CN101958890B - 一种数据链路层安全通信中设备发现方法 - Google Patents

一种数据链路层安全通信中设备发现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数据链路层安全通信中设备发现方法，包括以下步骤：①设备发现请求过程；②设备发现响应过程；③AAC和REQ确定过程；④设备离线过程。本发明为局域网中数据的保密通信提供了一种设备发现的方法，可以实现在常规设备和TLSec设备共存的网络中加入新节点时，解决当新节点由常规交换设备接入网络的情况下，新节点和邻居TLSec设备如何交互信息，从而确定REQ和AAC身份，完成用户和网络之间的双向对等鉴别，使得局域网中常规交换设备和TLSec交换设备同时存在时，新节点接入网络，能够有效的主动寻找邻居TLSec设备，与TLSec设备相互识别，确定REQ和AAC的身份，为身份鉴别和单播密钥协商提供了保障。

Description

一种数据链路层安全通信中设备发现方法
技术领域
本发明涉及网络安全领域，特别涉及一种能够兼容常规交换设备与TLSec交换设备的网络安全通信中设备发现方法。
背景技术
局域网数据链路层安全是网络通信的重大研究课题，目前国际上IEEE发布了数据链路层安全IEEE802.1AE标准即Media AccessControl (MAC) Security，该标准定义了数据链路层的加密。IEEE802.1AF(开发中)定义了用于802.1AE的密钥协商和管理。IEEE802.1AR(开发中)定义了网络和网络连接的设备如何鉴别和验证彼此身份的协议。IEEE802.1AE、IEEE802.1AF和IEEE802.1AR构成了以太网网络接入控制的新架构。
我们对该课题进行了研究，克服目前IEEE802.1AE解决方案中存在中间人攻击、网络部署复杂等问题，提出一种能实现用户与网络之间的单/双向认证、接入控制及数据机密等功能的局域网媒体访问控制安全TLSec(TePA-based LAN MAC Security)方法。
TLSec设备是指，采用了TLSec方法的设备，即在常规设备的基础上增加了身份鉴别机制和加解密数据的功能，能够实现节点间的保密通信。当TLSec设备接入网络时，通过三元对等架构，来进行身份鉴别，即请求者与鉴别访问控制器之间通过鉴别服务器提供的服务，进行双向和单向的身份鉴别。对于鉴别成功的TLSec设备可以成功接入网络并可以和其它接入网络的TLSec设备通过对数据加解密来进行保密通信。TLSec方法可用在交换设备即TLSec交换设备，也可用在用户终端。常规交换设备不具备身份鉴别机制和加解密数据的功能。
三元对等鉴别技术提出了一种终端与网络间对等鉴别的技术思想和框架方法，该技术定义了一种三元实体鉴别架构，基于对等鉴别思想，用户和网络之间可完成双向对等鉴别。
当局域网中只存在常规交换设备时，因为不存在TLSec交换设备，所以不需要设备发现过程。
当局域网中只存在TLSec交换设备时，一旦新节点接入网络，就能和其邻居直接进行鉴别，所以也不需要设备发现过程。
当常规设备和TLSec交换设备同时存在的网络，新节点要加入该网络时，请求者REQ和鉴别访问控制器AAC的身份难以确定，两者之间的双向鉴别也不能进行，从而无法进行后续的节点间保密通信，这就需要设备发现过程，来确定REQ和AAC的身份。
发明内容
本发明就是为了解决背景技术中存在的上述技术问题，提供了一种数据链路层安全通信中设备发现方法，可以实现在常规设备和TLSec设备共存的网络中加入新节点时，解决当新节点由常规交换设备接入网络的情况下，新节点和邻居TLSec设备如何交互信息，从而确定REQ和AAC身份，完成用户和网络之间的双向对等鉴别。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：在网络中，如果要加入新节点，就需要其他设备对加入的新节点进行鉴别，新节点也要对网络中已有的邻居TLSec设备进行鉴别，才能保障通信。新节点和邻居TLSec设备之间的相互鉴别就需要相互之间获取信息，相互发现，设备发现过程就是获取所有的邻居TLSEc设备信息，同时也将自己的信息告知周围的邻居TLSec设备的过程。设备一旦离开网络，也要通知邻居TLSec设备。设备发现过程完成后就可以根据发现的结果确定AAC和REQ的身份。
一种数据链路层安全通信中设备发现方法，参见图1，包括新节点和邻居TLSec设备，新节点可以是TLSec交换设备也可以是用户终端，邻居TLSec设备可以是TLSec交换设备也可以是用户终端，邻居TLSec设备可以有多个，所述数据链路层安全通信中设备发现方法包括以下步骤：
①设备发现请求过程：新节点接入网络，向邻居TLSec设备发送设备发现请求分组，邻居TLSec设备收到设备发现请求分组；
②设备发现响应过程：邻居TLSec设备发送设备发现响应分组，直到新节点收到设备发现响应分组，整个设备发现过程完成；
③AAC和REQ确定过程：新节点根据自身信息和邻居TLSec设备的信息，确定请求者REQ和鉴别服务器AAC身份；
④设备离线过程：参见图2，当TLSec设备需要下线时，该设备用组播发送给它的所有邻居TLSec设备，邻居TLSec设备接收到分组消息，删除各自邻居列表中的下线的邻居信息。
设备发现请求过程：
新节点接入网络，主动将自己的信息告知周围的邻居TLSec设备，需要构造设备发现请求分组并组播发送。如果TLSec设备接收分组，不会再转发，即该消息终止于第一个TLSec设备，
设备发现请求过程流程，参见图3。
所述步骤①的具体实现方式是：
1.1)新节点接入网络，构造设备发现请求分组消息，在其每个端口上组播发送该消息，消息格式如图4所示，该消息包含能唯一标识自身身份的元素和标识TLSec设备类型为TLSec交换设备或者用户终端的元素，
其中：
——类型标识分为0和1，标识为0表示设备发现请求分组，标识为1表示设备发现响应分组；
——设备标识为标识自身身份的元素，如MAC地址；
——设备类型分为0和1，标识为0表示TLSec交换设备，标识1表示用户终端；
——保留字段为6个比特，可以表示更多信息；
1.2)常规交换设备接收到设备发现请求分组消息直接转发；
1.3)TLSec设备接收到设备发现请求分组消息，不进行转发，将发送该分组的新节点的MAC地址存储在本地的邻居列表中。
设备发现响应过程：
邻居TLSec设备收到设备发现请求分组后，将发送该分组的新节点的MAC地址存储在本地的邻居列表中，构造设备发现响应分组单播发送给新节点。常规交换设备接收到分组直接转发，新节点收到分组，构造邻居列表。
设备发现响应过程流程，参见图5。
所述步骤②的具体实现方式是：
2.1)TLSec设备用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组消息，并单播发送给新节点，消息格式如图4所示，其中：
——类型标识分为0和1，标识为0表示设备发现请求分组，标识为1表示设备发现响应分组；
——设备标识为标识自身身份的元素，如MAC地址；
——设备类型分为0和1，标识为0表示TLSec交换设备，标识1表示用户终端；
——保留字段为6个比特，可以表示更多信息；
2.2)常规交换设备接收到分组直接转发；
2.3)新节点收到设备发现响应分组，构造邻居列表，即提取邻居TLSec的设备标识和设备类型，存储到本地列表。
REQ和AAC的确定：
新节点接入网络，通过设备发现过程，新节点和邻居TLSec设备交互信息，新节点接收到邻居TLSec设备发送的设备发现响应分组后，新节点根据自身信息和邻居TLSec设备的信息，从而确定请求者REQ和鉴别服务器AAC身份，为用户和网络的双向鉴别建立基础。
具体流程参见图8。
所述步骤③的具体实现方式是：
3.1)新节点若为用户终端，和其邻居TLSec设备中的TLSec交换设备进行鉴别和单播密钥协商，
3.1.1)若新节点作为请求者REQ，则邻居TLSec交换设备作为鉴别服务器AAC；
3.1.2)新节点和其邻居TLSec设备中的用户终端不能鉴别；
3.2)新节点若为TLSec交换设备，和其所有的TLSec设备都能进行鉴别和单播密钥协商，
3.2.1)若新节点作为请求者REQ，邻居TLSec交换设备作为鉴别服务器AAC；
3.2.2)若新节点作为鉴别服务器AAC，邻居用户终端作为请求者REQ。
设备离线过程：
TLSec设备要下线，构造设备离线分组，邻居TLSec设备收到分组，从邻居列表中删除要下线的设备信息。
设备离线过程流程，参见图6。所述步骤④的具体实现方式是：
4.1)TLSec设备要下线，构造设备离线分组消息，在其每个端口上组播发送该消息，消息格式如图7所示，该消息为16个bit的1组成，
4.2)常规交换设备接收到分组直接转发；
4.3)邻居TLSec收到设备离线分组，在自己的邻居列表中删除要下线的TLSec的信息。
本发明的优点和积极效果如下：
本发明为局域网中数据的保密通信提供了一种设备发现的方法，使得局域网中常规交换设备和TLSec交换设备同时存在时，新节点接入网络，能够有效的主动寻找邻居TLSec设备，与TLSec设备相互识别，确定REQ和AAC的身份，为身份鉴别和单播密钥协商提供了保障。
附图说明
图1为设备发现过程示意图。
图2为设备离线过程示意图。
图3为设备发现请求过程流程示意图。
图4为设备发现消息格式示意图。
图5为设备发现响应过程流程示意图。
图6为设备离线过程流程示意图。
图7为设备离线消息格式示意图。
图8为REQ和AAC确定过程示意图。
图9为常规交换设备和TLSec设备同时存在的网络拓扑示意图。
图10为实施例1的网络示意图。
图11为实施例1设备发现请求消息示意图。
图12为实施例1设备发现响应消息示意图。
图13为实施例2的网络示意图。
图14为实施例2设备发现消息格式示意图。
图15为实施例2TLSec交换设备的设备发现响应消息示意图。
图16为实施例2用户终端的设备发现响应消息示意图。
图17为实施例3的网络示意图。
图18为实施例3设备发现消息格式示意图。
图19为实施例3TLSec交换设备的设备发现响应消息示意图。
图20为实施例3用户终端的设备发现响应消息示意图。
具体实施方式
本发明中的新节点是指TLSec交换设备ESW或用户终端ESTA，邻居TLSec设备也指TLSec交换设备ESW或用户终端ESTA。
本发明的核心思想是，局域网中常规交换设备和TLSec交换设备同时存在时，新节点接入网络，设备发现过程的实施。
为了使得本领域的技术人员更好的理解发明内容，以下结合实施例以及附图，对本发明内容进行详细的说明。
图9是常规交换设备和TLSec设备同时存在的网络拓扑图，该图中包含了新节点接入网络的多种情况，下面各实施例分别说明各种情况。
实施例1：
本实施例针对新节点是用户终端，接入设备是TLSec交换设备，那么邻居TLSec设备就是该接入设备的情况。
用户终端ESTA5作为新节点接入网络中时，参见图10，ESTA5的邻居TLSec设备为TLSec交换设备ESW4。
步骤1：
新节点ESTA5接入网络，构造设备发现请求分组消息，在其端口上组播发送该消息，消息格式如图4所示，具体格式参见图11，类型字段为0表示是设备发现请求分组消息，设备标识字段唯一标识ESTA5身份，设备类型字段为1表示ESTA5是用户终端；
步骤2：
TLSec交换设备ESW4接收到设备发现请求分组消息，不进行转发，将ESTA5的MAC地址存储在本地的邻居列表中；
步骤3：
ESW4用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组消息，并单播发送给新节点，消息格式参见图4，具体格式参见图12，类型字段为1表示是设备发现响应分组消息，设备标识字段唯一标识ESW4身份，设备类型字段为0表示ESW4是TLSec交换设备；
步骤4：
ESTA5接收到ESSW4发送的设备发现响应分组，构造邻居列表，即提取ESW4标识和设备类型0，存储到本地列表。
步骤5：
新节点ESTA5为用户终端，所以ESTA5作为请求者REQ与作为鉴别防问控制器AAC的ESW4进行鉴别和单播密钥协商。
实施例2：
本实施例针对新节点是用户终端，接入设备是常规交换设备，邻居TLSec设备是TLSec交换设备和用户终端的情况。
用户终端ESTA3作为新节点接入网络中时，参见图13，ESTA3的邻居TLSec设备为TLSec交换设备ESW2和ESW5以及用户终端ESTA4。
步骤1：
新节点ESTA3接入网络，构造设备发现请求分组，在其端口上组播发送该消息，消息格式如图4所示，具体格式参见图14，类型字段为0表示是设备发现请求分组消息，设备标识字段唯一标识ESTA3身份，设备类型字段为1表示ESTA3是用户终端，
步骤2：
常规交换设备CSW接收到设备发现请求分组直接转发；
步骤3：
TLSec交换设备ESW2和ESW5和用户终端ESTA4接收到分组消息，不进行转发，分别将ESTA3的MAC地址存储在本地的邻居列表中；
步骤4：
ESW2和ESW5分别用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组消息，并单播发送给新节点，消息格式参见图4，这里以ESW2为例，具体格式参见图15，类型字段为1表示是设备发现响应分组消息，设备标识字段唯一标识ESW2身份，设备类型字段为0表示ESW2是TLSec交换设备；
用户终端ESTA4用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组消息，并单播发送给新节点，消息格式参见图4，具体格式参见图16，类型字段为1表示是设备发现响应分组消息，设备标识字段唯一标识ESTA4身份，设备类型字段为1表示ESTA4是用户终端；
步骤5：
常规交换设备CSW接收到设备发现响应分组直接转发；
步骤6：
ESTA3接收到ESW2和ESW5以及ESTA4发送的设备发现响应分组，构造邻居列表，即提取ESW2和ESW5标识和设备类型0以及ESTA4标识和设备类型1，存储到本地列表。
步骤7：
新节点ESTA3为用户终端，所以ESTA3作为请求者REQ只与作为鉴别防问控制器AAC的ESW2和ESW5进行鉴别和单播密钥协商，ESTA3和ESTA4之间不进行鉴别。
实施例3：
本实施例针对新节点是TLSec交换设备，接入设备是常规交换设备，邻居TLSec设备是TLSec交换设备和用户终端的情况。
TLSec交换设备ESW1作为新节点接入网络中时，参见图17，ESW1的邻居TLSec设备为TLSec交换设备ESW2以及用户终端ESTA1。
步骤1：
新节点ESW1接入网络，构造设备发现请求分组，在其端口上组播发送该消息，消息格式如图4所示，具体格式参见图18，类型字段为0表示是设备发现请求分组消息，设备标识字段唯一标识ESW1身份，设备类型字段为0表示ESW1是TLSec交换设备；
步骤2：
常规交换设备CSW接收到设备发现请求分组消息直接转发；
步骤3：
TLSec交换设备ESW2和用户终端ESTA1分别接收到设备发现请求分组，不进行转发，分别将ESW1的MAC地址存储在本地的邻居列表中；
步骤4：
ESW2用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组消息，并单播发送给新节点，消息格式参见图4，具体参见图19，类型字段为1表示是设备发现响应分组消息，设备标识字段唯一标识ESW2身份，设备类型字段为0表示ESW2是TLSec交换设备；
用户终端ESTA1用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组，并单播发送给新节点，消息格式参见图4，具体格式参见图20，类型字段为1表示是设备发现响应分组消息，设备标识字段唯一标识ESTA1身份，设备类型字段为1表示ESTA1是用户终端；
步骤5：
常规交换设备CSW接收到设备发现响应分组直接转发；
步骤6：
ESW1接收到ESW2以及ESTA1发送的设备发现响应分组，构造邻居列表，即提取ESW2标识和设备类型0以及ESTA1标识和设备类型1，存储到本地列表；
步骤7：
新节点ESW1为TLSec交换设备，所以ESW1作为REQ与作为AAC的ESW4进行鉴别和单播密钥协商，同时，ESW1作为AAC与作为REQ的ESTA1之间进行鉴别和单播密钥协商。
实施例4：
本实施例针对TLSec设备离线的情况。
用户终端ESTA1要下线，参见图9，ESTA1的邻居TLSec设备为ESW1和ESW2。
步骤1：
用户终端ESTA1构造设备离线分组，消息格式参见图7，在其每个端口上组播发送该消息；
步骤2：
常规交换设备CSW接收到设备离线分组直接转发；
步骤3：
ESTA1的邻居TLSec交换设备ESW1和ESW2收到设备离线分组，在各自的邻居列表中删除ESTA1的信息。
以上对本发明所提供的一种数据链路层安全通信中设备发现方法进行了详细介绍。解决了当常规交换设备和TLSec交换设备共存于网络中时，新节点接入网络，如何与邻居TLSec设备进行信息交互，构造邻居列表，并且确定REQ和AAC的身份，为用户和网络双向对等鉴别提供依据。

Claims (1)

1.一种数据链路层安全通信中设备发现方法，包括新节点和邻居TLSec设备，新节点可以是TLSec交换设备也可以是用户终端，邻居TLSec设备可以是TLSec交换设备也可以是用户终端，邻居TLSec设备有1个或多个，所述数据链路层安全通信中设备发现方法包括以下步骤：
①设备发现请求过程：新节点接入网络，向邻居TLSec设备发送设备发现请求分组，邻居TLSec设备收到设备发现请求分组；
所述步骤①的具体实现方式是：
1.1)新节点接入网络，构造设备发现请求分组消息，在其每个端口上组播发送该消息，消息格式如下表所示，
粪型 设备标识 设备粪型 保留
该消息包含能唯一标识自身身份的元素和标识TLSec设备类型为TLSec交换设备或者用户终端的元素，
其中：
——类型标识分为0和1，标识为0表示设备发现请求分组，标识为1表示设备发现响应分组；
——设备标识为标识自身身份的元素；
——设备类型分为0和1，标识为0表示TLSec交换设备，标识1表示用户终端；
——保留字段为6个比特，可以表示更多信息；
1.2)常规交换设备接收到设备发现请求分组消息直接转发；
1.3)TLSec设备接收到设备发现请求分组消息，不进行转发，将发送该分组的新节点的MAC地址存储在本地的邻居列表中；
②设备发现响应过程：邻居TLSec设备发送设备发现响应分组，直到新节点收到设备发现响应分组，整个设备发现过程完成；
所述步骤②的具体实现方式是：
2.1)TLSec设备用自己的MAC地址作为源地址，新节点的MAC地址作为目的地址，构造设备发现响应分组消息，并单播发送给新节点，消息格式如下表所示，
类型 设备标识 设备类型 保留
其中：
——类型标识分为0和1，标识为0表示设备发现请求分组，标识为1表示设备发现响应分组；
——设备标识为标识自身身份的元素；
——设备类型分为0和1，标识为0表示TLSec交换设备，标识1表示用户终端；
——保留字段为6个比特，可以表示更多信息；
2.2)常规交换设备接收到分组直接转发；
2.3)新节点收到设备发现响应分组，构造邻居列表，即提取邻居TLSec的设备标识和设备类型，存储到本地列表；
③AAC和REQ确定过程：新节点根据自身信息和邻居TLSec设备的信息，确定请求者REQ和鉴别服务器AAC身份；
所述步骤③的具体实现方式是：
3.1)新节点若为用户终端，和其邻居TLSec设备中的TLSec交换设备进行鉴别和单播密钥协商，
3.1.1)若新节点作为请求者REQ，则邻居TLSec交换设备作为鉴别服务器AAC；
3.1.2)新节点和其邻居TLSec设备中的用户终端不能鉴别；
3.2)新节点若为TLSec交换设备，和其他所有的邻居TLSec设备都能进行鉴别和单播密钥协商，
3.2.1)若新节点作为请求者REQ，邻居TLSec交换设备作为鉴别服务器AAC；
3.2.2)若新节点作为鉴别服务器AAC，邻居用户终端作为请求者REQ；④设备离线过程：当TLSec设备需要下线时，该设备用组播发送给它的所有邻居TLSec设备，邻居TLSec设备接收到分组消息，删除各自邻居列表中的下线的邻居信息。
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