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1、基于3G網絡的企業數據通信安全方案討論摘要：隨著運營商對3G的投入不斷增加，其業務成熟度及信號服務質量也將會不斷增強。應運而生的3G路由器憑借其強大的靈活部署能力、低廉的線路成本、不斷加強的帶寬在多個行業得到了廣泛應用，但是隨之而來的安全擔憂也從未間斷。本文從3G安全機制、3G網絡在數據通信中的應用、3G路由器安全部署原則和3G路由器安全部署方案，詳細闡述了基于3G網絡開展企業數據通信應用的安全解決思路。 前言3G即第三代移動通信技術，是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。目前3G存在四種標準：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。國內三大運營商支持情況如下： 電信：C2、DMA2000，可達3.1Mbps； 移動：TD-SCDMA，2.8Mbps； 聯通：WCDMA，可達7.2Mbps。 如銀行這樣的企業用戶在傳統的有線模式下，無法滿足離行ATM、移動網點靈活部署的需求，主要是無長期固定地點，受地域和有線網絡限制無法靈活部署，且業務量也小租賃專線的成本過高，存在著高速無線的需求，而3G無線部署是目前最好的解決方案。 隨著3G網絡業務的不斷普及，運營商針對企業用戶對“3G移動專用網”的需求推出了3G的VPDN(Virtual Private Dial-Network)業務，即：基于3G無線接入方式的虛擬專用撥號網業務，它是利用L2TP隧道傳輸協議，就可以在現有的3、撥號網絡上構建一條虛擬的、不受外界干擾的專用通道，從而實現類似采用有線專用網絡的方式訪問企業內部網資源。 數據通信設備廠商也及時推出了3G路由器來適應行業用戶的這個應用趨勢，企業網已經進入3G聯網時代。 當金融、政府這類網點眾多，又擁有大量離行ATM接入、邊遠鄉鎮接入和移動網點接入的需求的行業用戶，也把目光放到3G接入時，基于3G網絡開展企業數據通信的安全性，成為這些對數據安全性要求較高的行業大規模應用3G網絡的最大障礙。3G網絡數據通信應用概述 基于3G的數據通信應用有以下幾種組網模式： 1、訪問internet圖1 訪問internet3G路由器配置3G模塊，使用公用的APN名稱、用戶名密4、碼，通過運營商無線基站接入Internet網絡，配置NAT地址轉換功能，3G路由器內網PC通過3G網絡訪問公網資源，如網頁瀏覽、公網郵箱、及時通信、網絡下載等資源。 2、Internet +VPN隧道圖2 Internte +VPN隧道3G路由器配置3G模塊，使用公用的APN名稱、用戶名密碼，通過運用商無線基站接入Internet網絡，對于需要訪問公網資源的數據流，經過配置NAT地址轉換后直接與Internet進行通訊。對于需要訪問總部機構私網資源的數據流（如：公司VOIP語音電話、視頻會議系統、內部辦公OA系統等），通過3G路由器與總部路由器建立的Ipsec VPN加密隧道進行直接通信。 35、3G VPDN專網圖3 3G VPDN專網 如上圖，為了保證企業大客戶3G接入網的業務安全需求，運營商可向用戶提供專線APN（Access Point Name）傳輸方式，為用戶提供專用的接入點名稱，并可提供用戶名、密碼、IMSI的多重安全認證功能。LNS為用戶總部端設備（路由器、VPN設備）通過專線與運營商網絡互連，分支網點的3G路由器配置3G模塊，使用企業申請的專用APN名稱、用戶名密碼接入3G網絡，運營商通過APN名稱或用戶名密碼判斷該用戶為企業專網用戶后，交由LAC設備觸發與用戶端LNS設備的L2TP 認證協商，并最終由LNS設備為分支網點3G路由器分配私網IP地址，實現與分支網點與6、總部私網的專線互通。 基于3G VPDN專網是運營商為行業用戶主推的模式，本文將著重分析基于3G VPDN專網應用的安全部署問題，首先看看3G無線有哪些安全機制。3G無線安全簡介 無線通信本身的特點是，既容易讓合法用戶接入，也容易被潛在的非法用戶竊取，因此，安全問題總是同移動通信網絡密切相關。 針對無線通信存在的安全問題，3G系統進行了如下優化： 1.實現了雙向認證。不但提供基站對MS的認證，也提供了MS對基站的認證，可有效防止偽基站攻擊。 2.提供了接入鏈路信令數據的完整性保護。 3.密鑰長度增加為128 bit，改進了算法。 4.3GPP接入鏈路數據加密延伸至無線接入控制器(RNC)。 57、.3G的安全機制還具有可拓展性，為將來引入新業務提供安全保護措施。 6.3G能向用戶提供安全可視性操作，用戶可隨時查看自己所用的安全模式及安全級別。 7.在密鑰長度、加密算法選定、鑒別機制和數據完整性檢驗等方面，3G的安全性能遠遠優于2G。 但是3G的這些安全機制僅僅局限于無線部分，針對基于3G接入的無線企業網而言，無線部分的安全是遠遠不夠的，需要保證數據在整個傳輸過程中的安全性，即端到端的安全性。3G路由器接入安全部署探討 隨著3G數據通信應用的發展，業界專業的數據通信廠家推出了3G安全路由器，能夠很好的解決3G網絡數據安全傳輸問題。下面以3G安全路由器在金融離行ATM應用為例做一個分析。圖8、4 3G接入 如上圖所示，金融離行ATM網點使用3G 路由器無線接入3G無線網絡，通過運營商3G無線基站及IP核心網連接金融一級或二級網匯聚路由器，實現了離行ATM與金融一級網或二級網的業務互訪。 根據應用模式，3G接入安全部署基于以下幾點考慮： 接入認證安全 要求在進行3G網絡登錄時，提供基于用戶名、密碼、IMSI（international mobile subscriber identity, 國際移動用戶識別碼）的多重身份認證綁定功能，保證接入用戶的唯一性，防止非法用戶利用3G網絡接入用戶專用網絡。 端到端的私有性 為了保證用戶業務的私密性，必須要求解決方案從網點3G路由器到金融、政府9、行業一級或二級網匯聚路由器提供端到端的私有專用通道，以保證網點業務在運營商網絡傳輸過程中的私有性。 端到端的安全加密 為了進一步保證網點業務數據在運營商3G無線網絡以及IP核心網傳輸過程中的安全，防止黑客利用其他非法手段截取金融、政府等行業敏感數據，要求安全解決方案必須提供網點3G路由器到金融、政府行業一級或二級網匯聚路由器端到端的加密安全。特別是金融和政府此類信息敏感行業，這種加密安全更需要國密辦加密算法的支持，以保障國家信息安全的高度機密性。圖5 3G接入安全部署3G路由器安全接入解決方案圖6 3G安全接入解決方案 如上圖所示，網點的3G安全接入部署方案，分別通過專有APN綁定接入認證、L10、2TP私有隧道、IPSEC安全加密技術來實現3G部署時對接入認證、端到端的私有性、端到端安全加密的安全原則，具體部署方案如下： 專有APN+綁定接入認證 在進行網點的3G無線接入部署時，需要先向運營商申請分配的專網APN（Access Point Name，類似行業專用的3G無線局域網，保證網點接入3G網絡后，只能訪問行業專用網絡，保證無法與其他網絡進行通信）。網點采用3G路由器接入，運營商會將網點用戶的IMSI信息（IMSI是在運營商網絡中唯一識別一個移動用戶的號碼，由15位數字組成，存于SIM卡中）、終端用戶的賬號和密碼事先配置在運營商認證服務器上。當網點的3G路由器發起無線連接時，只允許11、綁定信息合法的用戶通過用戶名、密碼的AAA認證后接入3G專用網絡，防止非法SIM卡用戶撥入用戶3G專網。 此外，可進一步通過3G路由器設置SIM卡的PIN碼保護功能，只有知道SIM卡的PIN密碼才能觸發3G撥號，防止非法用戶獲取到用戶SIM卡后進行的非法操作，保證了SIM卡的使用安全。 L2TPIPSEC VPN私有隧道 為了保證3G接入網點的數據業務在運營商IP核心網中傳輸的的私有性，用戶向運營商申請企業集團用戶3G的VPDN業務，基于3G無線接入方式的虛擬專用撥號網業務，它是利用安全的L2TP隧道傳輸協議，就可以在現有的撥號網絡上構建一條虛擬的、不受外界干擾的專用通道，從而安全訪問企業內部12、網資源。 運營商會為行業用戶的3G VPDN業務提供L2TP的LAC端路由器及配套的AAA服務器。金融、政府行業一級網或二級網匯聚層采用一臺路由器作為L2TP的LNS端，并部署一臺AAA服務器。LAC路由器主要負責對3G用戶的接入認證，與該用戶所屬企業的專有LNS建立L2TP隧道。金融、政府行業一級網或二級網匯聚的AAA服務器主要存放網點路由器建立連接時所需要的用戶名和密碼。用戶名的格式為XXXX.COM，其中前面的字符串可以由用戶端自行定義，后面的字符串即域名。運營商AAA服務器通過域名確認該用戶的接入權限。運營商AAA服務器與企業AAA服務器的用戶名和密碼必須一致。 L2TP私有隧道建立過13、程如下： 網點路由器通過3G網絡在完成對接入用戶的APN認證后，路由器啟動PPP撥號向LAC發出認證請求。 LAC把認證請求轉至運營商LAC AAA服務器。 AAA服務器將會回復認證結果并返回該用戶所屬的LNS地址、VPDN隧道屬性等信息。 LAC向返回的LNS地址發出L2TP隧道建立請求，隧道建立成功（請求建立隧道的認證可選）。 LNS對網點路由器的用戶名和密碼進行重新認證（LNS對網點路由器的重認證可選）。 L2TP隧道建立完成。網點路由器對應的撥號接口UP，建立正常私有隧道通信。 如果網點發起了能夠觸發IPSEC VPN的流量，則IPSEC VPN隧道建立過程啟動。網點路由器與LNS發起14、IPSEC VPN連接請求。圖7 加密隧道建立過程 IPSEC安全加密圖8 IPSEC安全加密 針對端到端的安全加密原則， 如前文所述，3G技術有自身的加密驗證技術，但是3G的加密驗證技術只針對無線部分，而在IP核心網部分，從LAC到LNS之間的L2TP隧道是不加密的，數據還是明文傳送。而從LAC到網絡中間還有可能經過運營商的IP網絡，為了達到端到端的加密傳輸，需要在網點和總部路由器之間，采用IPSEC 實現端到端的加密，如圖8所示： IPSEC通過AH、ESP協議保證了數據的安全傳輸： 私有性：用戶的敏感數據以密文形式傳送 完整性：對接收的數據進行驗證，判斷數據是否被篡改 真實性：驗證數據源15、，判斷數據來自真實的發送者 防重放：防止惡意用戶通過重復發送捕獲到的數據包所進行的攻擊，即接收方會拒絕舊的或重復的數據包。 按照IPSEC VPN技術要求支持的加密算法主要有： DES、DES、AES128、AES192、AES256等 ，要求支持的HASH算法為MD5和SHA等。此外，擁有國家商用密碼管理辦公室頒發的商用密碼產品資質的設備商，除了常見的加密算法外，還能夠為金融、政府行業用戶的3G接入提供符合國密辦加密算法支持，并遵照國密辦IPSEC VPN技術規范要求對路由器進行設計，能進一步確保國家信息安全。 結束語3G技術宣告企業網進入無線聯網時代，更加完善的網絡安全有利于基于3G接入的16、無線企業網真正得到規模應用。在信息安全已經上升到國家戰略的今天，如何在通信技術不斷發展的情況下，始終維持一個相稱的、可控的安全機制，也將是一個持續討論下去的話題。相信在政府和國內民族企業的推動下，堅持中國人建設自己的安全網絡，牢牢把握住信息安全競爭中的主動權，3G網絡在企業數據通信應用中將得到蓬勃發展。 參考文獻 張琦 . 3G時代的安全挑戰 , 2009.03 彭寧 . 論3G認證和密鑰協商協議 , 2009.02 項肖峰、俞朝輝 . 基于GPRS的VPDN實現方案研究 , 移動通信 2009 (24) 國家商用密碼管理辦公室. 安全路由器產品密碼檢測準則,2009.06 Vijav Bollapragada、Mohamed Khalid . IPSec VPN Design , 2006.05