分布式防火墻原型及實(shí)現(xiàn)

自從有了人類社會人們就不斷追求快速、高效、安全的通信方式，通信技術(shù)的每一次大發(fā)展都會大大地加快人類社會的文明進(jìn)程。特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)正在并將繼續(xù)深刻地改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方式。然而，如同其他任何一種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在給人們帶來好處的同時(shí)也給人們帶來災(zāi)害一樣，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也有負(fù)面效應(yīng)，這就是網(wǎng)絡(luò)信息安全問題。機(jī)密泄露、數(shù)據(jù)被盜和篡改、系統(tǒng)因?yàn)槭艿焦舳c瘓，諸如此類的事件在網(wǎng)絡(luò)上時(shí)有發(fā)生。1986年美國digital公司安裝第一個(gè)商用防火墻，然而直到1988年的蠕蟲事件才使人們真正認(rèn)識到網(wǎng)絡(luò)安全問題的存在。最近幾年網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展，安全問題也越來越突出，銀行、股票部門是攻擊的主要目標(biāo)。特別是從2001年的5月份中美黑客大戰(zhàn)以來，安全問題更加得到重視。中國的五星紅旗飄揚(yáng)在美國的許多網(wǎng)站主頁中，然而許多中國政府網(wǎng)站也被黑。網(wǎng)絡(luò)安全問題上升為國家安全問題。在2001年中安全軟件保持100%的增長率，居軟件行業(yè)之首，其中有三大賣點(diǎn)：加密、反毒和防火墻。目前，防火墻仍然是人們解決網(wǎng)絡(luò)安全問題的首選辦法。
然而隨著網(wǎng)絡(luò)的爆炸式發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)防火墻的弊端開始顯露，如瓶頸問題、防外不防內(nèi)、單點(diǎn)失效等。于是人們針對這些問題提出了一種新解決方案——分布式防火墻。分布式防火墻從根本上克服了傳統(tǒng)集中式防火墻缺陷的根源，即網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟蕾囆裕运芸朔惺椒阑饓Φ娜毕荻直Ａ羲膬?yōu)點(diǎn)。分布式防火墻一經(jīng)提出便得到廣泛關(guān)注，進(jìn)而設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)原型系統(tǒng)，美國Network_1（網(wǎng)屹）公司在2001年率先推出了商用分布式防火墻CyberWallPLUS。而國內(nèi)還沒有分布式防火墻產(chǎn)品出現(xiàn)，在這種形勢下我們展開了分布式防火墻的研究。
本文是在南京郵電學(xué)院科研項(xiàng)目“基于agent分布式防火墻原型系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上寫成。原理是實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)是原理的具體化，本文充分體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，既有理論高度，又有模型實(shí)現(xiàn)。原理的探索是艱難的（資料少），代碼的實(shí)現(xiàn)更是困難。雖然傳統(tǒng)防火墻開發(fā)技術(shù)已成熟，但由于網(wǎng)絡(luò)安全問題涉及到太多的機(jī)密問題，所以這項(xiàng)技術(shù)總是以原理的形式出現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方法很少有人提及，防火墻代碼是不公開的，微軟操作系統(tǒng)內(nèi)核也是不公開的。然而所有這些困難在自己的努力下被一一化解，最終完成了項(xiàng)目和論文。在經(jīng)過一年時(shí)間深入、系統(tǒng)、全面的研究之后，我取得了“一項(xiàng)突破，四項(xiàng)成果”。一項(xiàng)突破是：掌握了Windows主機(jī)防火墻的開發(fā)方法。四項(xiàng)成果是：①深刻地概括了分布式防火墻（簡稱DFW）的基本原理、體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)作機(jī)制等一系列理論問題。②設(shè)計(jì)了DFW模型的實(shí)現(xiàn)方案。③實(shí)現(xiàn)了DFW模型。④提出了DFW模型的改進(jìn)方案。
本文內(nèi)容安排如下：
在第一章中主要介紹了在DFW研究中所涉及到的基本理論和基本技術(shù)。DFW研究的基礎(chǔ)是掌握防火墻技術(shù)和分布式技術(shù)。介紹了Windows網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)和Windows主機(jī)防火墻的各種實(shí)現(xiàn)方法；介紹了數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)編程等基本的分布式技術(shù)。
在第二章中主要闡述了DFW的基本原理、本質(zhì)特征、體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)作機(jī)制等基本問題，這是至關(guān)重要的，因?yàn)橹挥姓莆樟吮举|(zhì)特征才能把握研究的方向。首先全面地概括了目前傳統(tǒng)防火墻的主要缺陷，分布式防火墻提出的背景；接著闡述了DFW的一系列基本理論問題；介紹了目前實(shí)現(xiàn)的一些原型系統(tǒng)的基本原理；
在第三章中闡述了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層防火墻的關(guān)鍵技術(shù)——Winsock 2 SPI技術(shù)。
在第四章中闡述了實(shí)現(xiàn)核心層防火墻的關(guān)鍵技術(shù)——TDI鉤子驅(qū)動(dòng)程序、NDIS中間驅(qū)動(dòng)程序和NDIS鉤子驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
第五章具體介紹了DFW模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)本著實(shí)現(xiàn)DFW的本質(zhì)所要求的功能，基于C/S模式設(shè)計(jì)，并且只在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)封包過濾。
第六章提出了DFW模型的改進(jìn)方案和努力方向。