CN107018134B - 一种配电终端安全接入平台及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种配电终端安全接入平台及其实现方法，在外网前置机与配电终端之间增加顺序连接的数据隔离组件和配电交互网关。与现有的安全接入产品相比，本发明将信息安全防护划分为应用服务器安全、传输通道安全和终端安全三个主体进行理论研究和技术实现，与使平台的目的性更为明确。本发明的安全网络协议，该协议配套了专用的密钥协商方式及国产加密算法。根据电力企业信息网络的特点与应用系统的现状，及电力信息安全等级保护的要求，针对电力企业内部不同业务应用的需求，本发明拥有针对配电终端安全接入的完整的技术体系和解决方案。本发明的实现不需要改变网络结构，不需要修改防火墙配置和修改终端用户的配置。

Description

一种配电终端安全接入平台及其实现方法
技术领域
本发明涉及网络接入方法，具体涉及一种配电终端接入平台的实现方法。
背景技术
IPSec安全协议是一个范围广泛、开放的虚拟专用网安全协议。它是基于IPSec的VPN，不依赖于网络接入方式，可以在任意基础网络上部署，而且可以实现端到端的安全保护。但IPSec VPN有一些局限性：
1)需要安装客户端软件，存在大量的安装、培训、升级、管理等工作，无形增加了用户的使用成本。
2)接入设备支持的种类少，以Desktop PC和Notebook PC为主，对配电类设备的支持有局限性。
3)存在一些技术问题，如：NAT穿透、私有地址冲突等。
4)由于IPSec是网络层协议，安全隧道一旦建立，可以访问所有内部资源，存在一定的安全隐患。
SSL VPN是以HTTPS为基础的VPN技术，工作在传输层和应用层之间。SSL VPN充分利用了SSL协议提供的基于证书的身份认证、数据加密和消息完整性验证机制，可以为应用层之间的通信建立安全连接。但由于SSL VPN是基于Web浏览器的，可以很好的支持B/S应用，但对于C/S的应用支持不完善，并且不支持配电类设备。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的问题，提供了一种配电终端安全接入平台及其实现方法，不依赖于网络接入方式，可以在任意基础网络上部署，而且可以实现端到端的安全保护，安全级别高；无论网络应用的类型，对所有传输数据进行保护，在事实上将配电终端“置于”企业内部网。
技术方案：本发明提供了一种配电终端安全接入平台，包括配电终端、配电交互网关和数据隔离组件；
所述配电终端包括入网认证模块和安全通信模块，所述入网认证模块将数字证书存放在具有安全加密功能和身份认证功能的安全加密芯片中，并为每一个配电终端配备相应的安全加密芯片；所述安全通信模块使用专用通信协议与配电交互网关建立安全通道，保证传输数据的安全；
所述配电交互网关部署在配电网纵向网络边界上，负责建立安全通道和对配电终端进行访问控制，能够保证接入传输的安全和内部被访问的应用系统的安全。
所述数据隔离组件提供数据包的线速转发功能。
一种配电终端安全接入平台的实现方法，配电终端在接入内网之前进行由入网认证模块的安全加密芯片和内网CA认证服务器共同保证的身份认证，实现只有通过入网认证的终端才可以接入到企业内网中，防止接入的配电终端是被伪造过的非法用户；安全通信模块通过与配电交互网关进行密钥交换算法、数据加密算法以及数据完整性检查算法的协商、客户端和服务端的双向认证以及确定会话密钥，建立安全通道，防止数据在传输过程中被窃听、篡改、破坏、插入重放攻击，保证数据传输的安全。具体的，密钥交换算法即下述的密钥协商的过程，数据加密算法可采用国密SM1算法，数据完整性算法可采用国密SM2算法做签名、验签；客户端和服务端的双向认证即客户端、服务端各自持有自己的私钥和对方的公钥，有一方密钥有错都会认证失败。
进一步，密钥协商过程包括以下步骤：
配电交互网关程序在建立完与配电终端的TCP连接之后，立即与配电终端进行会话密钥协商，协商好会话密钥之后，进行后续的数据加密通信，在密钥协商完成之前，不得进行任何其他数据信息的发送，否则，TCP连接将被关闭，如图4所示：
(1)装置1产生随机数r1，作：
A＝ECert2(r1)‖ESkey1(H(r1))，将A发送到装置2；
(2)装置2对A解密并验证装置1的签名，产生随机数r2，作：
B＝ECert1(r2)‖ESkey2(H(r2))，将B发送到装置1；合成会话密钥
Figure BDA0001263266760000021
(3)装置1对B解密并验证装置2的签名，作：合成会话密钥
Figure BDA0001263266760000022
Figure BDA0001263266760000023
将C发送到装置2；装置2作
Figure BDA0001263266760000024
并比较C与D是否相同；若相同，则此时双方已经验证的对方身份，并持有会话密钥
Figure BDA0001263266760000025
若不同，则装置2给出协商失败告警信息，通知装置1，由装置1重新发起协商；
其中，装置1为配电交互网关，装置2为配电终端，rN为装置N产生的随机数，Cert N为装置N的公钥，Skey N为装置N的私钥，EX(Y)表示用X对Y作加密运算，H(Y)表示对Y作散列运算。
进一步，配电交互网关除了通过安全加密芯片中的数字证书认证验证配电终端的身份，还将记录终端上安全加密芯片的序列号，并将数字证书名与安全加密芯片序列号做绑定后用于认证。
进一步，所述配电交互网关在系统网卡中抓取报文，并对报文进行解析后完成以下操作：
①获取报文，解析报文的目标地址及目标端口，与配电终端建立连接，完成双向身份认证，并将该链接保存到内存表中；
②获取报文的数据部分，加密后发送至配电终端；
③接收配电终端的回送报文，解密其中的密文数据，并将明文数据构造成新的报文，从系统网卡上发回给外网前置机。
配电终端安全接入平台的数据流向如附图的图3所示，通信过程如下：
1)配电主站经过数据隔离组件与配电终端准备建立初始化连接；
2)配电交互网关截取配电主站的报文，解析报文的目标地址及目标端口(配电终端IP及监听端口)，与配电终端建立连接，并将该链接保存到内存表中；
3)配电交互网关向配电终端发送密钥协商请求；
4)配电终端返回密钥协商确认；
5)配电交互网关向配电终端发送密钥协商内容；
6)配电终端返回密钥协商结果；
7)配电终端发送身份认证信息；
8)配电交互网关返回身份认证结果；
9)获取配主站报文的数据部分，加密后发送至配电终端；
10)配电终端解密后处理相应业务操作；
11)配电终端将返回数据加密后，发送给配电交互网关；
12)配电交互网关解密后经过数据隔离组件转发至配电主站。
有益效果：1、与现有的安全接入产品相比，本发明将信息安全防护划分为应用服务器安全、传输通道安全和终端安全三个主体进行理论研究和技术实现，与使平台的目的性更为明确。
2、与现有的安全接入产品使用标准通讯协议不同，本发明的安全网络协议，该协议配套了专用的密钥协商方式及国产加密算法。
3、根据电力企业信息网络的特点与应用系统的现状，及电力信息安全等级保护的要求，针对电力企业内部不同业务应用的需求，本发明拥有针对配电终端安全接入的完整的技术体系和解决方案。
4、本发明的实现不需要改变网络结构，不需要修改防火墙配置和修改终端用户的配置。
附图说明
图1为本发明是配电终端安全接入平台系统架构图；
图2为配电交互网关程序流程图；
图3为配电终端安全接入平台数据流向图；
图4为配电终端安全接入平台密钥协商过程图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：配电终端安全接入平台的系统架构包括：配电终端、配电交互网关和数据隔离组件，如图1所示，其中，配电主站、正向隔离设备、反向隔离设备、内网前置机、外网前置机为原有配电业务设备。配电主站可以时刻监控各个配电终端的数据信息，下发开闭命令，进行电网重构等操作；正向隔离设备、反向隔离设备仅允许文件同步；内网前置机、外网前置机用于配合正向隔离设备、反向隔离设备进行文本向传输。
其中，配电终端包括入网认证模块和安全通信模块，入网认证模块将数字证书存放在具有安全加密功能和身份认证功能的安全加密芯片中，并为每一个配电终端配备相应的安全加密芯片；安全通信模块使用专用通信协议与配电交互网关建立安全通道，保证传输数据的安全。配电交互网关部署在配电网纵向网络边界上，建立安全通道并对配电终端进行访问控制。数据隔离组件直接采用现有安全接入平台的数据隔离组件设备，基于NP技术，采用100G网络处理器，并发量达到200W级别，可提供数据包的线速转发功能。在主站边界处通过安全通道实现以信息流为单位的数据内容解析，并以此为基础实现边界内外网络的隔离、数据交换和高精度的行为控制，可针对配电业务制定严格的准入制度，可实现安全传输通道的定制，防止非法链接穿透主站，在确保安全前提下实现终端和业务系统安全、正确的数据双向访问控制，进行数据报文的双向访问控制，严格限制终端访问应用。
平台部署时，为实现终端的安全接入，接入链路拓扑必须严格遵循配电交互网关→数据隔离组件→业务系统的方式，如果不能进行明确的接入链路区分，必须进行相应的网络拓扑改造或进行接入平台的分布式组件部署或利用增设前置机等方式实现业务分流。
实施过程如下：
1、在外网前置机与配电终端间增加数据隔离组件和配电交互网关；
2、在外网前置机上添加静态路由，将外网前置机的数据流定向路由到配电交互网关上；
3、数据隔离组件配置为透传模式，相当于一个二层设备，只对数据流做格式检查及基于ACL规则的访问控制，不对报文的网络地址做任何改动；
4、如图2所示，配电交互网关在系统网卡中抓取报文，并对报文进行解析后完成以下操作：
①通过libpcap获取报文，解析报文的目标地址及目标端口(配电终端IP及监听端口)，与配电终端建立连接，完成双向身份认证，并将该链接保存到内存表中；
②获取报文的数据部分，加密后发送至配电终端；
③接收配电终端的回送报文，解密其中的密文数据，并再通过libnet将明文数据构造成新的报文(报文源地址为终端IP)，从系统网卡上发回给外网前置机。

Claims (4)

1.一种配电终端安全接入平台，其特征在于，包括：配电主站、正向隔离设备、反向隔离设备、内网前置机、外网前置机、配电终端；
在外网前置机与配电终端之间增加顺序连接的数据隔离组件和配电交互网关；
所述配电终端包括入网认证模块和安全通信模块，所述入网认证模块将数字证书存放在具有安全加密功能和身份认证功能的安全加密芯片中，并为每一个配电终端配备相应的安全加密芯片；所述安全通信模块使用专用通信协议与配电交互网关建立安全通道，保证传输数据的安全；
所述配电交互网关部署在配电网纵向网络边界上，建立安全通道并对配电终端进行访问控制；
所述数据隔离组件提供数据包的线速转发功能，在配电主站边界处通过安全通道实现以信息流为单位的数据内容解析，以实现边界内外网络的隔离、数据交换和高精度的行为控制，针对配电业务制定准入制度，实现安全传输通道的定制，防止非法链接穿透配电主站，其中，所述数据隔离组件只对数据流做格式检查及基于ACL规则的访问控制，不对报文的网络地址做任何改动；
其中，配电终端在接入内网之前进行由入网认证模块的安全加密芯片和内网CA认证服务器共同保证的身份认证；安全通信模块通过与配电交互网关进行密钥交换算法、数据加密算法以及数据完整性检查算法的协商、客户端和服务端的双向认证以及确定会话密钥，建立安全通道。
2.根据权利要求1所述的配电终端安全接入平台的实现方法，其特征在于：密钥协商过程包括以下步骤：
配电交互网关程序在建立完与配电终端的TCP连接之后，立即与配电终端进行会话密钥协商，协商好会话密钥之后，进行后续的数据加密通信，在密钥协商完成之前，不得进行任何其他数据信息的发送，否则，TCP连接将被关闭：
(1)装置1产生随机数r1，作：
A＝ECert2(r1)‖ESkey1(H(r1))，将A发送到装置2；
(2)装置2对A解密并验证装置1的签名，产生随机数r2，作：
B＝ECert1(r2)‖ESkey2(H(r2))，将B发送到装置1；合成会话密钥
Figure FDA0002673523390000011
(3)装置1对B解密并验证装置2的签名，作：合成会话密钥
Figure FDA0002673523390000021
将C发送到装置2；装置2作
Figure FDA0002673523390000022
并比较C与D是否相同；若相同，则此时双方已经验证的对方身份，并持有会话密钥
Figure FDA0002673523390000023
若不同，则装置2给出协商失败告警信息，通知装置1，由装置1重新发起协商；
其中，装置1为配电交互网关，装置2为配电终端，rN为装置N产生的随机数，Cert N为装置N的公钥，Skey N为装置N的私钥，EX(Y)表示用X对Y作加密运算，H(Y)表示对Y作散列运算。
3.根据权利要求1所述的配电终端安全接入平台的实现方法，其特征在于：配电交互网关除了通过安全加密芯片中的数字证书认证验证配电终端的身份，还将记录终端上安全加密芯片的序列号，并将数字证书名与安全加密芯片序列号做绑定后用于认证。
4.根据权利要求1所述的配电终端安全接入平台的实现方法，其特征在于：所述配电交互网关在系统网卡中抓取报文，并对报文进行解析后完成以下操作：
①获取报文，解析报文的目标地址及目标端口，与配电终端建立连接，完成双向身份认证，并将该连 接保存到内存表中；
②获取报文的数据部分，加密后发送至配电终端；
③接收配电终端的回送报文，解密其中的密文数据，并将明文数据构造成新的报文，从系统网卡上发回给外网前置机。
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