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网络安全技术
——防火墙技术与病毒
摘 要：
计算机网络安全，指致力于解决诸如如何有效进行介入控制，以及如何保证数据传输的安全性的技术手段。而计算机网络安全主要包括计算机网络安全的概况、虚拟网技术、防火墙技术、入侵检测技术, 安全扫描技术, 电子认证和数字签名技术.VPN技术、数据安全、计算机病毒等。防火墙技术作为时下比较成熟的一种网络安全技术，其安全性直接关系到用户的切身利益。针对网络安全独立元素——防火墙技术，通过对防火墙日志文件的分析，设计相应的数学模型和软件雏形，采用打分制的方法，判断系统的安全等级，实现对目标网络的网络安全风险评估，为提高系统的安全性提供科学依据。本文将以最常见的WORD宏病毒为例来解释计算机病毒传播过程。
关键词：网络安全 防火墙技术 计算机病毒
1.1 研究背景
随着互联网的普及和发展，尤其是Internet的广泛使用，使计算机应用更加广泛与深入。同时，我们不得不注意到，网络虽然功能强大，也有其脆弱易受到攻击的一面。据美国FBI统计，美国每年因网络安全问题所造成的经济损失高达75亿美元，而全求平均每20秒钟就发生一起Internet计算机侵入事件。在我国，每年因黑客入侵、计算机病毒的破坏也造成了巨大的经济损失。人们在利用网络的优越性的同时，对网络安全问题也决不能忽视。如何建立比较安全的网络体系，值得我们关注研究。
1.2 计算机病毒简介
计算机病毒是指那些具有自我复制能力的计算机程序, 它能影响计算机软件、硬件的正常运行, 破坏数据的正确与完整。计算机病毒的来源多种多样, 有的是计算机工作人员或业余爱好者为了纯粹寻开心而制造出来的;有的则是软件公司为保护自己的产品被非法拷贝而制造的报复性惩罚, 因为他们发现病毒比加密对付非法拷贝更有效且更有威胁, 这种情况助长了病毒的传播。还有一种情况就是蓄意破坏, 它分为个人行为和政府行为两种, 个人行为多为雇员对雇主的报复行为, 而政府行为则是有组织的战略战术手段。另外有的病毒还是用于研究或实验而设计的“有用”程序, 由于某种原因失去控制扩散出实验室, 从而成为危害四方的计算机病毒。
1987 年, 计算机用户忽然发现, 在世界的各个角落, 几乎同时出现了形形色色的计算机病毒。Brain, Lenig h, IBM 圣诞树, 黑色星期五, 特别是近期发现的几种病毒, 其名气也最大, 它们是: 台湾一号病毒、DIR-Ⅱ病毒、幽灵病毒、米开朗基罗病毒等, 至今, 病毒种类已超过一万种。
1988 年底, 我国国家统计系统发现小球病毒。随后, 中国有色金属总公司所属昆明、天津、成都等地的一些单位, 全国一些科研部门和国家机关也相继发现病毒入侵。自从“中国炸弹”病毒出现后,已发现越来越多的国产病毒。比如目前国内主要有:感染Window s3.x 的“V3783”,感染Window s95/ 98的“CIH”病毒。
纵观计算机病毒的发展历史, 我们不难看出, 计算机病毒已从简单的引导型、文件型病毒或它们的混合型发展到了多形性病毒、欺骗性病毒、破坏性病毒。已从攻击安全性较低的DOS 平台发展到攻击安全性较高的Window s95/ 98 平台;从破坏磁盘数据发展到直接对硬件芯片进行攻击。1995 年宏病毒的出现, 使病毒从感染可执行文件过渡到感染某些非纯粹的数据文件。最近有资料显示已发现JAVA病毒, 各种迹象表明病毒正向着各个领域渗透, 这些新病毒更隐秘, 破坏性更强。
计算机病毒的种类很多, 不同种类的病毒有着各自不同的特征, 它们有的以感染文件为主、有的以感染系统引导区为主, 大多数病毒只是开个小小的玩笑。
按传染方式分类可分为引导型病毒、文件型病毒和混合型病毒3种。引导型病毒主要是感染磁盘的引导区, 系统从包含了病毒的磁盘启动时传播, 它一般不对磁盘文件进行感染;文件型病毒一般只传染磁盘上的可执行文件(COM, EXE), 其特点是附着于正常程序文件, 成为程序文件的一个外壳或部件;混合型病毒则兼有以上两种病毒的特点, 既感染引导区又感染文件, 因此扩大了这种病毒的传染途径。
按连接方式分类可分为源码型病毒、入侵型病毒和操作系统型病毒等3 种。其中源码型病毒主要攻击高级语言编写的源程序, 它会将自己插入到系统的源程序中, 并随源程序一起编译、连接成可执行文件, 从而导致刚刚生成的可执行文件直接带毒;入侵型病毒用自身代替正常程序中的部分模块或堆栈区的病毒, 它只攻击某些特定程序, 针对性强;操作系统型病毒是用其自身部分加入或替代操作系统的部分功能, 危害性较大。
病毒按程序运行平台分类可分为DOS 病毒、Windows 病毒、WindowsNT病毒、OS/2 病毒等, 它们分别是发作于DOS,Windows9X,WindowsNT, OS/2等操作系统平台上的病毒。而计算机病毒的主要危害：不同的计算机病毒有不同的破坏行为, 其中有代表性的行为如下: 一是攻击系统数据区, 包括硬盘的主引导扇区、Boot 扇区、FAT 表、文件目录。一般来说, 攻击系统数据区的病毒是恶性病毒, 受损的数据不易恢复。二是攻击文件, 包括删除、改名、替换文件内容、删除部分程序代码、内容颠倒、变碎片等等。三是攻击内存。
1.3防火墙概述
随着Internet的迅速发展，网络应用涉及到越来越多的领域，网络中各类重要的、敏感的数据逐渐增多;同时由于黑客入侵以及网络病毒的问题，使得网络安全问题越来越突出。因此，保护网络资源不被非授权访问，阻止病毒的传播感染显得尤为重要。就目前而言，对于局部网络的保护，防火墙仍然不失为一种有效的手段，防火墙技术主要分为包过滤和应用代理两类。其中包过滤作为最早发展起来的一种技术，其应用非常广泛。
防火墙是设置在被保护网络和外部网络之间的一道屏障，以防止发生不可预测的、潜在破坏性的侵入。[4]防火墙是指设置在不同网络(如可信任的企业内部网和不可信的公共网)或网络安全域之间的一系列部件的组合。它是不同网络或网络安全域之间信息的唯一出入口，能根据企业的安全政策控制(允许、拒绝、监测)出入网络的信息流，且本身具有较强的抗攻击能力。它是提供信息安全服务，实现网络和信息安全的基础设施。防火墙提供信息安全服务，是实现网络和信息安全的基础设施。在逻辑上，防火墙是一个分离器，一个限制器，也是一个分析器，它有效地监控了内部网络和互联网之间的任何活动，保证了内部网络的安全。
2.防火墙的原理及分类
顾名思义，包过滤防火墙[9]就是把接收到的每个数据包同预先设定的包过滤规则相比较，从而决定是否阻塞或通过。过滤规则是基于网络层IP包包头信息的比较。包过滤防火墙工作在网络层，IP包的包头中包含源、目的IP地址，封装协议类型(TCP，UDP，ICMP或IP Tunnel)，TCP/UDP端口号，ICMP消息类型，TCP包头中的ACK等等。如果接收的数据包与允许转发的规则相匹配，则数据包按正常情况处理;如果与拒绝转发的规则相匹配，则防火墙丢弃数据包;如果没有匹配规则，则按缺省情况处理。包过滤防火墙是速度最快的防火墙，这是因为它处于网络层，并且只是粗略的检查连接的正确性，所以在一般的传统路由器上就可以实现，对用户来说都是透明的。但是它的安全程度较低，很容易暴露内部网络，使之遭受攻击。例如，HTTP。通常是使用80端口。如果公司的安全策略允许内部员工访问网站，包过滤防火墙可能设置允所有80端口的连接通过，这时，意识到这一漏洞的外部人员可以在没有被认证的情况下进入私有网络。包过滤防火墙的维护比较困难，定义过滤规则也比较复杂，因为任何一条过滤规则的不完善都会给网络黑客造成可乘之机。同时，包过滤防火墙一般无法提供完善的日志。
应用级代理技术通过在OSI的最高层检查每一个IP包，从而实现安全策略。代理技术与包过滤技术完全不同，包过滤技术在网络层控制所有的信息流，而代理技术一直处理到应用层，在应用层实现防火墙功能。它的代理功能，就是在防火墙处终止客户连接并初始化一个新的连接到受保护的内部网络。这一内建代理机制提供额外的安全，这是因为它将内部和外部网络隔离开来，使网络外部的黑客在防火墙内部网络上进行探测变得困难，更重要的是能够让网络管理员对网络服务进行全面的控制。但是，这将花费更多的处理时间，并且由于代理防火墙支持的应用有限，每一种应用都需要安装和配置不同的应用代理程序。比如访问WEB站点的HTTP，用于文件传输的FTP，用于E一MAIL的SMTP/POP3等等。如果某种应用没有安装代理程序，那么该项服务就不被支持并且不能通过防火墙进行转发;同时升级一种应用时，相应的代理程序也必须同时升级。
代理服务(Proxy Service)也称链路级网关或TCP通道(Circuit Level Gateways or TCP Tunnels)，也有人将它归于应用级网关一类。它是针对数据包过滤[10]和应用网关技术存在的缺点而引入的防火墙技术，其特点是将所有跨越防火墙的网络通信链路分为两段。防火墙内外计算机系统间应用层的“链接”，由两个终止代理服务器上的“链接”来实现，外部计算机的网络链路只能到达代理服务器，从而起到了隔离防火墙内外计算机系统的作用。此外，代理服务也对过往的数据包进行分析、注册登记，形成报告，同时当发现被攻击迹象时会向网络管理员发出警报，并保留攻击痕迹。应用代理型防火墙是内部网与外部网的隔离点，起着监视和隔绝应用层通信流的作用。同时 也常结合入过滤器的功能。它工作在OSI模型的最高层，掌握着应用系统中可用作安全决策的全部信息。
复合型防火墙：由于对更高安全性的要求，常把基于包过滤的方法与基于应用代理的方法结合起来，形成复合型防火墙产品。这种结合通常是以下两种方案。屏蔽主机防火墙体系结构，在该结构中，分组过滤路由器或防火墙与Internet相连，同时一个堡垒机安装在内部网络，通过在分组过滤器路由器或防火墙上过滤规则的设置，使堡垒机成为Internet上其他节点所能到达的唯一节点，这确保了内部网络不受未授权外部用户的攻击。屏蔽子网防火墙体系结构：堡垒机放在一个子网内，形成非军事化区，两个分组过滤路由器放在这一子网的两端，使这一子网与Internet及内部网络分离。在屏蔽子网防火墙体系结构中，堡垒机和分组过滤路由器共同构成了整个防火墙的安全基础。执行save命令保存退出后就可以在企业外网出口指定IP时实现防火墙数据转发以及安全保护功能了。
3.1防火墙包过滤技术发展趋势
(1)安全策略功能
一些防火墙厂商把在AAA系统上运用的用户认证及其服务扩展到防火墙中，使其拥有可以支持基于用户角色的安全策略功能。该功能在无线网络应用中非常必要。具有用户身份验证的防火墙通常是采用应用级网关技术的，包过滤技术的防火墙不具有。用户身份验证功能越强，它的安全级别越高，但它给网络通信带来的负面影响也越大，因为用户身份验证需要时间，特别是加密型的用户身份验证。
(2)多级过滤技术
所谓多级过滤技术，是指防火墙采用多级过滤措施，并辅以鉴别手段。在分组过滤(网络层)一级，过滤掉所有的源路由分组和假冒的IP源地址；在传输层一级，遵循过滤规则，过滤掉所有禁止出或/和入的协议和有害数据包如nuke包、圣诞树包等；在应用网关(应用层)一级，能利用FTP、SMTP等各种网关，控制和监测Internet提供的所用通用服务。这是针对以上各种已有防火墙技术的不足而产生的一种综合型过滤技术，它可以弥补以上各种单独过滤技术的不足。
这种过滤技术在分层上非常清楚，每种过滤技术对应于不同的网络层，从这个概念出发，又有很多内容可以扩展，为将来的防火墙技术发展打下基础。
(3)功能扩展
功能扩展是指一种集成多种功能的设计趋势，包括VPN、AAA、PKI、IPSec等附加功能，甚至防病毒、入侵检测这样的主流功能，都被集成到防火墙产品中了，很多时候我们已经无法分辨这样的产品到底是以防火墙为主，还是以某个功能为主了，即其已经逐渐向我们普遍称之为IPS（入侵防御系统）的产品转化了。有些防火墙集成了防病毒功能，通常被称之为“病毒防火墙”，当然目前主要还是在个人防火墙中体现，因为它是纯软件形式，更容易实现。这种防火墙技术可以有效地防止病毒在网络中的传播，比等待攻击的发生更加积极。拥有病毒防护功能的防火墙可以大大减少公司的损失。
3.1防火墙的体系结构发展趋势
随着网络应用的增加，对网络带宽提出了更高的要求。这意味着防火墙要能够以非常高的速率处理数据。另外，在以后几年里，多媒体应用将会越来越普遍，它要求数据穿过防火墙所带来的延迟要足够小。为了满足这种需要，一些防火墙制造商开发了基于ASIC的防火墙和基于网络处理器的防火墙。从执行速度的角度看来，基于网络处理器的防火墙也是基于软件的解决方案，它需要在很大程度上依赖于软件的性能，但是由于这类防火墙中有一些专门用于处理数据层面任务的引擎，从而减轻了CPU的负担，该类防火墙的性能要比传统防火墙的性能好许多。
与基于ASIC的纯硬件防火墙相比，基于网络处理器的防火墙具有软件色彩，因而更加具有灵活性。基于ASIC的防火墙使用专门的硬件处理网络数据流，比起前两种类型的防火墙具有更好的性能。但是纯硬件的ASIC防火墙缺乏可编程性，这就使得它缺乏灵活性，从而跟不上防火墙功能的快速发展。理想的解决方案是增加ASIC芯片的可编程性，使其与软件更好地配合。这样的防火墙就可以同时满足来自灵活性和运行性能的要求。参考文献
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