CN100592746C - 移动因特网协议中的寻址机制 - Google Patents

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Abstract

一种将第一IP网络节点的IP地址的职责委托给第二IP网络节点的方法，至少该IP地址的一部分可由属于第一节点的公钥/私钥对推导出。该方法包括将属于第二节点的公钥/私钥对中的公钥通知第一节点，在第一节点用第一节点的私钥对第二节点的公钥签名以提供授权证书以及从第一节点将该授权证书发送到第二节点，其中，授权证书随后包含在涉及所述IP地址并用第二节点的私钥签名的消息中，从第二节点发送到接收节点，并由接收节点用于验证第二节点对所述IP地址的使用权。

Description

移动因特网协议中的寻址机制
发明领域
本发明涉及移动IP(因特网协议)中的寻址机制，更具体地说涉及使IP网络节点能够证明它们被授权改动或更新有关另一网络节点所拥有的IP地址的信息的寻址机制。
发明背景
因特网使用率的大幅增长暴露了目前称为IPv4的因特网协议的缺点和局限性。作为感兴趣各方的松散组织的因特网工程任务组(IETF)因此开发了称之为IPv6的增强型因特网协议。IPv6包含了改进很多的安全机制IPSec(它允许两方或两方以上通过因特网安全地进行通信并提供移动因特网接入(移动IP))。移动IP允许用户在移动中访问因特网，从一个IP地址节点漫游到另一个。使用移动IP的用户具体说是那些通过(连接到例如无线局域网和蜂窝电话网的)无线移动设备访问因特网的用户。
IPv6提供大得多的IP地址空间，提供长度为128比特的IP地址。一个地址的前64比特形成唯一地识别IP终端或主机所用的因特网接入节点(或所谓的“本地链路”)的路由前缀，而后64比特形成唯一地识别到接入节点(或在本地链路内)的移动终端的主机后缀。主机后缀被称为“接口标识符”，因为它在接入接口上唯一地识别主机。通常，当主机向接入节点注册时，主机从该接入节点发送的通告消息中得知该接入节点的路由前缀。根据RFC 3041(IETF)，主机然后利用主机生成的随机数生成其接口标识符。主机还可以使用链路层地址来生成接口标识符，链路层地址是例如接入网所用的MAC层地址。
如前所述，移动IP允许主机在接入节点、甚至接入网之间漫游，这是一种要求允许主机更改确定其物理位置的IP地址的功能。通常，在归属网络中为移动主机分配“固定的”归属IP地址。当主机在归属地时，它可以将其归属地址用作其物理地址。但是，当主机将其本身与“外部”的接入节点相关联时，为该主机分配一个临时的“转交地址”。与移动主机通信的主机维护包含归属地址和转交地址之间的映射关系的绑定高速缓冲存储器。对于输入的分组，该对应主机上的移动IP层以转交地址交换目的字段中的归属地址，而对于输出分组，该对应主机上的移动IP层以归属地址交换目的地址字段中的转交地址。当移动主机获得新的转交地址时，它必须向所有对应的主机发送绑定更新消息，以便更新其绑定高速缓冲存储器(从而确保将后续的数据包送到正确的转交地址)。移动IP方案如图1所示。
这种机制的可能风险在于，有恶意的第三方可以向对应主机发送欺诈性绑定更新消息，以使发往移动主机的数据分组路由到该有恶意的一方。如果分组随后(在由有恶意的一方打开并阅读之后)由该方转发到移动主机，则移动主机可能甚至不知道它的分组已重新路由并被读过。此问题不限于移动IP，而且存在于IPv6体系结构内的其他信令功能中。2001年二月提交的IETF文献“draft-nikander-ipng-address-ownership-00.txt”中更详细地介绍了移动IP有关的问题和一些其他问题。
对此问题的解决方案已于2001年二月提交的IETF文献“draft-bradner-pbk-frame-00.txt”中提出。这涉及在移动主机上生成包括公钥和私钥的定制(purpose built)密钥(PBK)对。在移动主机上通过对公钥应用哈希算法而生成端点ID(EID)。在一发起IP连接之后就将EID发送到对应的主机。随后，移动主机向对应主机发送公钥。对应主机可以通过对该密钥应用单向编码函数并将结果与以前接收的EID作比较而验证该公钥“属于”所述连接，随后发送的任何绑定更新消息在移动主机上用该主机的私钥签名。对应主机利用以前接收的公钥验证附加到绑定更新消息中的签名。提供增强安全性的改进方案在以下文献中介绍：Ericsson Nomadiclab的P.Nikander于2001年3月提交的题为“IPv6地址所有权的可伸缩体系结构”的草案<draft-nikander-ipng-pbk-addresses-00.txt>；G.Montenegro、C.Castelluccia于2001年7月20日提交的题为“SUCV标识符和地址”的因特网草案(工作进展)；以及M.Roe.Microsoft于2001年8月提交的题为“对移动IPv6绑定更新和确认的认证”的因特网草案(工作进展)：http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-roe-Mobile IP-updateauth-00.txt。
本发明概述
上文中提出的解决方案只能处理地址拥有者发送绑定更新消息的情况。但是，存在这样几种情形，其中，其他节点有必要代表真实的拥有者发送这些通知。例如，管理地址池的DHCP(动态主机配置协议)服务器拥有地址但仍然想让那些地址的用户受益于可移动性(参见图2)。而且，节点可能在移动路由器背后，因此即便该节点本身拥有实际地址，它也会需要将绑定更新消息发送委托给该路由器(见图3，其中移动节点MN已从第一接入路由器AR#1移动到第二接入路由器AR#2)。
所述这两种情形的共同点在于，IP地址职责的委托是有限且有条件的。在节点已移动到路由器控制的网络外之后，不允许路由器发送绑定更新消息。DHCP服务器不允许节点在释放给定地址并将其让给一些其他节点后发送有关该地址的绑定更新消息。
根据本发明的第一方面，提供一种将第一IP网络节点所拥有的IP地址的职责委托给第二IP网络节点的方法，该IP地址的至少一部分可从属于第一节点的公钥/私钥对中的公钥推导出，该方法包括：
将属于第二节点的公钥/私钥对中的公钥通知第一节点；
在第一节点用第一节点的私钥对第二节点的公钥签名以提供授权证书；以及
从第一节点将授权证书发送到第二节点，
其中，授权证书随后包含在涉及所述IP地址并用第二节点的私钥签名的消息中，从第二节点发送到接收节点，并由该接收节点用于验证第二节点对所述IP地址的使用权。
在本发明的一个实施例中，所述第一IP网络节点是DHCP服务器，并且所述第二IP网络节点是客户节点如移动终端(例如移动电话、PDA、通信装置、掌上型计算机或膝上型计算机)或个人计算机。客户节点可以通过固定线路或无线链路连接到IP网络。在本发明的第二实施例中，所述第一IP网络节点是客户节点而所述第二IP网络节点是移动路由器。
所述IP地址的接口标识符部分最好可从属于第一节点的公钥/私钥对中的公钥推导出，例如通过对该公钥应用单向函数。
本发明的方法更有助于第二节点根据移动IP协议发送有关所述IP地址的绑定更新消息。这种绑定更新消息包括授权证书、所述IP地址和新的转交地址。该证书可包括第一节点的公钥，此公钥是对证书进行认证所需的。
所述证书可以用第一(或所有者)节点的私钥对第二(或源)节点的公钥和时间戳的组合签名而推导出，其中所述时间戳是使用所述IP地址的授权到期的时间。
根据本发明的第二方面，提供一种对IP网络的接收节点上接收的来自源节点的消息进行认证的方法，该消息涉及IP地址并包括：
所述IP地址，
属于拥有所述IP地址的节点的公钥/私钥对中的公钥，以及
由所有者节点发放给源节点的证书，此证书是用所有者节点的私钥对属于源节点的公钥/私钥对中的公钥签名而推导出的，
用源节点的私钥签名的消息，所述方法包括：
确认所述IP地址的至少一部分可从所有者节点的公钥推导出；
确认所述证书已用所有者节点的私钥签名；以及
确认所述消息已用源节点的私钥签名。
如果所述证书是通过对属于源节点的公钥/私钥对中的公钥和时间戳都加以签名而推导出的，则接收节点可在按照所述消息动作之前确认该时间戳尚未到期。
根据本发明的第三方面，提供一种用于租用另一IP网络节点的IP地址的IP客户终端，该IP地址的至少一部分可从属于所有者节点的公钥/私钥对中的公钥推导出，该客户终端包括：
将属于该客户终端的公钥/私钥对中的公钥通知给所有者节点的装置；
从所有者节点接收授权证书的装置，所述授权证书包括用所有者节点的私钥签名的该客户终端的公钥；
其中，所述授权证书随后包括在涉及所述IP地址并用该客户终端的私钥签名的消息中，由该客户终端发送到接收节点，并由该接收节点用于验证该客户终端对所述IP地址的使用权。
根据本发明的第四方面，提供一种IP客户终端，这种IP客户终端用于授权受托的IP网络节点使用它所拥有的IP地址，此IP地址的至少一部分可从属于所述客户终端的公钥/私钥对中的公钥推导出，所述客户终端包括：
用于从所述受托节点接收属于该受托节点的公钥/私钥对中的公钥的装置；
用于生成包括用所述客户终端的私钥签名的所述受托节点的公钥的授权证书并将该证书传送到受托节点的装置；
其中，该授权证书随后包括在涉及所述IP地址并用所述受托节点的私钥签名的消息中从所述受托节点发送到接收节点，并由该接收节点用于验证所述受托节点对所述IP地址的使用权。
根据本发明的第五方面，提供一种IP服务器，用于授权客户IP节点使用该服务器所拥有的IP地址，该IP地址的至少一部分可从属于该服务器的公钥/私钥对中的公钥推导出，该服务器包括：
用于从所述客户终端接收属于该客户终端的公钥/私钥对中的公钥的装置；
用于生成包括用该服务器的私钥签名的该客户终端的公钥的授权证书并将该授权证书发送到所述客户终端的装置；
其中，该授权证书随后包括在涉及所述IP地址并用该客户终端的私钥签名的消息中从该客户终端发送到接收终端，并由该接收终端用于认证该客户终端对所述IP地址的使用权。
根据本发明的第六方面，提供一种用于承担客户终端所拥有的IP地址的职责的IP服务器，该IP地址的至少一部分可从属于该客户终端的公钥/私钥对中的公钥推导出，该服务器包括：
用于向所述客户终端发送属于该服务器的公钥/私钥对中的公钥的装置；
用于从所述客户终端接收包含用该客户终端的私钥签名的该服务器的公钥的授权证书的装置；
其中，该授权证书随后包括在涉及所述IP地址并用该服务器的私钥签名的消息中从该服务器发送到接收节点，并由该接收节点用于验证该服务器对所述IP地址的使用权。
附图简述
图1示意性地说明移动IP路由的原理；
图2示意性地说明移动IP路由的原理，其中，IP地址由DHCP服务器所拥有并分配；以及
图3示意性地说明移动IP路由的原理，其中，移动节点位于移动路由器背后；
图4是说明移动节点、DHCP服务器和对应节点之间信令的信令图；以及
图5是说明移动节点、移动路由器和对应节点之间的信令的信令图。
具体实施例说明
对于下列示例，假定拥有IP地址的IP网络节点拥有公钥-私钥对，其中，P表示公钥而S表示私钥。节点利用算法A＝R：(P)生成IP地址，其中R是一些可能属于节点本身或者可能是该节点从其他一些节点(例如接入节点)接收的路由前缀。函数h是某种单向函数，例如加密哈希函数。当(拥有IP地址的)节点根据移动IP协议向对应节点发送绑定更新消息时，它在该消息中包括其公钥P。该发送节点还通过将一些可逆加密函数和私钥S应用到该消息的内容上而生成签名，并将该签名添加到该消息中。
当对应节点接收到绑定更新消息时，它首先通过对该签名应用可递加密函数和该消息中所包含的公钥P，以验证该签名是正确的。假定其结果与该消息的内容一致，并且对应节点因此验证了发送节点拥有所声明的公钥S，则对应节点对该公钥应用单向函数h以确认源IP地址的主机部分已由该密钥对(P，S)的所有者生成。尽管攻击者有可能通过所有可能的密钥对(P，S)试图发现会得到相同h(P)值的密钥对，但在假定IPv6中用于保存h(P)的位字段非常大(62比特)的情况下，为此将不得不进行巨大量的工作。
DHCP服务器管理它们所拥有的IP地址池，并将这些地址临时“租借”给客户节点，例如连接到特定网络的个人计算机。将上述考虑应用于这种情形(如图2所示)，则拥有用于生成各IP地址的公钥-密钥对(P，S)将是DHCP服务器。
为了允许DHCP服务器背后的客户节点使用移动性和绑定更新，采用以下过程：
1.客户端和DHCP服务器达成协议，由该客户端租用特定地址一段时间。地址A包含与DHCP服务器所拥有的密钥对(P，S)相关联的接口标识符部分，即A＝R：h(P)。
2.在此过程中可选地对客户端进行认证。
3.在此过程中，客户端拥有公钥-私钥对(Pcl，Scl)并将其公钥Pcl提供给DHCP服务器。公钥-私钥对可能正是为此目的而生成，或者可以被永久分配给该客户端。
4.DHCP服务器创建Pcl的证书以管理与P有关的地址。即，该服务器用其私钥S对二元组[Pcl，end-time(结束时间)]签名，其中，end-time识别分配的IP地址到期的时间。然后将包含P和该签名的证书发送到客户端。
5.当客户节点希望向某个对应节点发送绑定更新消息时，它就用其私钥Scl对该请求签名并将所述证书(步骤4中所创建的)附加到消息中。
6.接收绑定更新消息的节点首先对公钥P应用对应节点已知的单向函数h，从而验证发送方的IP地址的接口标识符部分的值与公钥P有关。接收节点然后利用DHCP的公钥P验证所述证书已正确地用相应的私钥S加以签名并恢复发送方的公钥Pcl和有效end-time。假定end-time尚未到期，则接收节点验证绑定更新消息中的签名是用与所述证书所含公钥Pcl对应的私钥Scl产生的，从而证明发送节点拥有公钥Pcl。接收节点然后用新的转交地址更新其绑定高速缓冲存储器。
所述过程可以用图4所述的如下信令流来说明：
1.客户-服务器：请求：持续时间＝T，客户公钥＝Pcl
2.服务器-客户：响应：地址＝A，证书＝P，{用S签名的[Pcl，end-time]}
3.客户-其他节点：绑定更新消息：转交地址、地址＝A、证书、用Scl对整个消息的签名。
如图2所示，节点有时可能位于移动路由器(MR)背后，并且因为路由器负责管理通向因特网的连接，它可能必须代表这些节点发送绑定更新消息。节点还可能从移动路由器背后移开，在此情况下，该路由器应该不再希望提供此服务。允许移动路由器临时代表节点发送绑定消息的过程如下：
1.节点和路由器就在由路由器管理一段时间的特定地址以及有关路由器所执行的移动性管理达成协议。该地址与节点所拥有的密钥对(P，S)相关联。
2.在此过程中节点和路由器可选择对彼此进行认证；
3.在此过程中路由器将其自己的公钥Pr提供给节点。通常将此公钥永久地分配给路由器。路由器还知道私钥Sr。
4.节点创建Pr的证书，以管理与P相关的地址。也即，节点用S对二元组[Pr，end-time]签名。该证书包括：P和签名
5.当路由器希望通过因特网向一些对应节点发送绑定更新消息时，它就用Sr对请求签名并将步骤4中创建的证书附加到该消息中。
6.接收绑定更新消息的对应节点首先对公钥P应用对应节点已知的单向函数h，从而验证(包含在绑定更新消息中的)节点IP地址的接口标识符部分的值与公钥P相关。接收节点利用公钥P验证所述证书已正确地用对应的私钥S加以签名并恢复发送路由器的公钥Pr和有效的end-time。它然后验证绑定更新消息中的签名是用与包含在所述证书中的公钥Pr对应的私钥Sr制作的，从而证明发送路由器拥有公钥Pr。假定end-time尚未到期，则接收节点用新的转交地址更新其绑定高速缓冲存储器。
该过程可以用图5所示的如下信令流来说明：
1.路由器-节点：提供服务：持续时间＝T，路由器公钥＝Pr
2.节点-服务器：开始：地址＝A，证书＝P，{用S签名的[Pcl，end-time]}
3.路由器-其他节点：绑定更新消息：转交地址、地址＝A、用Sr对整个消息的签名。
本专业的技术人员应理解，可以对上述实施例作各种修改而又不背离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种将第一因特网协议网络节点的因特网协议地址的职责委托给第二因特网协议网络节点的方法，至少所述因特网协议地址的一部分可由属于所述第一节点的公钥/私钥对推导出，所述方法包括：
将属于所述第二节点的公钥/私钥对中的公钥通知给所述第一节点；
在所述第一节点用所述第一节点的私钥对所述第二节点的公钥签名以提供授权证书；以及
从所述第一节点将所述授权证书发送到所述第二节点，
其中，所述授权证书随后包含在涉及所述因特网协议地址并用所述第二节点的私钥签名的消息中，从所述第二节点发送到接收节点，并由该接收节点用于验证所述第二节点对所述因特网协议地址的使用权。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一因特网协议网络节点是动态主机配置协议服务器，以及所述第二因特网协议网络节点是客户节点。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一因特网协议网络节点是客户节点以及所述第二因特网协议网络节点是移动路由器。
4.如前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述因特网协议地址的接口标识符部分可从属于所述第一节点的公钥/私钥对中的公钥推导出。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述消息是根据移动因特网协议的绑定更新消息，它包括所述授权证书、所述因特网协议地址和新的转交地址。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述证书是用所述第一节点的私钥对所述第二节点的公钥和时间戳的组合签名而推导出的，所述时间戳是使用所述因特网协议地址的授权到期时的时间。
7.一种对因特网协议网络的接收节点上接收的来自源节点的消息进行认证的方法，所述消息涉及因特网协议地址并包括：
所述因特网协议地址，
属于拥有所述因特网协议地址的节点的公钥/私钥对中的公钥，以及
由拥有所述因特网协议地址的节点发放给所述源节点的证书，此证书是用拥有所述因特网协议地址的节点的私钥对属于所述源节点的公钥/私钥对中的公钥签名而推导出的，
其中所述消息用所述源节点的私钥进行签名；
所述方法包括：
确认所述因特网协议地址的至少一部分可从拥有所述因特网协议地址的节点的公钥推导出；
确认所述证书已用拥有所述因特网协议地址的节点的私钥签名；以及
确认所述消息已用所述源节点的私钥签名。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述证书是通过对属于所述源节点的公钥/私钥对中的公钥和时间戳签名而推导出的，所述接收节点在按所述消息操作之前确认所述时间戳尚未到期。
9.一种用于从另一因特网协议网络节点租用因特网协议地址的因特网协议客户终端，其中所述因特网协议地址的至少一部分可从属于拥有所述因特网协议地址的节点的公钥/私钥对中的公钥推导出，所述客户终端包括：
将属于所述客户终端的公钥/私钥对中的公钥通知给拥有所述因特网协议地址的节点的装置；
从拥有所述因特网协议地址的节点接收授权证书的装置，所述授权证书包括用拥有所述因特网协议地址的节点的私钥签名的所述客户终端的公钥；
其中，所述授权证书随后包括在涉及所述因特网协议地址并用所述客户终端的私钥签名的消息中，由所述客户终端发送到接收节点，并由该接收节点用于验证所述客户终端对所述因特网协议地址的使用权。
10.一种因特网协议客户终端，用于授权受托的因特网协议网络节点使用所述客户终端所拥有的因特网协议地址，所述因特网协议地址的至少一部分可从属于所述客户终端的公钥/私钥对中的公钥推导出，所述客户终端包括：
用于从所述受托节点接收属于所述受托节点的公钥/私钥对中的公钥的装置；
用于生成包括用所述客户终端的私钥签名的所述受托节点的公钥的授权证书；
其中，所述授权证书随后包括在涉及所述因特网协议地址并用所述受托节点的私钥签名的消息中从所述受托节点发送到接收节点，并由该接收节点用于验证所述受托节点对所述因特网协议地址的使用权。
11.一种因特网协议服务器，用于授权客户终端因特网协议节点使用所述服务器所拥有的因特网协议地址，所述因特网协议地址的至少一部分可从属于所述服务器的公钥/私钥对中的公钥推导出，所述服务器包括：
从所述客户终端接收属于所述客户终端的公钥/私钥对中的公钥的装置；
用于生成包括用所述服务器的私钥签名的所述客户终端的公钥的授权证书并将该授权证书发送到所述客户终端的装置；
其中，所述授权证书随后包括在涉及所述因特网协议地址并用所述客户终端的私钥签名的消息中从所述客户终端发送到接收节点，并由所述接收节点用于认证所述消息。
12.一种用于承担客户终端所拥有的因特网协议地址的职责的因特网协议服务器，所述因特网协议地址的至少一部分可从属于所述客户终端的公钥/私钥对中的公钥推导出，所述服务器包括：
用于向所述客户终端发送属于所述服务器的公钥/私钥对中的公钥的装置；
用于从所述客户终端接收包括用所述客户终端的私钥签名的所述服务器的公钥的授权证书的装置；
其中，所述授权证书随后包括在涉及所述因特网协议地址并用所述服务器的私钥签名的消息中，从所述服务器发送到接收节点，并由该接收节点用于验证所述服务器对所述因特网协议地址的使用权。
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