CN100339845C - 基于状态检测的链路层统一资源定位符过滤的方法 - Google Patents

基于状态检测的链路层统一资源定位符过滤的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于状态检测的链路层统一资源定位符过滤的方法，首先，接收到达的数据包；其次，对该数据包进行状态检测、端口匹配和协议检查；然后，如果该数据包未通过上述的状态检测、端口匹配和协议检查，则结束；最后，提取出数据包的URL信息，进行过滤处理。本发明解决了目前防火墙不能对链路层和网络层转发的HTTP数据包进行URL过滤的问题；可对应用层代理、链路层桥下转发、网络层路由或NAT(网络地址转换)伪装三种情况下数据包进行URL过滤；同时，采用状态检测、端口匹配、协议检测技术可以有效地减少拆包过滤检查的数据包数量，提高了过滤的效率；其改进了传统URL过滤串匹配搜索的方法，大大提高了匹配效率，节省了查找时间。

Description

基于状态检测的链路层统一资源定位符过滤的方法
技术领域：
本发明涉及一种基于状态检测的链路层统一资源定位符(UniformResource Locator，简称为URL)过滤的方法，特别是指一种内容过滤中对URL进行过滤的方法，属于计算机信息处理和计算机网络安全技术领域。
背景技术：
互联网为人们获取信息带来了巨大的便利，但是，目前的因特网也存在着大量的垃圾信息和黄色信息，而用户一般希望能在防火墙上将这些信息或相应的网站过滤掉；或者，单位用户希望在上班时间只允许职工访问某些网站；因此在包过滤防火墙中实现URL过滤功能就十分必要。
目前，业界的URL过滤技术基本上是在应用层实现，相应的防火墙只有作为应用层代理时，才可以进行URL过滤。而对于最常用的企业、政府和网站应用环境，防火墙在链路层或网络层做包过滤和数据转发时，却不具备URL过滤的功能。
此外，当前的URL过滤技术对每一个到达应用层的数据包都要进行拆包检查过滤，这种技术一方面受限于代理的处理性能而严重影响过滤速度，另一方面由于URL搜索过滤也严重降低了代理的性能。传统方法无法辨别哪些数据包需要拆包检查过滤，哪些数据包不需要检查，因而，这种方法不能大幅度提高过滤效率。
参见图2，当前的代理型URL过滤技术对每一个到达应用层的数据包都要进行拆包检查过滤，这种方案一方面受限于代理的处理性能而严重影响过滤速度，另一方面由于URL搜索匹配过滤，也同时降低了代理的性能。例如：业界通用的URL过滤方法是：当用户访问某网站的URL，要在URL黑名单里进行串匹配，如果用户访问的URL子串中包含有“URL黑名单”里所含有的子串，则不允许具有该URL的报文通过防火墙。这种方法虽然简单，但存在效率低下的问题，尤其是URL黑名单中的数目很大时，如几百、几千甚至上万，每一个HTTP数据包通过都需要做同样匹配搜索，因此平均一次匹配所花的时间就会非常多。具体匹配所花费的时间可以用如下的公式计算：
TC＝t×n
其中，TC为匹配一条URL的时间，t为匹配一条URL黑名单的平均时间，n为URL黑名单的条数。
由此可见，在串匹配方法一定的情况下，n值越大，TC的值就越大，这种增长速率是线性的；而查找时间的线性增长对防火墙性能的影响是非常严重的问题。很明显，传统的URL过滤技术无法满足在高速网络环境下大吞吐量URL过滤的性能需要。
发明内容：
本发明目的主要目的在于提供一种基于状态检测的链路层URL过滤的方法，解决目前防火墙不能对链路层和网络层转发的超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol，简称HTTP)数据包进行URL过滤的问题；其可以对应用层代理、链路层桥下转发、网络层NAT伪装(网络地址转换)三种情况下数据包进行URL过滤；
本发明目的另一目的在于提供一种基于状态检测的链路层URL过滤的方法，提出一种基于状态检测机制的URL过滤引擎框架，可以有效地减少拆包过滤检查的数据包数量，提高过滤的效率；
本发明目的又一目的在于提供一种基于状态检测的链路层URL过滤的方法，改进传统URL过滤串匹配搜索方法，提出快速URL过滤缓存查询的方法，配合黑/白名单子串查询，大大提高匹配效率，节省查找时间。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于状态检测的链路层URL过滤的方法，至少包括如下的步骤：
步骤1：防火墙操作系统内核接收到达的数据包；
步骤2：防火墙操作系统内核对该数据包进行状态检测、端口匹配和HTTP协议检查；
步骤3：如果该数据包未通过上述的状态检测、端口匹配和协议检查，则结束；
步骤4：提取出数据包的URL信息，并采用哈希函数对其进行过滤处理。
上面所述的状态检测是指进行一个判断，即：如果该数据包为HTTP端口的已经建立连接的TCP数据包，则进行URL过滤检查；否则就放行该数据包。
端口匹配则是从状态表中提取出数据包所在的端口，检查是否为端口列表中记录的端口，如果是，才对该数据包进行过滤，否则就放行该数据包。
所述的协议检查为：检查数据包是否为HTTP协议数据包，并且请求方法为请求指定的页面信息(GET)时则对该数据包过滤，否则放行该数据包。
上面所述的步骤4具体包括如下的过滤处理：
步骤41：首先进行哈希处理
步骤42：在URL缓存哈希表中进行快速匹配；
步骤43：如果在URL缓存哈希表中匹配到，则立即通过；否则进入URL黑名单或URL白名单子串列表中查询。
如上所述：当进入黑名单子串列表中查询时，如果查到，该URL拒绝通过；没查到，该URL放行通过，并将该URL插入缓存哈希表中。
如上所述：当进入白名单子串列表中查询时，如果查到，该URL放行通过，并将该URL插入缓存哈希表中；没查到，该URL拒绝通过。
所述的URL黑名单及URL白名单以字符串方式维护。
URL缓存哈希表为以哈希索引方式维护、并经过URL黑名单或URL白名单过滤后允许通过的正常URL缓存列表。
所述的状态表至少记录每个数据包协议类型(TCP、UDP、ICMP)、连接状态、源或目的IP地址、源或目的端口号；端口列表至少记录期望被过滤的HTTP端口(包括代理的HTTP端口)。
本发明解决了目前防火墙不能对链路层和网络层转发的HTTP数据包进行URL过滤的问题；其可以对应用层代理、链路层桥下转发、网络层路由或NAT伪装(网络地址转换)三种情况下数据包进行URL过滤；同时，采用状态检测、端口匹配、协议检测技术可以有效地减少拆包过滤检查的数据包数量，提高了过滤的效率；其改进了传统URL过滤串匹配搜索的方法，大大提高了匹配效率，节省了查找时间。
附图说明：
图1为本发明URL过滤的典型应用环境的拓扑结构示意图。
图2为现有的URL过滤流程示意图。
图3为本发明URL过滤的流程示意图。
图4为本发明方法与传统过滤方法所用过滤时间的对比曲线示意图。
具体实施方式：
以下结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明：
参见图1，防火墙4位于保护的内部网主机1和路由器6之间，该主机1穿过防火墙4通过路由器6联入Internet网，访问网站2。防火墙4中的URL过滤模块可以对应用层代理、链路层桥下转发、网络层NAT伪装(网络地址转换)三种情况下数据包进行URL过滤。
参见图3，本发明的一实施例的URL过滤方法为：首先，位于链路层防火墙的URL过滤模块接收到达的数据包，并对该数据包进行包括状态检测、端口匹配和协议检查在内的URL合法性检查；如果该数据包未通过上述的状态检测、端口匹配和协议检查，则结束过滤，否则提取出数据包的URL信息，进行相应的过滤处理。其中，所述的过滤处理包括：
首先进行哈希处理；
在URL缓存哈希表中进行快速匹配；
如果在表中匹配到相应的串，则立即通过该URL；否则进入URL黑名单或URL白名单子串列表中查询；
当进入黑名单子串列表中查询时，如果查到，拒绝该URL通过；没查到，该URL放行通过，并将该URL插入缓存哈希表中。
当进入白名单子串列表中查询时，如果查到，该URL放行通过，并将该URL插入缓存哈希表中；没查到，拒绝该URL通过。
本发明只对HTTP协议数据包进行过滤，对于其他协议不予考虑，一律放行。因此，只需要判断到达的数据包是否为HTTP协议数据包，如果不是则立即返回，以减少过滤时延。由于完整的URL只在HTTP协议的请求中出现，所以也只需(没有请求就没有响应)对HTTP请求进行过滤，即只需考虑HTTP协议中的请求指定的页面信息(GET)方法；即查看TCP的数据包部分的四个字节是否为“GET”。
由于HTTP的请求协议包一定是在TCP三次握手之后发出来的，也就是内部网主机和代理之间已经建立了“ESTABLISHED(已建立)”状态。因此，只对状态表中存在的：端口号为80/8080(由用户添加需要过滤的端口)，状态值为“ESTABLISHED(已建立)”连接的TCP数据包进行拆包过滤检查；即只对HTTP端口的已经建立连接的TCP数据包进行URL过滤检查，其他类型的数据包(比如ICMP、UDP包)不作过滤检查，一律放行。这样就会有效地减少过滤包的总数，减少了URL过滤对正常包过滤的影响，大大提高了过滤速度。
为此，可在内核维持一个状态表和相应的端口列表；状态表记录每个防火墙允许通过的数据包的连接状态，端口列表记录用户希望过滤的HTTP端口，通常HTTP为80端口，如果用户利用自己的代理服务器则也可以过滤相应的代理的HTTP端口，例如用户自定义的8080端口。
上面所述的URL黑名单及URL白名单以字符串方式维护；URL缓存哈希表为经过URL黑名单或URL白名单过滤后允许通过的正常URL缓存列表，并以哈希索引方式进行维护。
为了提高URL查询速度，可以根据上述的方法建立一种URL缓存哈希表快速匹配和黑/白名单子串列表查询相结合的URL过滤搜索引擎；该URL过滤搜索引擎当URL列表为黑名单时，只禁止匹配到黑名单中字符串的URL，并将放行的URL插入到缓存哈希表中；当URL列表为白名单时，只允许匹配到白名单中字符串的URL通过，并将放行的URL插入到缓存哈希表中。
上述的过滤方法可以大大提高过滤的效率，节省查找时间。由于大多数用户进行的www访问，都是访问正常、合法的URL地址，因此除了第一次访问的用户所花的时间为：哈希处理时间(H)+串匹配时间(S)外，其余用户访问相同的URL地址所花时间为哈希处理时间(H)。因此，
匹配一条URL时间(T)＝哈希处理时间(H)+串匹配时间(S)
哈希处理时间(H)＝计算哈希函数时间(h1)+查找正常URL哈希表的时间(h2)
串匹配时间(S)＝匹配一条URL黑名单的平均时间(t)×URL黑名单条数(n)
参见图4，由于哈希的处理时间(H)值比较小，比较固定，且与串匹配中匹配URL黑名单条数(n)无关，因此该方法可以极大的提高URL过滤的效率，而且和只有串匹配的URL过滤方式相比，URL黑名单的条数越多，效率越高。
在黑名单中条数和通过URL过滤器URL总数相同的情况下，如果URL总数中相同URL的比例越大，URL过滤缓存技术同传统的URL过滤技术比优势越大。
通过URL过滤器中，相同URL占URL总数的比例越高，URL过滤缓存技术所花时间越少，URL过滤的效率就越高。这种特点对于用URL过滤器做网站的WEB入侵过滤特别有效。但是网站的访问量一般都非常大，一天内可能有几百万次访问，采用传统的URL过滤方法，效率并不是很高。简单的分析一下访问某一网站的URL就可以知道，从Internet上访问的URL，其中相当一部分是相同的，也就是相同URL占总数比例会很高，这时采用URL过滤缓存技术，可以很明显的降低URL过滤所需时间，而且相同URL所占比例越高，所花时间就越少，效率越高。这样既保护了网站，又不太提高访问网站的时延，一举两得。
本发明的方法将穿过防火墙的属于同一连接的所有数据包作为一个整体的数据流看待，构成连接状态表，通过规则表与状态表的共同配合，对表中的各个连接状态、各种协议类型(甚至各种应用协议)等因素加以识别和进行访问控制。基于这种状态检测，使得防火墙能够在允许报文进入URL过滤引擎之前精确定位HTTP请求类型数据报，从而避免了对其他类型数据报文的重复过滤检查，在极大的提高了URL过滤效率的同时，保证了防火墙对数据报文转发的很高的吞吐能力。
以上的实施方式仅用以说明而并非限制本发明的技术方案；尽管参照上述所有的实施方式对本发明已经进行了详细的说明，本领域的普通技术人员不能否认：本发明中的各技术特征依然可以做相应的修改、调整或者等同替换；但是，一切不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应为本发明所揭示的技术特征，并均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1、一种基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：该方法至少包括如下的步骤：
步骤1：防火墙操作系统内核接收到达的数据包；
步骤2：防火墙操作系统内核对该数据包进行状态检测、端口匹配和HTTP协议检查；
步骤3：如果该数据包未通过上述的状态检测、端口匹配和协议检查，则结束；
步骤4：提取出数据包的URL信息，并采用哈希函数对其进行过滤处理；
其中，所述的状态检测为：如果该数据包为HTTP端口的已经建立连接的TCP数据包，则进行URL过滤检查；否则放行该数据包。
2、根据权利要求1所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的端口匹配为：从状态表中提取出数据包所在的端口，检查其是否为端口列表中记录的端口，如果是则对该数据包进行过滤，否则放行该数据包。
3、根据权利要求1所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的协议检查为：检查数据包是否为HTTP协议数据包，并且请求方法为请求指定的页面信息GET时则对该数据包过滤，否则放行该数据包。
4、根据权利要求1所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：步骤4所述的过滤处理包括：
步骤41：首先进行哈希处理
步骤42：在URL缓存哈希表中进行快速匹配；
步骤43：如果在URL缓存哈希表中匹配到，则立即通过；否则进入URL黑名单或URL白名单子串列表中查询。
5、根据权利要求4所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：当进入黑名单子串列表中查询时，如果查到，该URL拒绝通过；没查到，该URL放行通过，并将该URL插入缓存哈希表中。
6、根据权利要求4所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：当进入白名单子串列表中查询时，如果查到，该URL放行通过，并将该URL插入缓存哈希表中；没查到，该URL拒绝通过。
7、根据权利要求4所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的URL黑名单及URL白名单以字符串方式维护。
8、根据权利要求4所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的URL缓存哈希表为以哈希索引方式维护、并经过URL黑名单或URL白名单过滤后允许通过的正常URL缓存列表。
9、根据权利要求2所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的状态表至少记录每个数据包协议类型、连接状态、源或目的IP地址、源或目的端口号；端口列表至少记录期望被过滤的HTTP端口。
10、根据权利要求9所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的协议类型包括TCP、UDP、ICMP。
11、根据权利要求9所述的基于状态检测的链路层URL过滤的方法，其特征在于：所述的期望被过滤的HTTP端口包括代理的HTTP端口。
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