基于802.1X的校园网接入认证安全防御

文/刘梅

基于802.1X的校园网接入认证安全防御

文/刘梅

网络接入认证是保障网络整体安全的首要条件，也是其重要环节之一。802.1X认证作为入口级安全防御机制，有效地解决了校园网中管理难度大、计费策略不灵活、不安全访问权限等问题，然而认证后网络中还存在中间人攻击、拒绝服务攻击等安全隐患，采用ARP入侵检测和IP过滤安全防御机制可完美解决此类网络问题。

由于国家十二五规划纲要把教育信息化列为其中重要的一项，校园网信息化建设高速发展。

随着网络用户数量急剧增加，网络管理问题和安全问题日趋严峻，针对校园网用户多且分散、流动性强，用户对网络需求各异等特点，亟需营造一个安全可靠、可运营、可管理的网络，给用户提供一个便捷、畅通的网络环境。为实现此目标，迫切需要一种合理、细致的管理机制和计费手段。接入认证系统和收费计费系统结合可达到此要求。

网络上传统的认证系统如PPPoE和Web/Portal认证方式，越来越不适应网络规模增大和用户需求多样性的要求，使得传统认证的弊端日益突显。基于此背景下，IEEE 802.1X通过对认证方式和认证体系结构进行优化，有效地解决了传统PPPoE和Web/Portal认证方式带来的问题，消除了网络瓶颈，减轻了网络封装开销，降低了建网成本，从而受到当前校园网选择的热捧。然而简单的使用802.1X认证仍然存在一些安全隐患，故需要采用安全防御机制来解决。本文首先介绍了接入认证方式及利弊，然后阐述了802.1X原理及认证过程，接着详细介绍了802.1X在校园网中存在的隐患，最后提出了两种安全防御机制并可兼容802.1X认证。

接入认证方式及利弊

目前主要的接入认证方式有三种：PPPoE认证方式、Web/Portal认证方式和802.1X认证方式。

1．PPPoE认证方式：PPPoE是在IETF RFC标准基础上研发的点对点协议，是目前应用最为普遍的家庭用户接入方式之一。它将以太网技术、局域网和点对点协议的可扩展性及管理控制功能结合在一起，通过类似拨号方式，为用户提供简单方便的宽带接入服务。此接入方式的优势在于和原有窄带网络用户接入认证体系一致，易于用户接受。然而不足之处在于局端接入设备开销大，容易形成单点瓶颈，且设备昂贵。

2．Web/Portal认证方式：Web认证运用广泛，它依托于W e b浏览器，通过HTTP以及HTTPS协议和Web认证服务器进行交互认证。该认证方式可以很方便地利用Web服务器推出Portal和广告等增值业务，有利于达到引导用户和宣传业务的效果。其优点在于不需要特定的客户端软件，可以降低运营成本，同时可提供Portal等增值业务。缺点是Web/Portal承载于7层协议之上，多采用出口网关设备，内网存在的安全隐患，如BBS论坛出现过激言论或某I P攻击服务器等行为都无法追踪。

3．802.1X认证方式：802.1X认证，称为基于端口的访问控制协议认证，它将传统的出口控制迁移到入口控制，实现对端口的用户级的接入控制，对大规模的LAN接入和W L A N应用有很好的安全防护作用。其优势是认证与业务分离有利于解决网络瓶颈，对设备的整体性能要求不高，有效降低建网成本。弱点是需要特定的客户端，ARP攻击、IP伪造等安全问题仍未解决。

802.1X原理及认证过程

802.1X是根据用户账号或设备，对网络客户端（或端口）进行鉴权的标准。此过程又叫做“端口级别的鉴权”，它只适合于此环境：接入用户设备与接入端口间点到点的连接方式。其中的端口可以是物理的端口，也可以是用户设备的M A C地址。由于基于物理端口的控制方式需要认证交换机直接连接用户来实现，提升了交换机成本，导致建网成本增加。在经费比较短缺的校园领域中，网络认证目前普遍使用基于用户设备的MAC地址控制方式。把用户设备的M A C地址看成端口，每个MAC地址有两个逻辑端口：受控和不受控端口。MAC地址处于激活状态是认证的前提条件，否则无法进行认证。在802.1X协议体系结构中，必须同时具备客户端、接入认证交换机和认证服务器三者，才能够完成基于端口的访问控制的用户认证和授权。认证过程如图1所示。

图1

802.1X在校园网中存在的安全隐患

在缺乏保护的共享式网段中，简单地使用标准802.1X协议，容易造成如中间人攻击、会话劫持攻击、拒绝服务攻击、IP地址伪造、M A C地址伪造、网络接入盗用等安全隐患。用标准802.1X认证在认证通过后的安全性成为很大问题，而且其无法满足网络接入管理控制的需求。

因此，要使用802.1X认证就必须对其进行相关的扩展。在用户认证前，对被认证者进行详细的检查，这些检查不仅仅包括用户名和密码，还可以包括用户设备IP、用户设备MAC、认证交换机IP、认证交换机端口等。

在通过认证后，通过控制交换设备，可以进行IP绑定、MAC绑定、ACL配置等工作，提高其认证后的安全性。然而据了解，目前校园网中运用广泛的H3C认证系统和锐捷认证系统基本框架是用户名与用户设备IP、用户设备MAC、认证交换机I P、认证交换机端口信息的绑定，在接入认证交换机上仅仅绑定用户设备MAC与端口对应，而用户设备IP并未真正绑定到接入认证交换机上。所以，接入认证交换机上的绑定其实是一种壹儆绑定，易发生安全问题。

1．中间人攻击：它是一种“间接”的入侵攻击，这种攻击模式是一台黑客主机通过各种技术手段给两台直接通信主机发送伪造ARP应答报文，使两台直接通信主机间接通过黑客主机通信，此过程中黑客主机可窃取和篡改传递信息。通常，这种“拦截数据-修改数据-发送数据”的过程就被称为“会话劫持”。

2．拒绝服务攻击：是指攻击者利用攻击工具向服务器发送大量伪造不同源IP地址的连接请求报文，造成交换机CPU持续上升，网络资源耗尽，使网络无法正常工作。

3．网络接入盗用：是指盗用合法用户信息（如用户名、密码、IP地址、MAC地址等）接入上网，导致他人I P冲突、流量丢失或者无法上网等。

基于802.1X的接入认证安全防御

用户通过802.1X接入认证后成为合法用户，但成为合法用户只是跨越网络安全问题的第一道门槛。合法用户会因为中毒而被动、或者好奇而主动发送欺骗类报文到网络中，从而导致其他用户不能正常访问网络。对网络管理部门而言，大量的投诉与咨询会不断收到。交换机作为网络接入的入口设备，如果能将这类欺骗报文隔离在外，仅允许合法报文进入网络，则可完美解决因此而带来的网络问题。协同采用ARP入侵检测和IP过滤安全防御机制可解决此类问题。

ARP入侵检测防御

为了防止黑客或攻击者通过ARP报文实施中间人攻击或会话劫持攻击，需要使用交换机网络（通过交换机传输）代替共享式网络（通过集线器传输），此外还需要使用静态ARP、捆绑MAC地址+IP地址等ARP入侵检测功能来限制欺骗。用户可以通过配置信任端口，灵活控制ARP报文检测。对于来自信任端口的所有ARP报文不进行检测，对其他端口的ARP报文检测其源MAC地址、源IP地址等信息与DHCP Snooping表或手工配置的IP静态绑定表项是否一致，一致则认为是合法ARP报文，进行转发；否则直接丢弃。

IP过滤防御

为了防止拒绝服务攻击和I P地址伪造，交换机可以通过DHCP Snooping表和IP静态绑定表，对非法IP报文进行过滤。交换机对IP报文的过滤方式有两种：根据报文中的源IP地址进行过滤和根据报文中的源IP地址和源MAC地址进行过滤。如果报文中信息与DHCP Snooping表或手工配置的IP静态绑定表项一致，则认为是合法的报文，进行转发；否则认为是非法报文，直接丢弃。

ARP入侵检测+IP过滤防御

前文中提到802.1X认证虽然可以检测用户名、用户IP地址、用户MAC地址等信息，但其实是基于用户MAC地址+交换机端口绑定的，要想实现ARP入侵检测防御和IP过滤防御，就必需在接入认证交换机上做到“真实”的用户IP地址+用户MAC地址+交换机端口的绑定。这样不但可以防止中间人攻击和拒绝服务攻击等，还可以避免大部分网络接入盗用情况。但是仍存在一种盗用情况尚未解决：影子用户，即与合法用户完全相同的用户名、密码、IP地址、MAC地址信息等。针对这种情况则需要更多的信息绑定来防止盗用，如VLAN或PC标识等。

对于DHCP动态分配IP模式，用户通过802.1X认证后，DHCP服务器下发IP地址，经过接入认证交换机时形成D H C P Snooping表绑定用户IP地址+用户MAC地址+交换机端口。然而动态分配IP模式，存在着非法用户伪造合法用户申请IP地址和网络参数，可能造成IP地址浪费。

对于静态分配IP模式，用户可以手工配置IP静态绑定表项，但当网络规模较大时，手工配置工作量增加，显然不太现实。由于802.1X认证服务器存在一个数据库，数据库中包含用户名、用户IP地址、用户M A C地址等对应信息表项，故可以通过802.1X认证服务器下发用户IP地址、用户MAC地址等表项到接入认证交换机，这样可避免手工配置的麻烦，降低网络维护成本，从而达到用户IP地址+用户MAC地址+交换机设备+交换机端口的绑定关系。

在混合地址分配环境下，即IP地址的动态分配与静态分配结合情况，基于802.1X都可以很好地做到IP+MAC绑定关系来抵御中间人攻击、拒绝服务攻击、IP地址伪造、MAC地址伪造、网络接入盗用等安全威胁，有利于营造一个安全可靠、可运营、可管理的网络环境。

本文探讨了基于802.1X的校园网接入认证安全防御，采用802.1X认证技术，结合ARP入侵检测防御和IP过滤防御机制，经过在校园网实际应用中，表明这些机制有助于校园网管理、维护工作，能够很好地解决校园网难管理及安全问题，可减少管理和维护工作，提升校园网的安全性，能够为校园信息化建设提供重要的支撑平台。

（作者单位为华南理工大学信息网络工程研究中心）

[1]谢希仁.计算机网络[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[2]刘小飞.多种宽带接入认证方式[J]. 产业与科技论坛，2011（07）：134-135.

[3]罗汉云, 宋勇.802.1X认证技术分析[J].安庆师范学院学报：自然科学版，2009,15(1).

[4]于承斌, 崔蒙, 尚年等. 基于802.1X的认证系统防ARP欺骗技术[J]. 信息技术,2009(1).