北京中天鼎泰投资公司:防火墙介绍

防火墙介绍

----Internet的日益普及，互联网上的浏览访问，不仅使数据传输量增加，网络被攻击的可能性增大，而且由于Internet的开放性，网络安全防护的方式发生了根本变化，使得安全问题更为复杂。传统的网络强调统一而集中的安全管理和控制，可采取加密、认证、访问控制、审计以及日志等多种技术手段，且它们的实施可由通信双方共同完成；而由于Internet是一个开放的全球网络，其网络结构错综复杂，因此安全防护方式截然不同。Internet的安全技术涉及传统的网络安全技术和分布式网络安全技术，且主要是用来解决如何利用Internet进行安全通信，同时保护内部网络免受外部攻击。在此情形下，防火墙技术应运而生。

防火墙技术是建立在现代通信网络技术和信息安全技术基础上的应用性安全技术，越来越多地应用于专用网络与公用网络的互联环境之中，尤其以接入Internet网络为最甚。

防火墙的概念

1. 什么是防火墙？

防火墙是设置在被保护网络和外部网络之间的一道屏障，以防止发生不可预测的、潜在破坏性的侵入。防火墙是指设置在不同网络（如可信任的企业内部网和不可信的公共网）或网络安全域之间的一系列部件的组合。它是不同网络或网络安全域之间信息的唯一出入口，能根据企业的安全政策控制（允许、拒绝、监测）出入网络的信息流，且本身具有较强的抗攻击能力。它是提供信息安全服务，实现网络和信息安全的基础设施。

防火墙可通过监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，尽可能地对外部屏蔽网络内部的信息、结构和运行状况，以此来实现网络的安全保护。

2. 防火墙的实质

防火墙包含着一对矛盾( 或 称 机 制)：一方面它限制数据流通，另一方面它又允许数据流通。由于网络的管理机制及安全策略(security policy)不同，因此这对矛盾呈现出不同的表现形式。

存在两种极端的情形：第一种是除了非允许不可的都被禁止，第二种是除了非禁止不可都被允许。第一种的特点是安全但不好用，第二种是好用但不安全，而多数防火墙都在两者之间采取折衷。

这里所谓的好用或不好用主要指跨越防火墙的访问效率。在确保防火墙安全或比较安全前提下提高访问效率是当前防火墙技术研究和实现的热点。

3. 使用Firewall的益处

·   保护脆弱的服务

通过过滤不安全的服务，Firewall可以极大地提高网络安全和减少子网中主机的风险。例如，Firewall可以禁止NIS、NFS服务通过，Firewall同时可以拒绝源路由和ICMP重定向封包。

·   控制对系统的访问

Firewall可以提供对系统的访问控制。如允许从外部访问某些主机，同时禁止访问另外的主机。例如，Firewall允许外部访问特定的Mail Server和Web Server。

·   集中的安全管理

Firewall对企业内部网实现集中的安全管理，在Firewall定义的安全规则可以运行于整个内部网络系统，而无须在内部网每台机器上分别设立安全策略。Firewall可以定义不同的认证方法，而不需要在每台机器上分别安装特定的认证软件。外部用户也只需要经过一次认证即可访问内部网。

·   增强的保密性

使用Firewall可以阻止攻击者获取攻击网络系统的有用信息，如Figer和DNS。

·   记录和统计网络利用数据以及非法使用数据

Firewall可以记录和统计通过Firewall的网络通讯，提供关于网络使用的统计数据，并且，Firewall可以提供统计数据，来判断可能的攻击和探测。

·   策略执行

Firewall提供了制定和执行网络安全策略的手段。未设置Firewall时，网络安全取决于每台主机的用户。

防火墙的功能

·   防火墙是网络安全的屏障：

一个防火墙（作为阻塞点、控制点）能极大地提高一个内部网络的安全性，并通过过滤不安全的服务而降低风险。由于只有经过精心选择的应用协议才能通过防火墙，所以网络环境变得更安全。如防火墙可以禁止诸如众所周知的不安全的NFS协议进出受保护网络，这样外部的攻击者就不可能利用这些脆弱的协议来攻击内部网络。防火墙同时可以保护网络免受基于路由的攻击，如IP选项中的源路由攻击和ICMP重定向中的重定向路径。防火墙应该可以拒绝所有以上类型攻击的报文并通知防火墙管理员。

·   防火墙可以强化网络安全策略：

通过以防火墙为中心的安全方案配置，能将所有安全软件（如口令、加密、身份认证、审计等）配置在防火墙上。与将网络安全问题分散到各个主机上相比，防火墙的集中安全管理更经济。例如在网络访问时，一次一密口令系统和其它的身份认证系统完全可以不必分散在各个主机上，而集中在防火墙一身上。

·   对网络存取和访问进行监控审计：

如果所有的访问都经过防火墙，那么，防火墙就能记录下这些访问并作出日志记录，同时也能提供网络使用情况的统计数据。当发生可疑动作时，防火墙能进行适当的报警，并提供网络是否受到监测和攻击的详细信息。另外，收集一个网络的使用和误用情况也是非常重要的。首先的理由是可以清楚防火墙是否能够抵挡攻击者的探测和攻击，并且清楚防火墙的控制是否充足。而网络使用统计对网络需求分析和威胁分析等而言也是非常重要的。

·   防止内部信息的外泄：

通过利用防火墙对内部网络的划分，可实现内部网重点网段的隔离，从而限制了局部重点或敏感网络安全问题对全局网络造成的影响。再者，隐私是内部网络非常关心的问题，一个内部网络中不引人注意的细节可能包含了有关安全的线索而引起外部攻击者的兴趣，甚至因此而暴漏了内部网络的某些安全漏洞。使用防火墙就可以隐蔽那些透漏内部细节如Finger，DNS等服务。Finger显示了主机的所有用户的注册名、真名，最后登录时间和使用shell类型等。但是Finger显示的信息非常容易被攻击者所获悉。攻击者可以知道一个系统使用的频繁程度，这个系统是否有用户正在连线上网，这个系统是否在被攻击时引起注意等等。防火墙可以同样阻塞有关内部网络中的DNS信息，这样一台主机的域名和IP地址就不会被外界所了解。

除了安全作用，防火墙还支持具有Internet服务特性的企业内部网络技术体系VPN。通过VPN，将企事业单位在地域上分布在全世界各地的LAN或专用子网，有机地联成一个整体。不仅省去了专用通信线路，而且为信息共享提供了技术保障。

防火墙的技术分类

防火墙技术可根据防范的方式和侧重点的不同而分为很多种类型，但总体来讲可分为包过滤、应用级网关和代理服务器等几大类型。

1. 数据包过滤型防火墙

·   数据包过滤(Packet Filtering)技术是在网络层对数据包进行选择，选择的依据是系统内设置的过滤逻辑，被称为访问控制表(Access Control Table)。通过检查数据流中每个数据包的源地址、目的地址、所用的端口号、协议状态等因素，或它们的组合来确定是否允许该数据包通过。

·   数据包过滤防火墙逻辑简单，价格便宜，易于安装和使用，网络性能和透明性好，它通常安装在路由器上。路由器是内部网络与Internet连接必不可少的设备，因此在原有网络上增加这样的防火墙几乎不需要任何额外的费用。

·   数据包过滤防火墙的缺点有二：一是非法访问一旦突破防火墙，即可对主机上的软件和配置漏洞进行攻击；二是数据包的源地址、目的地址以及IP的端口号都在数据包的头部，很有可能被窃听或假冒。

·   分组过滤或包过滤，是一种通用、廉价、有效的安全手段。之所以通用，因为它不针对各个具体的网络服务采取特殊的处理方式；之所以廉价，因为大多数路由器都提供分组过滤功能；之所以有效，因为它能很大程度地满足企业的安全要求。 所根据的信息来源于IP、TCP或UDP包头。

·   包过滤的优点是不用改动客户机和主机上的应用程序，因为它工作在网络层和传输层，与应用层无关。但其弱点也是明显的：据以过滤判别的只有网络层和传输层的有限信息，因而各种安全要求不可能充分满足；在许多过滤器中，过滤规则的数目是有限制的，且随着规则数目的增加，性能会受到很大地影响；由于缺少上下文关联信息，不能有效地过滤如UDP、RPC一类的协议；另外，大多数过滤器中缺少审计和报警机制，且管理方式和用户界面较差；对安全管理人员素质要求高，建立安全规则时，必须对协议本身及其在不同应用程序中的作用有较深入的理解。因此，过滤器通常是和应用网关配合使用，共同组成防火墙系统。

2. 应用级网关型防火墙

·   应用级网关(Application Level Gateways)是在网络应用层上建立协议过滤和转发功能。它针对特定的网络应用服务协议使用指定的数据过滤逻辑，并在过滤的同时，对数据包进行必要的分析、登记和统计，形成报告。实际中的应用网关通常安装在专用工作站系统上。

·   数据包过滤和应用网关防火墙有一个共同的特点，就是它们仅仅依靠特定的逻辑判定是否允许数据包通过。一旦满足逻辑，则防火墙内外的计算机系统建立直接联系，防火墙外部的用户便有可能直接了解防火墙内部的网络结构和运行状态，这有利于实施非法访问和攻击。

3. 代理服务型防火墙

·   代理服务(Proxy Service)也称链路级网关或TCP通道(Circuit Level Gateways or TCP Tunnels)，也有人将它归于应用级网关一类。它是针对数据包过滤和应用网关技术存在的缺点而引入的防火墙技术，其特点是将所有跨越防火墙的网络通信链路分为两段。防火墙内外计算机系统间应用层的" 链接"，由两个终止代理服务器上的" 链接"来实现，外部计算机的网络链路只能到达代理服务器，从而起到了隔离防火墙内外计算机系统的作用。

·   此外，代理服务也对过往的数据包进行分析、注册登记，形成报告，同时当发现被攻击迹象时会向网络管理员发出警报，并保留攻击痕迹。

·   应用代理型防火墙是内部网与外部网的隔离点，起着监视和隔绝应用层通信流的作 用。同时也常结合入过滤器的功能。它工作在OSI模型的最高层，掌握着应用系统中可用作安全决策的全部信息。

4. 复合型防火墙

由于对更高安全性的要求，常把基于包过滤的方法与基于应用代理的方法结合起来，形成复合型防火墙产品。这种结合通常是以下两种方案。

·   屏蔽主机防火墙体系结构：在该结构中，分组过滤路由器或防火墙与Internet相连，同时一个堡垒机安装在内部网络，通过在分组过滤路由器或防火墙上过滤规则的设置，使堡垒机成为Internet上其它节点所能到达的唯一节点，这确保了内部网络不受未授权外部用户的攻击。

·   屏蔽子网防火墙体系结构：堡垒机放在一个子网内，形成非军事化区，两个分组过滤路由器放在这一子网的两端，使这一子网与Internet及内部网络分离。在屏蔽子网防火墙体系结构中，堡垒主机和分组过滤路由器共同构成了整个防火墙的安全基础。

防火墙主要技术

先进的防火墙产品将网关与安全系统合二为一，具有以下技术与功能。

·   双端口或三端口的结构

新一代防火墙产品具有两个或三个独立的网卡，内外两个网卡可不作IP转化而串接于内部网与外部网之间，另一个网卡可专用于对服务器的安全保护。

·   透明的访问方式

以前的防火墙在访问方式上要么要求用户作系统登录，要么需要通过SOCKS等库路径修改客户机的应用。新一代防火墙利用了透明的代理系统技术，从而降低了系统登录固有的安全风险和出错概率。

·   灵活的代理系统

代理系统是一种将信息从防火墙的一侧传送到另一侧的软件模块。新一代防火墙采用了两种代理机制，一种用于代理从内部网络到外部网络的连接，另一种用于代理从外部网络到内部网络的连接。前者采用网络地址转换（NAT）技术来解决，后者采用非保密的用户定制代理或保密的代理系统技术来解决。

·   多级的过滤技术

为保证系统的安全性和防护水平，新一代防火墙采用了三级过滤措施，并辅以鉴别手段。在 分组过滤一级，能过滤掉所有的源路由分组和假冒的IP源地址；在应用级网关一级，能利用FTP、SMTP等各种网关，控制和监测Internet提供的所用通用服务；在电路网关一级，实现内部主机与外部站点的透明连接，并对服务的通行实行严格控制。

·   网络地址转换技术（NAT）

新一代防火墙利用NAT技术能透明地对所有内部地址作转换，使外部网络无法了解内部网络的内部结构，同时允许内部网络使用自己定制的IP地址和专用网络，防火墙能详尽记录每一个主机的通信，确保每个分组送往正确的地址。

同时使用NAT的网络，与外部网络的连接只能由内部网络发起，极大地提高了内部网络的安全性。 NAT的另一个显而易见的用途是解决IP地址匮乏问题。

·   Internet网关技术

由于是直接串连在网络之中，新一代防火墙必须支持用户在Internet互连的所有服务，同时还要防止与Internet服务有关的安全漏洞。故它要能以多种安全的应用服务器（包括FTP、 Finger、mail、Ident、News、WWW等）来实现网关功能。为确保服务器的安全性，对所有的文件和命令均要利用"改变根系统调用（chroot）"作物理上的隔离。

在域名服务方面，新一代防火墙采用两种独立的域名服务器，一种是内部DNS服务器，主要处理内部网络的DNS信息，另一种是外部DNS服务器，专门用于处理机构内部向Internet提供的部份DNS信息。

在匿名FTP方面，服务器只提供对有限的受保护的部份目录的只读访问。在WWW服务器中，只支持静态的网页，而不允许图形或CGI代码等在防火墙内运行，在Finger服务器中，对外部访问，防火墙只提供可由内部用户配置的基本的文本信息，而不提供任何与攻击有关的系统信息。SMTP与POP邮件服务器要对所有进、出防火墙的邮件作处理，并利用邮件映射与标头剥除的方法隐除内部的邮件环境，Ident服务器对用户连接的识别作专门处理，网络新闻服务则为接收来自ISP的新闻开设了专门的磁盘空间。

·   安全服务器网络（SSN）

为适应越来越多的用户向Internet上提供服务时对服务器保护的需要，新一代防火墙采用分别保护的策略对用户上网的对外服务器实施保护，它利用一张网卡将对外服务器作为一个独立网络处理，对外服务器既是内部网的一部分，又与内部网关完全隔离。这就是安全服务器网络（SSN）技术，对SSN上的主机既可单独管理，也可设置成通过FTP、Telnet等方式从内部网上管理。

SSN的方法提供的安全性要比传统的"隔离区（DMZ）"方法好得多，因为SSN与外部网之间有防火墙保护，SSN与内部网之间也有防火墙的保护，而DMZ只是一种在内、外部网络网关之间存在的一种防火墙方式。换言之，一旦SSN受破坏，内部网络仍会处于防火墙的保护之下，而一旦DMZ受到破坏，内部网络便暴露于攻击之下。

·   用户鉴别与加密

为了降低防火墙产品在Telnet、FTP等服务和远程管理上的安全风险，鉴别功能必不可少，新一代防火墙采用一次性使用的口令字系统来作为用户的鉴别手段，并实现了对邮件的加密。

·   用户定制服务

为满足特定用户的特定需求，新一代防火墙在提供众多服务的同时，还为用户定制提供支持，这类选项有：通用TCP，出站UDP、FTP、SMTP等类，如果某一用户需要建立一个数据库的代理，便可利用这些支持，方便设置。

·   审计和告警

新一代防火墙产品的审计和告警功能十分健全，日志文件包括：一般信息、内核信息、核心信息、接收邮件、邮件路径、发送邮件、已收消息、已发消息、连接需求、已鉴别的访问、告警条件、管理日志、进站代理、FTP代理、出站代理、邮件服务器、名服务器等。告警功能会守住每 一个TCP或UDP探寻，并能以发出邮件、声响等多种方式报警。 此外新一代防火墙还在网络诊断，数据备份与保全等方面具有特色。

防火墙的系统环境

防火墙应该建立在安全的操作系统之上，而安全的操作系统来自于对专用操作系统的安全加固和改造，从现有的诸多产品看，对安全操作系统内核的固化与改造主要从以下几方面进行：取消危险的系统调用；限制命令的执行权限；取消IP的转发功能；检查每个分组的接口；采用随机连接序号；驻留分组过滤模块；取消动态路由功能；采用多个安全内核，等等。

设置防火墙的要素

·   网络策略

影响Firewall系统设计、安装和使用的网络策略可分为两级，高级的网络策略定义允许和禁止的服务以及如何使用服务，低级的网络策略描述Firewall如何限制和过滤在高级策略中定义的服务。

·   服务访问策略

服务访问策略集中在Internet访问服务以及外部网络访问（如拨入策略、SLIP/PPP连接等）。服务访问策略必须是可行的和合理的。可行的策略必须在阻止已知的网络风险和提供用户服务之间获得平衡。典型的服务访问策略是：允许通过增强认证的用户在必要的情况下从Internet访问某些内部主机和服务；允许内部用户访问指定的Internet主机和服务。

·   防火墙设计策略

防火墙设计策略基于特定的Firewall，定义完成服务访问策略的规则。通常有两种基本的设计策略：允许任何服务除非被明确禁止；禁止任何服务除非被明确允许。第一种的特点是安全但不好用，第二种是好用但不安全，通常采用第二种类型的设计策略。 而多数防火墙都在两种之间采取折衷。

·   增强的认证

许多在Internet上发生的入侵事件源于脆弱的传统用户/口令机制。多年来，用户被告知使用难于猜测和破译口令，虽然如此，攻击者仍然在Internet上监视传输的口令明文，使传统的口令机制形同虚设。增强的认证机制包含智能卡，认证令牌，生理特征（指纹）以及基于软件（RSA）等技术，来克服传统口令的弱点。虽然存在多种认证技术，它们均使用增强的认证机制产生难被攻击者重用的口令和密钥。目前许多流行的增强机制使用一次有效的口令和密钥（如SmartCard和认证令牌）。

防火墙的抗攻击能力

作为一种安全防护设备，防火墙在网络中自然是众多攻击者的目标，故抗攻击能力也是防火墙的必备功能。 网络攻击手段一般包括IP地址假冒攻击、病毒攻击、口令字探询攻击、网络安全性分析攻击、邮件诈骗攻击等。

防火墙的局限性

尽管利用防火墙可以保护安全网免受外部黑客的攻击，但其目的只是能够提高网络的安全性，不可能保证网络绝对安全。事实上仍然存在着一些防火墙不能防范的安全威胁，如防火墙不能防范不经过防火墙的攻击。例如，如果允许从受保护的网络内部向外拨号，一些用户就可能形成与Internet的直接连接。另外，防火墙很难防范来自于网络内部的攻击以及病毒的威胁。

对防火墙技术的展望

考虑到Internet发展的凶猛势头和防火墙产品的更新步伐，要全面展望防火墙技术的发展几乎是不可能的，但是，从产品及功能上，却又可以看出一些动向和趋势，下面诸点可能是下一步的走向和选择：

·   防火墙将从目前对子网或内部网管理的方式向远程上网集中管理的方式发展；

·   过滤深度不断加强，从目前的地址、服务过滤，发展到URL（页面）过滤，关键字过滤和对Active X、Java等的过滤，并逐渐有病毒扫除功能。

·   利用防火墙建立专用网（VPN）是较长一段时间的用户使用的主流，IP的加密需求越来越强，安全协议的开发是一大热点；

·   对网络攻击的检测和告警将成为防火墙的重要功能；

·   安全管理工具不断完善，特别是可疑活动的日志分析工具等将成为防火墙产品中的一部分。