CN115865370A - 一种基于tcp选项的单包授权验证方法 - Google Patents

一种基于tcp选项的单包授权验证方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络安全技术领域，其公开了一种基于TCP选项的单包授权验证方法，解决在软件定义边界的场景下引入单包授权验证导致交互时间增加、TCP应用流程改造度较大、无法较好隐藏服务主机TCP目标端口的问题。本发明通过在TCP客户端中安装的TCP客户端SPA内核模块检测从客户主机发出的TCPSYN报文，将SPA认证负荷添加到符合需求的TCPSYN报文的TCP选项中，并重新计算报文校验和，发送给服务主机；通过在TCP服务端中安装的TCP服务端SPA内核模块检测服务主机收到的TCP报文，基于五元组信息快速放行已验证会话，并基于TCPSYN报文中自定义选项，检测TCP客户端SPA内核模块的流量，提取TCP选项中SPA认证负荷并验证，验证通过则放行TCPSYN报文建立完整TCP连接，验证失败则丢弃TCPSYN报文。

Description

一种基于TCP选项的单包授权验证方法
技术领域
本发明涉及网络安全技术领域，具体涉及一种基于TCP(传输控制协议)选项的单包授权验证方法。
背景技术
目前在软件定义边界(SDP)的单包授权验证(SPA)场景下，通常采用以下几种方式验证TCP客户端的身份和权限：
一、客户主机生成SPA认证负荷，将SPA认证负荷作为UDP协议或者ICMP协议的传输负荷，将SPA所在报文发送给服务主机进行验证授权，授权验证通过后服务主机会允许认证来源TCP客户端允许访问的目标端口，TCP客户端发起对目标端口的TCP连接请求资源。
该方案由于在TCP客户端初始化TCP连接前，增加独立的UDP协议或者ICMP协议报文进行SPA认证步骤，导致客户主机与服务主机交互时间增加。
二、客户主机与服务主机完成三次TCP握手，基于已建立的TCP连接生成SPA认证负荷，将SPA所在报文发送给服务主机进行验证授权，授权通过后后续TCP报文允许认证来源TCP客户端能够请求资源，否则断开TCP连接。
该技术方案存在的缺陷是服务主机TCP目标端口无法被隐藏且对于所有TCP应用层交互都需较大改造，具体体现为：
(1)TCP客户端初始化TCP连接前未授权验证，直接开放TCP服务端目标端口被访问，可能导致SYN泛洪攻击、ACK泛洪攻击等安全隐患。
(2)TCP连接建立后增加SPA认证负荷验证，需要对原有TCP应用层交互改造，增加独立SPA认证报文传输步骤，导致客户主机与服务主机交互时间增加。
三、客户主机与服务主机完成三次TCP握手，基于TCP上层协议进行扩展，如在HTTP请求初始化时将SPA认证负荷存储在HTTP请求中、在HTTPS请求初始化TLS时将SPA认证负荷存储在TLS握手的扩展字段中，将SPA所在报文发送服务主机进行验证授权，授权通过后后续TCP报文允许认证来源TCP客户端能够请求资源。
该方案由于TCP客户端初始化TCP连接前未授权验证，直接开放TCP服务端目标端口被访问，可能导致SYN泛洪攻击、ACK泛洪攻击等安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于TCP选项的单包授权验证方法，解决在软件定义边界的场景下引入单包授权验证导致交互时间增加、TCP应用流程改造度较大、无法较好隐藏服务主机TCP目标端口的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种基于TCP选项的单包授权验证方法，应用于包括客户主机和服务主机的系统中，所述客户主机中部署有TCP客户端，所述TCP客户端中安装有TCP客户端SPA内核模块；所述服务主机中部署有TCP服务端，所述TCP服务端中安装有TCP服务端SPA内核模块；
该方法包括以下步骤：
S1、通过TCP客户端输入访问TCP服务端的地址和端口，发起TCP连接的初始化操作，生成TCP SYN报文；
S2、TCP客户端SPA内核模块检测到TCP SYN报文，当基于策略判断需要对该TCPSYN报文添加SPA认证负荷时，生成SPA认证负荷填充至TCP自定义选项，重新计算报文的校验和填充，然后将报文发送给服务主机；
S3、TCP服务端SPA内核模块接收到TCP报文时，验证该连接是否已通过校验，若是，则进入步骤，否则，进入步骤S4；
S4、TCP服务端SPA内核模块判定当前TCP报文为TCP SYN报文时，则对TCP报文信息中SPA认证负荷进行提取，若提取到SPA认证负荷，则进入步骤S5，否则，根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作；
S5、TCP服务端SPA内核模块验证提取到的所述SPA认证负荷，若验证通过，则进入步骤S6，否则，根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作；
S6、TCP服务端SPA内核模块将对应TCP连接加入到已通过校验哈希表中，并放行该TCP报文；
S7、TCP客户端与TCP服务端进行握手建立TCP连接，TCP客户端可通过TCP协议访问TCP服务端上的资源。
进一步的，步骤S4中，所述根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作，具体包括：若当前场景配置为强制检查SPA认证负荷，则丢弃当前TCP报文；若当前场景配置为不强制检查SPA认证负荷，则执行步骤S6。
进一步的，步骤S5中，所述根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作，具体包括：若当前场景配置为强制检查SPA认证负荷，则丢弃当前TCP报文；若当前场景配置为不强制检查SPA认证负荷，则执行步骤S6。
进一步的，该方法还包括步骤：
S9、当TCP服务端SPA内核模块检测到TCP连接关闭或者TCP连接超时，则将该TCP连接从已通过校验哈希表中删除。
进一步的，步骤S3中，所述TCP服务端SPA内核模块接收到TCP报文时，验证该连接是否已通过校验，具体包括：TCP服务端SPA内核模块基于TCP报文中的源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议五元组进行哈希计算，验证对应连接是否在已通过校验哈希表中。
本发明的有益效果是：
通过在TCP客户端中安装的TCP客户端SPA内核模块检测从客户主机发出的TCPSYN报文，将SPA认证负荷添加到符合需求的TCP SYN报文的TCP选项中，并重新计算报文校验和，发送给服务主机，网络传输不受兼容性影响；
通过在TCP服务端中安装的TCP服务端SPA内核模块检测服务主机收到的TCP报文，基于五元组信息快速放行已验证会话，并基于TCP SYN报文中自定义选项，检测TCP客户端SPA内核模块的流量，提取TCP选项中SPA认证负荷并验证，验证通过则放行TCP SYN报文建立完整TCP连接，验证失败则丢弃TCP SYN报文，因为丢弃TCP连接SYN报文导致TCP SYN握手超时，不会暴露业务资源端口；且在业务资源未安装TCP服务端SPA内核模块时，自定义TCP选项也不影响正常访问交互。
基于上述，本发明的方案能够在不对现有TCP服务应用层进行任何修改的情况下验证SPA认证负荷，提升较大的验证效率和场景适应性能。
附图说明
图1为本发明实施例中的资源访问系统图；
图2为本发明实施例中的基于TCP选项的单包授权验证方法流程图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种基于TCP选项的单包授权验证方法，解决在软件定义边界的场景下引入单包授权验证导致交互时间增加、TCP应用流程改造度较大、无法较好隐藏服务主机TCP目标端口的问题。本发明在TCP客户端中安装TCP客户端SPA内核模块，在TCP服务端中安装TCP服务端SPA内核模块，两个内核模块在内核层并行处理自定义TCP选项中SPA认证负荷和TCP连接交互，具体而言，TCP客户端SPA内核模块检测从客户主机发出的TCP SYN报文，将SPA认证负荷添加到符合需求的TCP SYN报文的TCP选项中，并重新计算报文校验和，发送给服务主机，TCP服务端SPA内核模块检测服务主机收到的TCP报文，基于五元组信息快速放行已验证会话，并基于TCP SYN报文中自定义选项，检测TCP客户端SPA内核模块的流量，提取TCP选项中SPA认证负荷并验证，验证通过则放行TCP SYN报文建立完整TCP连接，验证失败则丢弃TCP SYN报文。
实施例：
本实施例中的资源访问系统如图1所示，其包括客户主机和服务主机，所述客户主机中部署有TCP客户端，所述TCP客户端中安装有TCP客户端SPA内核模块；所述服务主机中部署有TCP服务端，所述TCP服务端中安装有TCP服务端SPA内核模块；在进行资源访问时，客户主机与服务主机之间通过TCP客户端SPA内核模块和TCP服务端SPA内核模块进行交互，具体而言：
TCP客户端SPA内核模块：检测从客户主机发出的TCP SYN报文，将SPA认证负荷添加到符合需求的TCP SYN报文的TCP选项中，并重新计算报文校验和，发送给服务主机；
TCP服务端SPA内核模块：检测服务主机收到的TCP报文，基于五元组信息快速放行已验证会话，并基于TCP SYN报文中自定义选项，检测TCP客户端SPA内核模块的流量，提取TCP选项中SPA认证负荷并验证，验证通过则放行TCP SYN报文建立完整TCP连接，验证失败则丢弃TCP SYN报文。
基于上述资源访问系统，本实施例提供的基于TCP选项的单包授权验证方法流程如图2所示，其包括以下步骤：
1、通过TCP客户端输入访问TCP服务端地址和端口，发起TCP连接的初始化操作，生成TCP SYN报文；
2、TCP客户端SPA内核模块检测到TCP客户端发起对TCP服务端的访问产生的TCPSYN报文，基于策略判断需要对该TCP SYN报文添加SPA认证负荷，模块生成SPA认证负荷填充入TCP自定义选项，重新计算报文的校验和填充，将TCP SYN报文发送给服务主机；
3、TCP服务端SPA内核模块接收到TCP报文(不仅限于TCP SYN报文)，基于源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议五元组进行哈希，验证该连接是否在已通过校验哈希表，如果存在，则进入第9步；
4、TCP服务端SPA内核模块检测当前TCP报文为SYN报文，则对TCP报文信息中SPA认证负荷进行提取，基于场景配置有如下两种流程：
增强安全性场景下：设置强制检查SPA认证负荷，TCP报文信息中无SPA认证负荷，则丢弃当前TCP报文，结束整个流程；TCP报文信息中有SPA认证负荷，则进入第5步；
增强现有服务兼容性场景下：设置不强制检查SPA认证负荷，TCP报文信息中没有SPA认证负荷，设置校验结果为SPA未验证通过但允许连接，然后进入第6步；TCP报文信息中有SPA认证负荷，则进入第5步；
5、TCP服务端SPA内核模块验证SPA认证负荷，基于场景配置有如下两种流程：
增强安全性场景下：设置强制检查SPA认证负荷，SPA认证负荷未通过校验，则丢弃当前TCP报文，结束整个流程；SPA认证负荷通过校验，设置校验结果为SPA验证通过，然后进入第6步；
增强现有服务兼容性场景下：设置不强制检查SPA认证负荷，SPA认证负荷未通过校验，设置校验结果为SPA未验证通过但允许连接，然后进入第6步；SPA认证负荷通过校验，设置校验结果为SPA验证通过，然后进入第6步；
6、TCP服务端SPA内核模块基于源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议五元组进行哈希，将该连接加入到已通过校验哈希表(分成SPA验证通过和SPA未验证通过但允许连接两类)，并放行当前TCP报文；
7、TCP服务端生成TCP连接SYN+ACK标志报文，发送给TCP客户端；
8、TCP客户端接收到TCP服务端SYN+ACK标志报文，并生成SYN+ACK报文，发送给TCP服务端；
9、TCP服务端SPA内核模块接收到TCP报文，基于源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议五元组进行哈希，验证该连接在已通过校验哈希表，则不再额外处理，完成TCP客户端与TCP服务端的三次握手；
10、TCP客户端请求资源，TCP服务端返回对应请求资源；
11、TCP客户端关闭与TCP服务端的TCP连接；
12、TCP服务端SPA内核模块检测到该连接已经关闭或者超时，从已通过校验哈希表删除，后续请求需要重新通过SPA验证。
最后应当说明的是，上述实施例仅是优选实施方式，并不用以限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出若干修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于TCP选项的单包授权验证方法，应用于包括客户主机和服务主机的系统中，其特征在于，所述客户主机中部署有TCP客户端，所述TCP客户端中安装有TCP客户端SPA内核模块；所述服务主机中部署有TCP服务端，所述TCP服务端中安装有TCP服务端SPA内核模块；
该方法包括以下步骤：
S1、通过TCP客户端输入访问TCP服务端的地址和端口，发起TCP连接的初始化操作，生成TCP SYN报文；
S2、TCP客户端SPA内核模块检测到TCP SYN报文，当基于策略判断需要对该TCP SYN报文添加SPA认证负荷时，生成SPA认证负荷填充至TCP自定义选项，重新计算报文的校验和填充，然后将报文发送给服务主机；
S3、TCP服务端SPA内核模块接收到TCP报文时，验证该连接是否已通过校验，若是，则进入步骤，否则，进入步骤S4；
S4、TCP服务端SPA内核模块判定当前TCP报文为TCP SYN报文时，则对TCP报文信息中SPA认证负荷进行提取，若提取到SPA认证负荷，则进入步骤S5，否则，根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作；
S5、TCP服务端SPA内核模块验证提取到的所述SPA认证负荷，若验证通过，则进入步骤S6，否则，根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作；
S6、TCP服务端SPA内核模块将对应TCP连接加入到已通过校验哈希表中，并放行该TCP报文；
S7、TCP客户端与TCP服务端进行握手建立TCP连接，TCP客户端可通过TCP协议访问TCP服务端上的资源。
2.如权利要求1所述的一种基于TCP选项的单包授权验证方法，其特征在于，
步骤S4中，所述根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作，具体包括：若当前场景配置为强制检查SPA认证负荷，则丢弃当前TCP报文；若当前场景配置为不强制检查SPA认证负荷，则执行步骤S6。
3.如权利要求1所述的一种基于TCP选项的单包授权验证方法，其特征在于，
步骤S5中，所述根据当前场景配置对该TCP报文执行对应的操作，具体包括：若当前场景配置为强制检查SPA认证负荷，则丢弃当前TCP报文；若当前场景配置为不强制检查SPA认证负荷，则执行步骤S6。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种基于TCP选项的单包授权验证方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
S9、当TCP服务端SPA内核模块检测到TCP连接关闭或者TCP连接超时，则将该TCP连接从已通过校验哈希表中删除。
5.如权利要求1-3任意一项所述的一种基于TCP选项的单包授权验证方法，其特征在于，步骤S3中，所述TCP服务端SPA内核模块接收到TCP报文时，验证该连接是否已通过校验，具体包括：TCP服务端SPA内核模块基于TCP报文中的源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议五元组进行哈希计算，验证对应连接是否在已通过校验哈希表中。
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