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【摘 要】本文就网络安全的动态防护体系设计与实现进行了研究，详细介绍了网络安全静态过滤存在的安全隐患，以及分析了动态安全防护机理，并针对其设计与实现展开了深入的探讨。旨在为类似工程提供参考依据。
【关键词】网络安全；动态防护体系；设计；实现
在信息高速发展的今天，全球化的网络结构已经打破了传统的地域限制，世界各地应用网络越来越广泛。但是随着通过对网络内部数据访问的不断增加，其不稳定因素也随之增加，为了保障网络环境的动态安全，应采用基于动态监测的策略联动响应技术，实现在复杂网络环境下的网络交换设备的实时主动防御。
1 动态安全防护机理分析
要实现网络交换设备的动态安全防护，必须能够在保证设备本身安全的前提下对进入设备的数据流进行即时检测和行为分析，根据分析结果匹配相应的响应策略，并实时将策略应用于网络交换设备访问控制硬件，达到阻断后续攻击、保护网络交换设备正常业务运行的目的。
2 设计与实现
2.1 安全主动防御模型设计
网络安全主动防御通过采用积极主动的网络安全防御手段，和传统的静态安全防御手段结合，构筑安全的防御体系模型。网络安全主动防御模型是一个可扩展的模型，由管理、策略和技术三个层次组成：
1）管理层是整个安全模型的核心，通过合理的组织体系、规章制度和措施，把具有信息安全防御功能的软硬件设施和使用信息的人整合在一起，确保整个系统达到预定程度的信息安全。
2）策略层是整个网络安全防御的基础，通过安全策略来融合各种安全技术达到网络安全最大化。
3）技术层主要包括监测、预警、保护、检测、响应。
监测是通过一定的手段和方法发现系统或网络潜在的隐患，防患于未然。预警是对可能发生的网络攻击给出预先的警告，主要是通过收集和分析从开放信息资源搜集而获得的数据来判断是否有入侵倾向和潜在的威胁。保护是指根据数据流的行为分析结果所提前采取的技术防护手段。检测是指对系统当前运行状态或网络资源进行实时检测，及时发现威胁系统安全的入侵者。响应是对危及网络交换设备安全的事件和行为做出反应，根据检测结果分别采用不同的响应策略。
这几个部分相辅相成，相互依托，共同构建集主动、被动防御于一体的网络交换设备安全立体防护模型。
网络安全预警模块通过网络主动扫描与探测技术，实现网络信息的主动获取，建立起相对于攻击者的信息优势。网络安全预警模块根据数据流行为分析的具体结果，针对有安全风险的设备采用通用的网络交换设备扫描与探测技术进行实时监控，随时掌握这些设备的当前状态信息，并根据其状态的变化实时更新网络安全防护系统的相关表项，使网络安全防护系统进行模式匹配时所使用的规则符合当前网络中的实际情况，有效地提升系统的安全防护能力和效率。
安全管理平台主要由安全策略表、日志报警管理和用户操作管理组成。其中，安全策略表是网络数据流处理的依据，数据流访问控制模块和行为安全分析模块根据安全策略表中定义的规则对匹配的数据流进行相应的控制和处理。日志报警管理通过查询数据流行为安全分析、网络安全预警等模块产生的工作日志，对其内容进行动态监视，根据预设报警级别和报警方式产生相应的报警信息并通知系统维护人员进行相应处理。用户操作管理实时接收用户输入命令，完成命令解释，实现对安全防护系统的相关查询和配置管理。
2.2 动态策略联动响应设计
（1）数据流分类
网络数据流进入时，首先根据访问控制规则对数据流进行过滤，过滤通过的报文在向上递交的同时被镜像到数据流识别及分类处理模块，该模块首先通过源IP、目的IP、源端口、目的端口、协议类型五元组对数据流进行分类，然后根据流识别数据库的预设规则确定数据流的分类结果。在分类处理过程中，为提高处理效率，首先将五维分类查找问题分解降维为二维问题，利用成熟的二维IP分类算法进行初步分类。由于协议类型仅限于几个值，所以可以压缩所有分类规则中协议类型字段，将其由8位压缩为3位，节省数据库空间。由于规则实际所用到的端口号为0-65535中极少一部分，协议值和端口值不同情况的组合数目远远小于最大理论值。
（2）深度特征匹配
数据流在进行分类识别后，送入并行检测器进行深度特征匹配，匹配结果送入行为安全分析模块进行综合分析和判断，并根据具体分析结果进行相应的策略响应。检测器通过预设在数据库中的攻击流检测规则对应用报文中的多个相关字段进行特征检查和匹配，最终确定该数据流的属性。
为了保证检测器处理入侵信息的完整性，每个检测器只负责某一类（或几类）具体应用网络流量的检测，检测器之间采用基于应用的负载均衡算法，该算法根据各检测器的当前负载情况和可用性状况来动态调节各检测器负载，具体原则为：同一类型应用报文分配到同一类检测器，同类型应用报文基于负载最小优先原则进行检测器分配。
（3）策略联动响应
检测到网络攻击时，数据流行为安全分析模块根据攻击的危险等级采取相应的攻击响应机制，对普通危险等级的攻击只报告和记录攻击事件，对高危险的攻击使用主动实时响应机制。主动响应机制能有效提高系统的防御能力，为了避免产生误联动，主要是为一些关键的敏感业务流提供更高等级的保护。主动响应机制将与安全策略直接联动，阻止信息流穿越网络边界，切断恶意的网络连接操作。
3 应用验证
通过设计一台基于动态策略联动响应的网络安全防护技术的安全网络交换设备来验证该技术在实际网络应用环境中的安全防护能力。安全网络交换设备的硬件逻辑由数据处理模块，安全监测模块和管理控制模块组成。
该应用验证环境在设计上的主要特点在于：
1）该系统以可自主控制的高性能网络交换芯片为硬件核心，并针对网络攻击特点对网络交换设备系统软件进行修改和完善，从根本上保证了网络交换设备本身的安全性。
2）安全监测模块与网络交换设备系统软件相对独立，保证了网络交换设备在遭受攻击时安全监测和处理任务不受影响。
3）安全监测模块可根据实时网络数据行为分析结果对网络交换设备硬件进行实时安全防护设置，实现动态策略联动应对。
4 结论
为了解决网络交换设备的动态安全问题，采用基于动态监测的策略联动响应技术，可实现在复杂网络环境下的网络交换设备的实时主动防御。通过Snort等常用攻击软件对安全网络交换设备进行测试，结果表明，该安全网络交换设备能够有效地抗击包括泛洪攻击、IP碎片、拒绝服务攻击等多种网络攻击形式，保证网络交换设备的正常业务不受影响，同时能够正确产生安全日志和相应的报警信息。并且基于该技术实现的网络交换设备已应形成产品，实际使用情况良好。
参考文献：
[1] 刘勇；常国岑；王晓辉.基于联动机制的网络安全综合管理系统[J].计算机工程.2003年17期
[2] 郝英立；张利；仲崇权.基于网络安全的动态防护体系的研究与实现[J].邢台技术学院学报.2005年01期
【关键词】网络安全；动态防护体系；设计；实现
在信息高速发展的今天，全球化的网络结构已经打破了传统的地域限制，世界各地应用网络越来越广泛。但是随着通过对网络内部数据访问的不断增加，其不稳定因素也随之增加，为了保障网络环境的动态安全，应采用基于动态监测的策略联动响应技术，实现在复杂网络环境下的网络交换设备的实时主动防御。
1 动态安全防护机理分析
要实现网络交换设备的动态安全防护，必须能够在保证设备本身安全的前提下对进入设备的数据流进行即时检测和行为分析，根据分析结果匹配相应的响应策略，并实时将策略应用于网络交换设备访问控制硬件，达到阻断后续攻击、保护网络交换设备正常业务运行的目的。
2 设计与实现
2.1 安全主动防御模型设计
网络安全主动防御通过采用积极主动的网络安全防御手段，和传统的静态安全防御手段结合，构筑安全的防御体系模型。网络安全主动防御模型是一个可扩展的模型，由管理、策略和技术三个层次组成：
1）管理层是整个安全模型的核心，通过合理的组织体系、规章制度和措施，把具有信息安全防御功能的软硬件设施和使用信息的人整合在一起，确保整个系统达到预定程度的信息安全。
2）策略层是整个网络安全防御的基础，通过安全策略来融合各种安全技术达到网络安全最大化。
3）技术层主要包括监测、预警、保护、检测、响应。
监测是通过一定的手段和方法发现系统或网络潜在的隐患，防患于未然。预警是对可能发生的网络攻击给出预先的警告，主要是通过收集和分析从开放信息资源搜集而获得的数据来判断是否有入侵倾向和潜在的威胁。保护是指根据数据流的行为分析结果所提前采取的技术防护手段。检测是指对系统当前运行状态或网络资源进行实时检测，及时发现威胁系统安全的入侵者。响应是对危及网络交换设备安全的事件和行为做出反应，根据检测结果分别采用不同的响应策略。
这几个部分相辅相成，相互依托，共同构建集主动、被动防御于一体的网络交换设备安全立体防护模型。
网络安全预警模块通过网络主动扫描与探测技术，实现网络信息的主动获取，建立起相对于攻击者的信息优势。网络安全预警模块根据数据流行为分析的具体结果，针对有安全风险的设备采用通用的网络交换设备扫描与探测技术进行实时监控，随时掌握这些设备的当前状态信息，并根据其状态的变化实时更新网络安全防护系统的相关表项，使网络安全防护系统进行模式匹配时所使用的规则符合当前网络中的实际情况，有效地提升系统的安全防护能力和效率。
安全管理平台主要由安全策略表、日志报警管理和用户操作管理组成。其中，安全策略表是网络数据流处理的依据，数据流访问控制模块和行为安全分析模块根据安全策略表中定义的规则对匹配的数据流进行相应的控制和处理。日志报警管理通过查询数据流行为安全分析、网络安全预警等模块产生的工作日志，对其内容进行动态监视，根据预设报警级别和报警方式产生相应的报警信息并通知系统维护人员进行相应处理。用户操作管理实时接收用户输入命令，完成命令解释，实现对安全防护系统的相关查询和配置管理。
2.2 动态策略联动响应设计
（1）数据流分类
网络数据流进入时，首先根据访问控制规则对数据流进行过滤，过滤通过的报文在向上递交的同时被镜像到数据流识别及分类处理模块，该模块首先通过源IP、目的IP、源端口、目的端口、协议类型五元组对数据流进行分类，然后根据流识别数据库的预设规则确定数据流的分类结果。在分类处理过程中，为提高处理效率，首先将五维分类查找问题分解降维为二维问题，利用成熟的二维IP分类算法进行初步分类。由于协议类型仅限于几个值，所以可以压缩所有分类规则中协议类型字段，将其由8位压缩为3位，节省数据库空间。由于规则实际所用到的端口号为0-65535中极少一部分，协议值和端口值不同情况的组合数目远远小于最大理论值。
（2）深度特征匹配
数据流在进行分类识别后，送入并行检测器进行深度特征匹配，匹配结果送入行为安全分析模块进行综合分析和判断，并根据具体分析结果进行相应的策略响应。检测器通过预设在数据库中的攻击流检测规则对应用报文中的多个相关字段进行特征检查和匹配，最终确定该数据流的属性。
为了保证检测器处理入侵信息的完整性，每个检测器只负责某一类（或几类）具体应用网络流量的检测，检测器之间采用基于应用的负载均衡算法，该算法根据各检测器的当前负载情况和可用性状况来动态调节各检测器负载，具体原则为：同一类型应用报文分配到同一类检测器，同类型应用报文基于负载最小优先原则进行检测器分配。
（3）策略联动响应
检测到网络攻击时，数据流行为安全分析模块根据攻击的危险等级采取相应的攻击响应机制，对普通危险等级的攻击只报告和记录攻击事件，对高危险的攻击使用主动实时响应机制。主动响应机制能有效提高系统的防御能力，为了避免产生误联动，主要是为一些关键的敏感业务流提供更高等级的保护。主动响应机制将与安全策略直接联动，阻止信息流穿越网络边界，切断恶意的网络连接操作。
3 应用验证
通过设计一台基于动态策略联动响应的网络安全防护技术的安全网络交换设备来验证该技术在实际网络应用环境中的安全防护能力。安全网络交换设备的硬件逻辑由数据处理模块，安全监测模块和管理控制模块组成。
该应用验证环境在设计上的主要特点在于：
1）该系统以可自主控制的高性能网络交换芯片为硬件核心，并针对网络攻击特点对网络交换设备系统软件进行修改和完善，从根本上保证了网络交换设备本身的安全性。
2）安全监测模块与网络交换设备系统软件相对独立，保证了网络交换设备在遭受攻击时安全监测和处理任务不受影响。
3）安全监测模块可根据实时网络数据行为分析结果对网络交换设备硬件进行实时安全防护设置，实现动态策略联动应对。
4 结论
为了解决网络交换设备的动态安全问题，采用基于动态监测的策略联动响应技术，可实现在复杂网络环境下的网络交换设备的实时主动防御。通过Snort等常用攻击软件对安全网络交换设备进行测试，结果表明，该安全网络交换设备能够有效地抗击包括泛洪攻击、IP碎片、拒绝服务攻击等多种网络攻击形式，保证网络交换设备的正常业务不受影响，同时能够正确产生安全日志和相应的报警信息。并且基于该技术实现的网络交换设备已应形成产品，实际使用情况良好。
参考文献：
[1] 刘勇；常国岑；王晓辉.基于联动机制的网络安全综合管理系统[J].计算机工程.2003年17期
[2] 郝英立；张利；仲崇权.基于网络安全的动态防护体系的研究与实现[J].邢台技术学院学报.2005年01期