 使用了s s l 提供的保护， 就被称 为h t t p s 。 现在几乎所有的浏览器都支持h t i p s 连接， 可以与一个支持s s l的w e b 服务器之间实现安全的通信。 s s l所提供的安全连接具有以 下基本特性: ( 1 ) 连接具有私有性: 数据加密采用对称加密算法 ( 如d e s , r c