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RPKI概覽

□TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.9NETWORK TECHNOLOGYRPKI 概覽*馬摘迪中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心要作為支撐互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,

□TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.9NETWORK TECHNOLOGY

RPKI 概覽*

迪中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心

要作為支撐互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,域間路由系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的安全有著至關(guān)重要的

影響。由于BGP協(xié)議缺乏對(duì)路由通告內(nèi)容真實(shí)性的保證,黑客的蓄意攻擊行為以及錯(cuò)誤的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置都可以導(dǎo)致路由劫持現(xiàn)象的發(fā)生。作為繼DNSSEC之后ICANN下一個(gè)重點(diǎn)部署的互聯(lián)網(wǎng)安全基礎(chǔ)設(shè)施,RPKI從IP地址資源管理的角度出發(fā),構(gòu)建了一個(gè)IP地址資源授權(quán)認(rèn)證體系,用以驗(yàn)證AS針對(duì)特定IP地址前綴的路由通告是否合法,并為域間路由安全方案(例如S-BGP,

BGPSEC)的實(shí)施提供了一個(gè)可信的信息源。圍繞RPKI的部署和業(yè)務(wù)開展,本文首先回顧了RPKI

的歷史由來,然后從技術(shù)要素、運(yùn)行機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)化工作等三個(gè)層面對(duì)RPKI的基本原理進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞RPKI技術(shù)要素運(yùn)行機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)化工作

1引言

由于IPv4地址空間的局限,互聯(lián)網(wǎng)開始了向

PublicKeyInfrastructure)以期構(gòu)建一個(gè)支撐域間路由安全的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)資源管理系統(tǒng)。

——RPKI業(yè)務(wù)的興起源自一種互聯(lián)網(wǎng)安全威脅—路由劫持。由于BGP協(xié)議缺乏對(duì)路由通告內(nèi)容真實(shí)性的保證,黑客的蓄意攻擊以及錯(cuò)誤的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置都可以導(dǎo)致路由劫持現(xiàn)象的發(fā)生。路由劫持對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的正常運(yùn)行影響極大,導(dǎo)致大面積的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。見諸報(bào)端的典型路由劫持事件有:1997年4月的“AS7007

IPv6的演進(jìn)。在向IPv6過渡的進(jìn)程中,以“構(gòu)建從可用到可信的互聯(lián)網(wǎng)”為目標(biāo),互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施也正在經(jīng)歷著深刻的變化。作為支撐互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,域名系統(tǒng)和域間路由系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的安全有著至關(guān)重要的影響。在域名系統(tǒng)層面,伴隨著ICANN(TheInternetCorporationforAssignedNamesand

Incident”事件,2004年的12月土耳其TTNet路由劫持事件,2006年1月Con-Edison路由劫持事件以及

Numbers)于2009年末對(duì)DNS根區(qū)(RootZone)實(shí)施簽名,DNSSEC將成為DNS安全的基石;而在域間路由系統(tǒng)層面,互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)則計(jì)劃部署RPKI(Resource

2008年巴基斯坦電信劫持YouTube流量事件等。

為增強(qiáng)域間路由系統(tǒng)的安全,不少研究針對(duì)BGP

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+CGN解決方案。在江蘇、湖南、四川等省的IPv6過渡技術(shù)試點(diǎn)中完成包括雙棧cGN,Ds-Lite和現(xiàn)網(wǎng)CGN等多種過渡場(chǎng)景驗(yàn)證和測(cè)試,并積極摸索符合現(xiàn)網(wǎng)場(chǎng)景的多種過渡技術(shù)組合方案,以探索出立足現(xiàn)網(wǎng),低成本、可規(guī)模復(fù)制的IPv6過渡方案。2012年2~5月相繼在成都、長(zhǎng)沙、無錫完成了商用試點(diǎn),目前,已經(jīng)覆蓋18萬IPv6用戶,開通1.3萬雙棧+CGN用戶,3.3萬CGN用戶。驗(yàn)證了華為提供的方案的成熟性和易部署性,

DS-lite用戶正在逐步開展放號(hào)工作,解決了創(chuàng)新技術(shù)在部署過程中的一些問題,方案逐步完善。

華為IPv6及CGN過渡技術(shù)研究、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)踐方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),將鼎力支持國(guó)家寬帶中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的全面推進(jìn),十二五期間實(shí)現(xiàn)IPv6的大規(guī)模部署商用。

(收稿日期:2012-08-20)

*基金項(xiàng)目:發(fā)改委CNGI專項(xiàng)[20121763號(hào)],2012年下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模商用專項(xiàng)資助項(xiàng)目

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網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議層面的缺陷提出了解決方案,其中以BBN公司StephenKent提出的S-BGP和思科公司RussWhite提出的soBGP在工業(yè)界最具影響。RPKI的概念最早誕生于描述S-BGP方案的論文中。S-BGP提出了一種附加簽名的BGP消息格式,用以驗(yàn)證路由通告中IP地址前綴和傳播路徑上AS號(hào)的綁定關(guān)系,從而避免路由劫持?;谶@樣的設(shè)計(jì),數(shù)字證書和簽名機(jī)制被引入BGP范疇,需要PKI的支持。為驗(yàn)證路由通告簽名者所持有的公鑰,該簽名者的IP地址分配上游為其簽發(fā)證書,一方面驗(yàn)證其公鑰,一方面驗(yàn)證該實(shí)體對(duì)某個(gè)IP地址前綴的管理權(quán)?;冢桑械刂焚Y源分配關(guān)系而形成的公鑰證書體系,RPKI的基本框架就此形成。

目前,RPKI相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在IETF域間路由安全(SecureInter-domainRouting,SIDR)工作組持續(xù)開展,本文將依據(jù)RPKI在IETF已經(jīng)形成結(jié)論或討論較為成熟的內(nèi)容,對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹。

2RPKI 基本原理

顧名思義,RPKI是一種用于保障互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)號(hào)

碼資源(包含IP地址,AS號(hào))安全使用的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施。通過對(duì)X.509公鑰證書進(jìn)行擴(kuò)展,RPKI依托資源證書實(shí)現(xiàn)了對(duì)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)號(hào)碼資源使用授權(quán)的認(rèn)證,并以路由源聲明(RouteOriginAttestation,ROA)的形式幫助域間路由系統(tǒng),驗(yàn)證某個(gè)AS針對(duì)特定IP地址前綴的路由通告是否合法。此外,RPKI證書體系以及

RPKI資料庫(kù)還為域間路由安全方案(例如S-BGP)的實(shí)施提供了一個(gè)可信的數(shù)據(jù)源。下文將從RPKI證書體系、ROA和RPKI資料庫(kù)(Repository)等方面對(duì)RP-

KI范疇的相關(guān)原理進(jìn)行介紹。2.1RPKI 證書體系

RPKI范疇有兩種證書,一種為CA證書,用以證明某個(gè)實(shí)體對(duì)IP地址和AS號(hào)的所有權(quán);一種稱之為

EE(EndEntity,終端實(shí)體)證書,用以對(duì)IP地址前綴的路由源信息添加簽名。在RPKI中,驗(yàn)證關(guān)系由IP地址分配關(guān)系決定,并通過對(duì)傳統(tǒng)的X.509證書進(jìn)行擴(kuò)展加以實(shí)現(xiàn)。使用X.509證書來攜帶IP地址和AS號(hào)信息的方法已經(jīng)以RFC3779的形式在IETF完成了標(biāo)準(zhǔn)化,詳細(xì)規(guī)范了IP地址和AS號(hào)作為擴(kuò)展域在

X.509證書中的編碼格式。AS號(hào)和IP地址擴(kuò)展域在

《電信網(wǎng)技術(shù)》2012年9月第9期

X.509證書中被標(biāo)識(shí)為關(guān)鍵擴(kuò)展(Critical),也即該項(xiàng)信息必須被驗(yàn)證。

當(dāng)某個(gè)IP地址資源持有者(RPKI體系中的CA證書持有者)需要授權(quán)某個(gè)AS為其特定的IP地址前綴通告路由可達(dá)信息時(shí),該IP地址資源持有者使用其持有CA證書對(duì)應(yīng)的私鑰簽發(fā)一個(gè)EE證書,然后再用EE證書對(duì)應(yīng)的私鑰產(chǎn)生“路由源聲明”簽名項(xiàng),EE證書中的IP地址前綴與“路由源聲明”所表征的IP地址前綴須完全一致。

全球范圍內(nèi)的IP地址分配管理體系決定了RPKI體系內(nèi)證書的驗(yàn)證路徑,IP地址分配管理體系中的地址分配者和地址申請(qǐng)者相應(yīng)地成為IP地址資源證書的頒發(fā)者和持有者。換言之,在IP地址分配樹中,上游節(jié)點(diǎn)既是其鄰接下游節(jié)點(diǎn)的資源分配者,也是其鄰接下游節(jié)點(diǎn)所持有資源證書的頒發(fā)者。

2.2ROA

ROA,即路由源聲明,包含一個(gè)AS號(hào)同一個(gè)或多個(gè)IP地址前綴之間的“綁定關(guān)系”。其真實(shí)性由ROA中IP地址前綴對(duì)應(yīng)的EE證書添加簽名加以保證。基于ROA的設(shè)計(jì),RPKI驗(yàn)證者(RelyingParty,RP)通過驗(yàn)證ROA來判斷一個(gè)AS是否被IP地址資源的持有者授權(quán)通告對(duì)應(yīng)IP地址前綴的路由信息。

當(dāng)需要授權(quán)某個(gè)AS對(duì)特定的IP地址前綴進(jìn)行路由通告時(shí),該IP地址前綴的持有者產(chǎn)生ROA,并通過RPKI資料庫(kù)加以存儲(chǔ)和發(fā)布,供RP下載和驗(yàn)證。為了撤銷的便利,IP地址資源持有者(CA)通常為每一個(gè)ROA的產(chǎn)生獨(dú)立地頒發(fā)一個(gè)EE證書,也即

ROA和EE證書具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣設(shè)計(jì)的好處是,通過撤銷EE證書就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)ROA的更新,而無需設(shè)計(jì)專門的ROA撤銷機(jī)制。EE證書和ROA的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系決定了EE證書的公鑰僅用于產(chǎn)生一次

ROA簽名項(xiàng)。ROA簽名項(xiàng)一旦生成,EE證書對(duì)應(yīng)的私鑰即可銷毀,簡(jiǎn)化了密鑰管理。

2.3RPKI 資料庫(kù)

RPKI中所有證書以及簽名對(duì)象(例如ROA)都在RPKI資料庫(kù)存儲(chǔ)并加以發(fā)布,由證書頒發(fā)者和簽名者負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)的上載?;诜植际降模桑械刂贩峙涔芾眢w系,RPKI資料庫(kù)的部署相應(yīng)地采用了分布式系統(tǒng),該系統(tǒng)使用目錄對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織,并通過資源證書中的SIA(SubjectInformationAuthority)和AIA(Au-

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□TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.9NETWORK TECHNOLOGY

thorityInformationAuthority)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的存取定位信息加以描述??紤]到RP需要周期地下載相關(guān)證書和

RP功能組件的設(shè)計(jì)是RPKI在運(yùn)行實(shí)踐層面的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是RPKI證書體系和互聯(lián)網(wǎng)域間路由系統(tǒng)之間進(jìn)行交互的橋梁,圖2給出了BBN公司設(shè)計(jì)的

RPKI簽名對(duì)象,RPKI資料的存取基于增量下載機(jī)制,使用一種稱為rsync的協(xié)議完成RPKI資料同步。

RP功能組件的模塊圖,其中RP的URIChaser是一個(gè)非同步進(jìn)程,用以主動(dòng)尋找新頒發(fā)證書,CRL以及

RPKI資料庫(kù)系統(tǒng)可能遭受多種形式的攻擊。例如,一個(gè)過期的簽名項(xiàng)(例如ROA)可能會(huì)被用來替換當(dāng)前版本;一個(gè)有效的條目(例如CA證書)可能在驗(yàn)證者沒有察覺的情況下被攻擊者從RPKI資料庫(kù)中刪除從而導(dǎo)致證書路徑構(gòu)建的失敗。為保護(hù)RPKI資料庫(kù)的內(nèi)容完整性,RPKI設(shè)計(jì)了資料清單(Manifest),用于羅列RPKI資料庫(kù)中所有未過期的證書,CRL以及ROA等簽名項(xiàng),并包含了這些文件的名稱以及文件內(nèi)容的哈希。RPKI資料清單的核心作用是幫助RP構(gòu)造RPKI數(shù)據(jù)的可信本地緩存。

ROA發(fā)布點(diǎn)的模塊。相關(guān)簽名項(xiàng)經(jīng)過驗(yàn)證后在RP本地緩存,并通過RTR協(xié)議提供給邊界路由器。

在RPKI體系中,證書和簽名對(duì)象的驗(yàn)證導(dǎo)致RP計(jì)算負(fù)擔(dān)最重,而本地緩存和信任錨點(diǎn)(TrustAnchor)的維護(hù)則使得RP還承擔(dān)復(fù)雜的管理任務(wù)。盡管較大的運(yùn)營(yíng)商有能力在自己的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立地部署RP,但較小的企業(yè)或中?。桑樱锌赡苓€是傾向使用第三方提供的RP服務(wù)。隨著云計(jì)算模式日趨普遍,這種第三方的

RP服務(wù)或?qū)⒅饾u遷移到云端,使得RPKI業(yè)務(wù)作為互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)的定位更加清晰。

2.4RPKI 運(yùn)行機(jī)制

在RPKI完全部署之后,相關(guān)證書的頒發(fā)行為不是獨(dú)立的事務(wù),而是全球IP地址資源分配流程中的一個(gè)必需環(huán)節(jié)。每當(dāng)有IP地址資源分配事務(wù)發(fā)生,地址注冊(cè)機(jī)構(gòu),ISP等實(shí)體將相應(yīng)的證書,ROA以及其它

3RPKI 技術(shù)的實(shí)踐與標(biāo)準(zhǔn)化

RPKI概念問世以來,得到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注和

RPKI簽名項(xiàng)向RPKI資料庫(kù)上載,RP定期地下載這些簽名項(xiàng),將驗(yàn)證之后的IP地址授權(quán)信息分發(fā)給相關(guān)的邊界路由器。當(dāng)有新的路由通告到達(dá)這些邊界路由器時(shí),RP提供的IP地址授權(quán)信息就成為邊界路由器判斷路由通告是否可信的一個(gè)依據(jù)。圖1給出了RP-

研究。一方面,全球五大IP地址注冊(cè)機(jī)構(gòu)(RegionalIn-

ternetRegistry,RIR)均已開展RPKI業(yè)務(wù),向其會(huì)員開放了資源證書申請(qǐng);另一方面,包括設(shè)備制造商(思科)、電信服務(wù)商(NTT)、內(nèi)容提供商(Google)以及技術(shù)提供服務(wù)商(BBN,ISC)等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)實(shí)體也積極參與RPKI相關(guān)技術(shù)的研發(fā),并與2009年構(gòu)建了一

個(gè)面向全球的RPKI試驗(yàn)床。

基于實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題和總結(jié)的對(duì)策,以及互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)的廣泛討論,2012年2月,

KI作模型的一個(gè)示例。

IETF的SIDR工作組發(fā)布了14個(gè)和RPKI相關(guān)的RFC文檔(RFC6480 ̄RFC6493),涵蓋

RPKI的體系結(jié)構(gòu)、操作模型、密鑰算法、證書策略、運(yùn)行管理等支撐RPKI運(yùn)行的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),標(biāo)志著RPKI在技術(shù)層面已經(jīng)基本成熟。在RPKI范疇,部分技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化仍在進(jìn)行中,路由器獲取IP地址授權(quán)信息的RTR協(xié)議和RPKI本地

圖1RPKI 運(yùn)行機(jī)制示例

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網(wǎng)絡(luò)技術(shù)《電信網(wǎng)技術(shù)》2012年9月第9期

信任錨點(diǎn)管理機(jī)制是其中將會(huì)對(duì)RPKI的運(yùn)行產(chǎn)生重要影響的標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容。

繼DNSSEC之后,RPKI成為ICANN下一個(gè)重點(diǎn)推廣和部署的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。ICANN制定的2011

年7月~2014年6月的階段性戰(zhàn)略計(jì)劃,多處提到要大力發(fā)展RPKI,并特別強(qiáng)調(diào)RPKI的部署是今后一段時(shí)間IANA(InternetAssignedNumbersAu-

thority)職能在互聯(lián)網(wǎng)安全范疇的重要體現(xiàn)。

RPKI在全球范圍內(nèi)的運(yùn)行將是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要地址注冊(cè)機(jī)構(gòu)、設(shè)備制造商、服務(wù)提供商以及電信運(yùn)營(yíng)商等眾多角色的通力配合和專業(yè)管理,任何一個(gè)環(huán)節(jié)的差錯(cuò)都將對(duì)互聯(lián)網(wǎng)路由系統(tǒng)造成巨大影響。我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)界應(yīng)重視起RPKI,充分調(diào)研,及早

圖2BBN 公司RPKI 驗(yàn)證代理功能組件

實(shí)踐,為RPKI今后的部署和運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)。

IP地址轉(zhuǎn)移和跨級(jí)認(rèn)證也是近來SIDR工作組中討論的熱點(diǎn)。由于IPv4地址趨于耗盡,IPv4地址資源相對(duì)富余的持有者可能傾向?qū)⒉糠帜酥寥浚桑校觯吹刂废蚱渌脩暨M(jìn)行轉(zhuǎn)讓,IPv4地址所有權(quán)的轉(zhuǎn)讓會(huì)對(duì)

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(收稿日期:2012-08-14)2,2012

RPKI的證書管理和以及路由信息的驗(yàn)證造成影響,需要在RPKI的技術(shù)和運(yùn)行層面加以考量;至于跨域認(rèn)證,則是指由于管理和運(yùn)營(yíng)上的需求,IP地址分配體系中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)期望繞過其父節(jié)點(diǎn),而直接向更上游的節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)RPKI證書服務(wù),同樣需要SIDR工作組妥善處理,并考慮是否對(duì)RPKI進(jìn)行調(diào)整。

4結(jié)束語

作為面向域間路由安全的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,在

IPv6時(shí)代,RPKI有望同DNSSEC一道,為互聯(lián)網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)筑一個(gè)可信的基礎(chǔ)資源管理體系?;冢遥校?/p>

KI所構(gòu)建的可信IP地址資源認(rèn)證體系,一個(gè)稱為BGPSEC的協(xié)議正在IETF進(jìn)行系統(tǒng)地標(biāo)準(zhǔn)化工作,旨在彌補(bǔ)傳統(tǒng)BGP在安全范疇的不足,以全面構(gòu)建安全的域間路由系統(tǒng)。

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