CN113206790B - 基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质 - Google Patents

基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络通信技术领域，尤其是基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质，现提出如下方案，认证方法，包括如下步骤：控制器按照指定的时间周期向预置路径上的所有SR节点下发专属于此预置路径的Authen‑SID并向预置路径SR头节点下发用于控制报文转发路径的SegmentList，SegmentList能够携带在报文中并随着报文转发，所述SR头节点在发送报文时，利用所述SegmentList和所述预置路径对应的Authen‑SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码，SR中间节点和SR尾节点在转发所述报文时需要对第一认证码进行认证。本发明通过周期性变化的认证SID，既校验了SegmentList的完整性(防止被非法篡改)，又能防止重放攻击，保证报文沿着控制器预定的转发路径转发，降低被非法攻击的风险。

Description

基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及网络通信领域，尤其是基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质。
背景技术
Segment Routing(SR)作为SDN(Software Defined Network，软件定义网络)关键技术之一，通过在报文中插入有顺序的段列表(Segment List)来指导转发设备按照指定的转发路径进行报文转发，SR使网络更加简化，并具有良好的可扩展性；SRv6即SR技术在IPv6网络平面的应用。SRv6技术在IPv6报文中新增SRH(Segment Routing Header)报头，用于存储128bit IPv6地址格式的SRv6 SID(segment ID)列表。
SR在提供网络转发路径可控，取代路由最短路径优先的同时，也需要增加相应的Segment Routing Header(SRH)存储各个SR节点，用于控制转发路径，在不进行认证的情况下，无法确保实际报文的转发路径是按照SR指定的转发路径进行转发，无法防止报文被非法篡改，无法满足流量安全可控的需求，为网络流量的正常调度引入了潜在的风险，因而需要对各个SR节点进行认证，以确保网络通信流量的正确调度和转发路径安全可控，为此，本发明提出了基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提出了基于时间周期的SRv6传输路径认证方法、系统及存储介质。
本发明针对SRv6报文SRH头部的可认证要求，提出一种SRH头部完整性认证方法，用于对报文转发路径进行认证，并通过引入周期性变化的隐藏式认证SID(不在报文中可见，对预置传输路径上所有SR节点可见)参与计算认证码来防止重放攻击。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，包括如下步骤：
控制器按照指定的周期向预置路径上的所有SR节点下发专属于此预置路径的Authen-SID并向SR头节点下发用于控制报文转发路径的Segment List，所述Segment List能够携带在报文中并随着报文转发；
所述SR头节点在发送报文时，利用所述Segment List和所述预置路径的Authen-SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码；
SR中间节点和SR尾节点在转发所述报文时需要对第一认证码进行认证。
在一些实施例中，所述认证的过程包括SR中间节点和SR尾节点利用所述SegmentList和所述预置路径的Authen-SID进行计算并得到第二认证码；
若第二认证码和第一认证码一致，则所述SR中间节点或SR尾节点转发所述报文；
若第二认证码和第一认证码不一致，则所述SR中间节点或SR尾节点丢弃所述报文。
在一些实施例中，所述步骤还包括控制器向预置路径上的所有SR节点均下发PathID和Sequence，并将所述PathID和Sequence携带到报文中，所述Sequence为每个周期产生的Authen-SID对应的编号；
所述PathID唯一对应所述预置路径，所述PathID是Segment List的唯一编号；
Authen-SID只对所述预置路径上的所有SR节点可见，报文不携带所述Authen-SID，同一个时间周期内，控制器下发给指定预置路径上所有SR节点的(PathID,Sequence,Authen-SID)三元组相同。
在一些实施例中，所述步骤还包括在最新Sequence的Authen-SID下发经过半个周期后，SR头节点才开始使用最新的Sequence对应的Authen-SID计算报文SRH的认证码。
在一些实施例中，所述认证的过程还包括：所述SR中间节点和SR尾节点的Local-SID关联认证动作，触发所述报文进行认证；
SR中间节点和尾节点根据报文中携带的PathID和Sequence取出对应的Authen-SID。
在一些实施例中，所述Segment List能够下发认证算法(hash算法类型)携带在报文中，用于指导预置路径上的SR节点使用正确的hash算法对报文中的认证码进行认证。
在一些实施例中，所述认证码的计算方式如下：
AuthenticateCode＝CRC32(H(SL#Authen-SID))，
AuthenticateCode：认证码；
SL#Authen-SID:表示对SRH(除认证扩展头外)和本路径的Aut hen-SID进行串联拼接；
H()：表示进行哈希值计算；
CRC32：使用单位长度为32bit的CRC算法进行循环校验和计算。
一种基于时间周期的SRv6传输路径认证系统，所述系统包括控制器和多个SR节点模块，所述控制器能够按照指定的周期向预置路径上的所有SR节点模块下发专属于此预置路径的Authen-SID并向预置路径上SR头节点模块下发用于控制报文转发路径的SegmentList；
所述SR头节点模块在发送报文时，利用所述Segment List和预置路径对应Sequence的Authen-SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码；
SR中间节点模块和SR尾节点模块在转发所述报文时需要利用所述Segment List和预置路径对应Sequence的Authen-SID进行计算对第一认证码进行认证。
在一些实施例中，所述认证的过程包括SR中间节点模块和SR尾节点模块利用所述Segment List和所述预置路径的Authen-SID进行计算并得到第二认证码；
若第二认证码和第一认证码一致，则所述SR中间节点模块或SR尾节点模块转发所述报文；
若第二认证码和第一认证码不一致，则所述SR中间节点模块或SR尾节点模块丢弃所述报文。
一种存储介质，所述存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种以时间周期T进行变化的认证SID(Authen-SID)和SegmentList共同计算认证码的方法对SR头部路径进行完整性校验，通过变化的认证SID，既校验了Segment List的完整性(防止被非法篡改)，又能防止重放攻击，保证报文沿着控制器预定的转发路径转发，降低被非法攻击的风险。
附图说明
图1为本发明架构图；
图2为SRH携带选项头格式；
图3为完整SRH头报文格式。
图4为计算认证码需要的所有字段，其中Authen-SID不在报文中携带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明中，Algorithm为算法类型，描述认证码计算使用的哈希算法；
Segment List为段列表；
SR为Segment Routing；
PathID：控制器为预置路径(对应一个段列表)分配的具有唯一性标识的ID；
SRH为Segment Routing Header；
Authen-SID为认证SID，对预置路径上的所有SR节点可见，用于计算SRH头的认证码；
Sequence为控制器分配的认证SID的序列号，即Sequence为每个周期产生的Authen-SID对应的编号；
Authenticate Code为认证码；
Local-SID作为SRH段列表的SID之一，是分配给当前SR节点使用的SID，并且此SID会指定一个执行动作。
参照图示，一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，包括如下步骤：
控制器按照指定的时间周期向预置路径上所有的SR节点下发此预置路径的Authen-SID并向预置路径上的SR头节点下发用于控制报文转发路径的Segment List，所述Segment List能够携带在报文中并随着报文转发，Segment List能够下发认证算法(hash算法类型)携带在报文中，用于指导预置路径上的SR节点使用正确的hash算法对报文中的认证码进行认证；
所述预置路径上的SR节点按照功能分为SR头节点、SR中间节点和SR尾节点，本发明中SR中间节点可包含多个SR节点，并不经局限于单个SR节点；
控制器对预置路径上所有的SR节点均下发Sequence和PathID，所述Sequence用于对特定预置路径在不同时间周期对应的Authen-SID进行编号，并携带到报文中，编号的方式可以为对指定时间周期T进行变化生成的每个Authen-SID按照先后顺序以递增的方式编号；
每个所述SR节点的PathID均唯一对应一个预置路径，所述PathID是Segment List的唯一编号；
每个预置路径的PathID和Sequence对应一个唯一的Authen-SID，Authen-SID只对预置路径上所有的SR节点可见，报文不携带此字段；
预置路径上SR头节点在发送报文时，利用所述Segment List和所述预置路径对应的Authen-SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码；
SR中间节点和SR尾节点在转发所述报文时需要对第一认证码进行认证；
SR中间节点和SR尾节点的Local-SID关联认证动作，触发所述报文进行认证；
SR中间节点和SR尾节点根据报文中携带的PathID和Sequence取出对应的Authen-SID，SR节点在更新Authen-SID时，保留最近两次Sequence对应的Authen-SID，用于和SR头节点之间保持切换同步；
其它SR节点利用所述Segment List和所述预置路径对应的Authen-SID进行计算并得到第二认证码；
所述认证码的计算方式如下：
AuthenticateCode＝CRC32(H(SL#Authen-SID))，
AuthenticateCode：认证码；
SL#Authen-SID:表示对SRH(除认证扩展头外)和本路径的Au then-SID进行串联拼接；
H()：表示进行哈希值计算；
CRC32：使用单位长度为32bit的CRC算法进行循环校验和计算；
若第二认证码和第一验证码一致，则所述SR中间节点或SR尾节点转发所述报文；
若第二认证码和第一验证码不一致，则所述SR中间节点或SR尾节点丢弃所述报文。
由于控制器更新Authen-SID给各个SR节点并不能完全同步，本发明规定由预置路径上的SR头节点负责，在控制器下发最新的Authen-SID之后经过半个时间周期T/2，切换成最新序列号(Sequence)的Authen-SID；此时头节点使用最新的Authen-SID计算第一认证码，并把此预置路径的PathID和最新序列号(Sequence)写入报文。预置路径上的中间节点和尾节点根据报文中的PathID和Sequence在本SR节点上获取对应的Authen-SID，计算报文的第二认证码，对报文中的第一认证码进行认证。
本发明还提出一种基于时间周期的SRv6传输路径认证系统，所述系统包括控制器和多个SR节点模块，所述控制器能够按照指定的周期向预置路径上所有的SR节点模块下发专属于此预置路径的Authen-SID并向预置路径上的SR头节点模块下发用于控制报文转发路径的Segment List；
所述SR头节点模块在发送报文时，利用所述Segment List和所述预置路径对应的Authen-SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码；
SR中间节点模块和SR尾节点模块在转发所述报文时需要利用所述Segment List和此预置路径对应的Authen-SID进行计算对第一认证码进行认证，认证的方式可以按照上述认证的方法进行；
所述认证的过程包括SR中间节点模块和SR尾节点模块利用所述Segment List和所述预置路径的Authen-SID进行计算并得到第二认证码；
若第二认证码和第一认证码一致，则所述SR中间节点模块或SR尾节点模块转发所述报文；
若第二认证码和第一认证码不一致，则所述SR中间节点模块或SR尾节点模块丢弃所述报文
所述预置路径上的SR节点模块按照功能分为SR头节点模块、SR中间节点模块和SR尾节点模块；
本系统中，SR中间节点节点模块可包含多个SR节点模块，并不经局限于单个SR节点模块。
一种存储介质，所述存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
下面将对本发明的方法做出举例
在一个实施例中，例如，第一步，控制器可以通过加密信道向预置路径上的SR头节点(图1所示A处节点)下发Segment List,并设置认证算法；向预置路径上的SR中间节点(图1所示C节点，F节点)和SR尾节点(图1所示K节点)下发SID，并将SID设置认证属性；
Segment List用于控制报文转发路径，同时下发认证算法(hash算法类型)携带在报文中，用于指导预置路径上的SR节点使用正确的hash算法对报文中的认证码进行认证。
第二步，控制器向预置路径上所有节点(如图1所示A、C、F、K处节点)下发三元组<PathID,Sequence,Authen-SID>，其中PathID唯一对应一个预置路径，是Segment List的唯一编号；Authen-SID用于和SRH(不含认证扩展头)一起进行hash计算，计算认证码；Sequence用于对指定时间周期T生成的Authen-SID进行编号，并携带到报文中。Pathid和Sequence对应一个唯一的Authen-SID，Authen-SID只对本预置路径上的SR节点可见，报文不携带此字段。
第三步，SR头节点(A处节点)在发送报文时，对报文计算认证码，并以选项的方式放入SRH头中；
认证码计算方式如下：
AuthenticateCode＝CRC32(H(SL#Authen-SID))
SL#Authen-SID：表示对SRH头部的所有字段(除认证选项头外)和本路径的Authen-SID进行串联拼接；
H()：表示进行哈希值计算，常用的hash算法包括MD5，SHA-1等；
CRC32：使用单位长度为32bit的CRC算法，进行循环校验和计算；
第四步，SR中间节点(C、F处节点)在接收报文时，对报文中的认证码进行认证，认证方法如下：
当前SR节点的LocalSid(控制器为一个预置路径分配的，只属于某一个SR节点上的SID)关联认证动作，触发此报文进行认证
根据报文SRH头Option中的算法类型，选择hash算法H；根据报文中的PathID+Sequence取出本路径对应的认证SID(Authen-SID)；
通过CRC32(H(SL#Authen-SID))计算最终的认证码，比对计算出的认证码和报文中的认证码，认证码相同，认证通过，否则认证失败，丢弃报文；
在对SRH头中的第一认证码认证通过后，更新SRH头(Segments Left字段需要更新)并对SRH头重新计算认证码。认证码计算方式如下：
AuthenticateCode＝CRC32(H(SL#Authen-SID))；
第五步，SR尾节点(K处节点)在接收报文时，对报文中的认证码进行认证，认证方法如下：
当前SR节点的LocalSid(控制器为一个预置路径分配的，只属于某一个SR节点上的SID)关联认证动作，触发此报文进行认证
根据报文SRH头Option中的算法类型，选择hash算法H；根据报文中的PathID+Sequence取出本路径对应的认证SID(Authen-SID)；
通过CRC32(H(SL#Authen-SID))计算最终的认证码，比对计算出的认证码和报文中的认证码，认证码相同，认证通过，否则认证失败，丢弃报文。
在本发明中，通过利用隐藏式(不在报文中可见，对预置传输路径上所有SR节点可见)的认证SID(Authen-SID)和Segment List一起计算SR认证码的方法，对SR头部路径进行完整性校验，且认证SID(Authen-SID)可变，基于时间周期T，周期性变化，利用报文SRH头携带Pathid和Sequence用于在SR节点上查找认证SID(Authen-SID)，由于控制器更新Authen-SID给各个SR节点并不完全同步，在预置路径最新Sequence的Authen-SID下发后，经过半个指定时间周期T，头节点开始启用最新Authen-SID来完成头节点和其余SR节点切换Authen-SID的同步，认证码哈希计算后，再通过CRC算法对串联的哈希值进行压缩，以减少网络负载，SR节点的Local-SID只关联认证动作，不关联具体参数使得认证动作和参数独立，既校验了Segment List的完整性(防止被非法篡改)，又能防止重放攻击，保证报文沿着控制器预定的转发路径转发，降低被非法攻击的风险。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，其特征在于：包括如下步骤：
控制器按照指定的周期向预置路径上的所有SR节点下发专属于此预置路径的Authen-SID并向SR头节点下发用于控制报文转发路径的Segment List，所述Segment List能够携带在报文中并随着报文转发，所述Authen-SID为认证SID，对预置路径上的所有SR节点可见；
所述SR头节点在发送报文时，利用所述Segment List和所述预置路径的Authen-SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码；
SR中间节点和SR尾节点在转发所述报文时需要对第一认证码进行认证；
所述认证的过程包括SR中间节点和SR尾节点利用所述Segment List和所述预置路径的Authen-SID进行计算并得到第二认证码；
若第二认证码和第一认证码一致，则所述SR中间节点或SR尾节点转发所述报文；
若第二认证码和第一认证码不一致，则所述SR中间节点或SR尾节点丢弃所述报文。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，其特征在于，所述步骤还包括控制器向预置路径上的所有SR节点均下发PathID和Sequence，并将所述PathID和Sequence携带到报文中，所述Sequence为每个周期产生的Authen-SID对应的编号；
所述PathID唯一对应所述预置路径，所述PathID是Segment List的唯一编号；
Authen-SID只对所述预置路径上的所有SR节点可见，报文不携带所述Authen-SID。
3.根据权利要求2所述的一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，其特征在于，所述认证的过程还包括：所述SR中间节点和SR尾节点关联认证动作，触发所述报文进行认证；
SR中间节点和SR尾节点根据报文中携带的PathID和Sequence取出对应的Authen-SID。
4.根据权利要求3所述的一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，其特征在于，所述Segment List能够下发认证算法并将所述认证算法携带在报文中，所述认证算法用于指导预置路径上的SR节点使用hash算法对报文中的认证码进行认证。
5.根据权利要求4所述的一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，其特征在于，所述步骤还包括在最新Sequence的Authen-SID下发经过半个周期后，SR头节点才开始使用最新的Sequence对应的Authen-SID计算报文SRH的认证码，中间SR节点和SR尾节点至少需要保存所述预置路径最新下发的两个Sequence对应的Authen-SID。
6.根据权利要求5所述的一种基于时间周期的SRv6传输路径认证方法，其特征在于，所述认证码的计算方式如下：
AuthenticateCode＝CRC32(H(SL#Authen-SID))；
AuthenticateCode：认证码；
SL#Authen-SID:表示对SRH头部和本路径的Authen-SID进行串联拼接，所述SRH头部除认证扩展头外；
H()：表示进行哈希值计算；
CRC32：使用单位长度为32bit的CRC算法进行循环校验和计算。
7.一种基于时间周期的SRv6传输路径认证系统，其特征在于，所述系统包括控制器和多个SR节点模块，所述控制器能够按照指定的周期向预置路径上的所有SR节点模块下发专属于此预置路径的Authen-SID并向预置路径上SR头节点模块下发用于控制报文转发路径的Segment List；
所述SR头节点模块在发送报文时，利用所述Segment List和预置路径对应Sequence的Authen-SID进行计算并生成报文SRH的第一认证码；
SR中间节点模块和SR尾节点模块在转发所述报文时需要利用所述Segment List和预置路径对应Sequence的Authen-SID进行计算对第一认证码进行认证；
所述认证的过程包括SR中间节点模块和SR尾节点模块利用所述Segment List和所述预置路径的Authen-SID进行计算并得到第二认证码；
若第二认证码和第一认证码一致，则所述SR中间节点模块或SR尾节点模块转发所述报文；
若第二认证码和第一认证码不一致，则所述SR中间节点模块或SR尾节点模块丢弃所述报文。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一权利要求所述的方法。
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