CN103532964A - 一种验证tcp连接安全性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种验证TCP连接安全性的方法，利用NDIS修改客户端发起连接时的SYN包数据。在选项区或者数据区中加入额外的验证信息，服务器只有检测到此验证信息且验证信息正确的情况下，才允许进行后续的连接动作完成接入。否则挂断连接，或丢弃此包，使连接无法完成，后续的攻击及窃取等也无法完成，通过此途径，可以在第一时间有效的保护服务器的安全。

Description

一种验证TCP连接安全性的方法
技术领域
本发明涉及一种验证TCP连接安全性的方法。
背景技术
在现存的网络系统中（局域网、互联网），主要通过TCP/IP协议来连接交互数据。而TCP/IP协议在70年代确定的时候，主要是军事用途，用于封闭的网络。并没有想到会获得如此巨大的应用，当然也完全没有考虑安全性风险。
现有的防火墙等安全系统，可以比较有效的防止来自外部发起的攻击。但是对于内部信任区域的电脑，无法做出更为精确的控制。举例来说，用户想要保护一个重要的数据库系统，只有在客户端电脑中安装有杀毒软件及第三方审计软件后，才允许访问数据库。现有的防火墙等安全系统，无法对此需求给出解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种验证TCP连接安全性的方法，第一时间有效的保护服务器的安全。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种验证TCP连接安全性的方法，包括以下步骤：
①在客户端，当指定的程序向指定的服务器地址及端口发送TCP连接请求时，利用NDIS修改TCP连接时的数据包，使其能够附带填充数据作为验证信息；
②在服务器端，当接收到TCP客户端连接请求时，首先通过检测TCP数据包的选项区中是否有附带数据，来确定是否允许接入；如果没有附带数据，再通过检查TCP数据包的数据区是否有附带数据，来确定是否允许接入；
③在完成TCP连接后，客户端开发数据时，通过SEAL算法以及事先保存起来的密钥对数据进行加密；
④服务器在收到数据后，通过事先保存起来的密钥以及SEAL算法，对接收到的数据进行解密。
所述步骤①具体为：首先对TCP数据包填充附带数据；然后将生成的附带数据直接放置于原始SYN包的尾部，同时与原始SYN包相比，修改之后的包多了32字节的数据，为此，相应的也要修改IP包中表示IP包长度的“Total Length”字段。
所述TCP数据包中填充的附带数据可以为固定的数据，也可以为可变动的数据。
所述对TCP数据包填充可变动附带数据的具体方法为：根据事先设定的静态值、客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口、SYN包中的SEQ序列号、发送时间，用MD5算法将其计算出一HASH值（16字节），此值放置于校验区；同时生成一随机的16字节密钥，此值放置于密钥区，（并且将此值在本机保存下来）；此时得到的附带数据为明文，为保护密钥不被泄密，用RSA算法公钥加密此数据。
所述TCP数据包中填充的附带数据可以置于TCP数据包头部的选项区，也可放置于TCP数据包的数据区。
所述步骤②具体为：服务器端接收到TCP连接请求后，首先查看选项区中是否有附带数据，若有附带数据，则判断其是否符合规则特征，若符合则允许接入，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若没有附带数据，则判断是否有数据区，若没有数据区则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若有数据区，则检查数据长度；若数据长度为16字节，则判断其是否符合规则特征，若符合则允许接入，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若数据长度为32字节，则用RSA算法解密此数据，然后判断前16字节是否符合规则特征，若符合则允许接入，并将后16字节保存以便用于连接后传输的数据解密，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接。
所述判断附带是否符合规则特征的具体方法为：首先用RSA算法私钥解密附带数据；然后检验TCP连接是否可信任，算法与客户端相同，根据事先设定的静态值、客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口、SYN包中的SEQ序列号、发送时间，用MD5算法将其计算出一HASH值（16字节）；如果此值与附带数据中的校验值一致，则表明连接可信任，允许接入，继续后续的连接过程，同时将附带数据中的密钥保存起来；反之，则拒绝或忽略请求。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：本发明在进行数据传输之前的握手的过程中，加入对连接信息的检验，只有当含有特定信息的连接包，才允许连接，而其他普通的连接请求包，则挂断连接，或丢弃此包，使连接无法完成，后续的攻击及窃取等也无法完成，通过此途径，可以在第一时间有效的保护服务器的安全。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为TCP协议在连接时的时序图。
图2为标准的TCP连接时的数据包结构图。
图3为利用TCP数据包的选项区来放置附带数据的结构图。
图4为利用TCP数据包的数据区来放置附带数据的结构图。
图5为客户端生成可变动附带数据的流程图。
图6为服务端处理TCP连接时的流程图。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例主要针对使用TCP协议的应用。对于TCP协议来说，在进行数据传输之前，必须要经过握手连接。如果在握手的过程中，加入对连接信息的检验，只有当含有特定信息的连接包，才允许连接，而其他普通的连接请求包，则挂断连接，或丢弃此包，使连接无法完成，后续的攻击及窃取等也无法完成，通过此途径，可以在第一时间有效的保护服务器的安全。
见图1至图4，根据TCP协议，TCP头部可以有选项区，其最大可以空间为40字节，而在客户端向服务器连接握手的第一个步骤中，其可能会用到的选项有：MSS最大报文段长度，Kind=2，4字节。Window Scale窗口扩大因子，Kind=3，3字节。SACK-Permit选择性确认,Kind=4,2字节，Timestamp时间戳选项，Kind=8,10字节，对齐之后，其最大可能利用的空间为20字节，即还有20字节的可用空间。可以利用这20字节的可用空间，传送一些我们指定的数据，用以检验连接的可信度。比如，约定”1234abcd”为TCP客户端和服务端双方认可的数据，则在客户端发起连接时，通过NDIS修改SYN信息，在选项区的末尾，再加入”1234abcd”。当服务器端接收到TCP连接信号时，检测选项区，如果有比正常选项区还要多的数据，并且其为”1234abcd”，则认为该连接来自一信任的电脑，反之则忽略或挂断连接。
除使用固定的数据外，还可以使用根据一定算法生成得到的值作为双方检验的依具。比如在IP层，我们可以得到源IP地址，目的IP地址。在TCP层我们可以得到源端口号，目的端口号,SEQ序号等变量，另外可再填入事先确定的干拢码，将此类变量组合，再经过MD5/SHA1等哈希算法，或者AES等可逆算法，计算后得到一个数值。然后将其填入选项区，当服务器接收到连接请求时，如果检查发现选项区中有额外的数据，则逐个得到这些变量的值，然后按照客户端相同的算法进行计算，如果其与选项中存放的值相同，则表明该TCP连接来自于可信任的客户端。反之则忽略或挂断连接。
利用上述方法，可以对此应用进一步扩展，即在验证连接是否来自信任电脑的同时，对后续的TCP传送的数据进行加密，进一步加强安全性。方法如下：客户端发起连接时，其附带的数据包含两部分，前半部为用以检测连接是否信任，后半部分用以传输密钥。当客户端发起连接请求时，首先上述方法填充用作检验区的前半部分，然后生成一个随机的值作为密钥填入后半部分（同时将此随机密钥保存起来），得到完整的附带数据（明文）。然后用RSA算法的公钥加密此数据（密文）。然后填入选项区。当服务器收到此附带数据时，用RSA算法的私钥将其解密，首先利用附带数据的前半部分检测该连接是否可信任，如果信任，则允许连接，并将后半部分的附带数据（也就是随机密钥），保存起来。当握手连接建立完成以后，客户端传送数据时，首先用其保存的密钥通过对称算法（DES\AES\SEAL\RC4等）将数据进行加密，然后再发送。当服务器接收到数据时，利用保存下来的密钥解密数据。
如果因为所需附带的数据量比较大，选项区无法全部放置。则可以在SYN时，将数据放置于TCP包的数据区。其实现过程与将附带数据放置于选项区相同。
综上所述，本实施例的验证TCP连接安全性的方法，包括以下步骤：
①在客户端，当指定的程序向指定的服务器地址及端口发送TCP连接请求时，利用NDIS修改TCP连接时的数据包，使其能够附带填充数据作为验证信息。
所述步骤①具体为：首先对TCP数据包填充附带数据；然后将生成的附带数据直接放置于原始SYN包的尾部，同时与原始SYN包相比，修改之后的包多了32字节的数据，为此，相应的也要修改IP包中表示IP包长度的“Total Length”字段。
TCP数据包中填充的附带数据可以为固定的数据，也可以为可变动的数据。
见图5，对TCP数据包填充可变动附带数据的具体方法为：根据事先设定的静态值、客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口、SYN包中的SEQ序列号、发送时间，用MD5算法将其计算出一HASH值（16字节），此值放置于校验区；同时生成一随机的16字节密钥，此值放置于密钥区，（并且将此值在本机保存下来）；此时得到的附带数据为明文，为保护密钥不被泄密，用RSA算法公钥加密此数据。
TCP数据包中填充的附带数据可以置于TCP数据包头部的选项区，也可放置于TCP数据包的数据区。
②在服务器端，当接收到TCP客户端连接请求时，首先通过检测TCP数据包的选项区中是否有附带数据，来确定是否允许接入；如果没有附带数据，再通过检查TCP数据包的数据区是否有附带数据，来确定是否允许接入。
见图6，步骤②具体为：服务器端接收到TCP连接请求后，首先查看选项区中是否有附带数据，若有附带数据，则判断其是否符合规则特征，若符合则允许接入，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若没有附带数据，则判断是否有数据区，若没有数据区则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若有数据区，则检查数据长度；若数据长度为16字节，则判断其是否符合规则特征，若符合则允许接入，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若数据长度为32字节，则用RSA算法解密此数据，然后判断前16字节是否符合规则特征，若符合则允许接入，并将后16字节保存以便用于连接后传输的数据解密，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接。
其中判断附带是否符合规则特征的具体方法为：首先用RSA算法私钥解密附带数据；然后检验TCP连接是否可信任，算法与客户端相同，根据事先设定的静态值、客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口、SYN包中的SEQ序列号、发送时间，用MD5算法将其计算出一HASH值（16字节）；如果此值与附带数据中的校验值一致，则表明连接可信任，允许接入，继续后续的连接过程，同时将附带数据中的密钥保存起来；反之，则拒绝或忽略请求。
③在完成TCP连接后，客户端开发数据时，通过SEAL算法以及事先保存起来的密钥对数据进行加密。
④服务器在收到数据后，通过事先保存起来的密钥以及SEAL算法，对接收到的数据进行解密。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
①在客户端，当指定的程序向指定的服务器地址及端口发送TCP连接请求时，利用NDIS修改TCP连接时的数据包，使其能够附带填充数据作为验证信息；
②在服务器端，当接收到TCP客户端连接请求时，首先通过检测TCP数据包的选项区中是否有附带数据，来确定是否允许接入；如果没有附带数据，再通过检查TCP数据包的数据区是否有附带数据，来确定是否允许接入；
③在完成TCP连接后，客户端开发数据时，通过SEAL算法以及事先保存起来的密钥对数据进行加密；
④服务器在收到数据后，通过事先保存起来的密钥以及SEAL算法，对接收到的数据进行解密。
2.根据权利要求1所述的一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：所述步骤①具体为：首先对TCP数据包填充附带数据；然后将生成的附带数据直接放置于原始SYN包的尾部，同时与原始SYN包相比，修改之后的包多了32字节的数据，为此，相应的也要修改IP包中表示IP包长度的“Total Length”字段。
3.根据权利要求2所述的一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：所述TCP数据包中填充的附带数据可以为固定的数据，也可以为可变动的数据。
4.根据权利要求3所述的一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：所述对TCP数据包填充可变动附带数据的具体方法为：根据事先设定的静态值、客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口、SYN包中的SEQ序列号、发送时间，用MD5算法将其计算出一HASH值（16字节），此值放置于校验区；同时生成一随机的16字节密钥，此值放置于密钥区，（并且将此值在本机保存下来）；此时得到的附带数据为明文，为保护密钥不被泄密，用RSA算法公钥加密此数据。
5.根据权利要求2至4之一所述的一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：所述TCP数据包中填充的附带数据可以置于TCP数据包头部的选项区，也可放置于TCP数据包的数据区。
6.根据权利要求1所述的一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：所述步骤②具体为：服务器端接收到TCP连接请求后，首先查看选项区中是否有附带数据，若有附带数据，则判断其是否符合规则特征，若符合则允许接入，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若没有附带数据，则判断是否有数据区，若没有数据区则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若有数据区，则检查数据长度；若数据长度为16字节，则判断其是否符合规则特征，若符合则允许接入，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接；若数据长度为32字节，则用RSA算法解密此数据，然后判断前16字节是否符合规则特征，若符合则允许接入，并将后16字节保存以便用于连接后传输的数据解密，若不符合则拒绝接入，并丢弃此包或RST挂断连接。
7.根据权利要求6所述的一种验证TCP连接安全性的方法，其特征在于：所述判断附带是否符合规则特征的具体方法为：首先用RSA算法私钥解密附带数据；然后检验TCP连接是否可信任，算法与客户端相同，根据事先设定的静态值、客户端地址、客户端端口、服务器地址、服务器端口、SYN包中的SEQ序列号、发送时间，用MD5算法将其计算出一HASH值（16字节）；如果此值与附带数据中的校验值一致，则表明连接可信任，允许接入，继续后续的连接过程，同时将附带数据中的密钥保存起来；反之，则拒绝或忽略请求。
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