基于3G網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)數(shù)據(jù)通信安全方案

鄧霄博，杜 勇，朱偉光，陸自強(qiáng)

（邁普通信技術(shù)股份有限公司研究院 成都 610041）

1 前言

隨著3G業(yè)務(wù)的不斷普及，針對企業(yè)用戶“3G移動專用網(wǎng)”的需求，運營商推出了3G的 VPDN（virtual private dial network）業(yè)務(wù)，即基于3G無線接入方式的虛擬專用撥號網(wǎng)業(yè)務(wù)，它是利用L2TP隧道傳輸協(xié)議，在現(xiàn)有的撥號網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建一條虛擬、不受外界干擾的專用通道，實現(xiàn)類似采用有線專用網(wǎng)絡(luò)的方式訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)資源。數(shù)據(jù)通信設(shè)備廠商也及時地推出了3G路由器來適應(yīng)行業(yè)用戶的這個應(yīng)用趨勢，企業(yè)網(wǎng)已經(jīng)全面進(jìn)入3G聯(lián)網(wǎng)時代。

類似金融、政府這類網(wǎng)點眾多、擁有大量離行ATM接入、邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入和移動網(wǎng)點接入需求的行業(yè)用戶，都把目光放到了3G接入上，因此，如何提高基于3G網(wǎng)絡(luò)開展企業(yè)數(shù)據(jù)通信的安全性，成為對數(shù)據(jù)安全性要求較高行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用3G網(wǎng)絡(luò)的最大障礙。

2 3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用概述

基于3G的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用有以下幾種組網(wǎng)模式。

（1）訪問 Internet

3G路由器配置3G模塊，使用公用的APN名稱、用戶名密碼，通過運營商無線基站接入Internet網(wǎng)絡(luò)，配置NAT地址轉(zhuǎn)換功能，3G路由器內(nèi)網(wǎng)PC通過3G網(wǎng)絡(luò)訪問公網(wǎng)資源，如網(wǎng)頁瀏覽、公網(wǎng)郵箱、即時通信、網(wǎng)絡(luò)下載等資源，如圖1所示。

（2）Internet+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，通過運營商無線基站接入Internet網(wǎng)絡(luò)。對于需要訪問公網(wǎng)資源的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過配置NAT地址轉(zhuǎn)換后直接與Internet進(jìn)行通信；對于需要訪問總部機(jī)構(gòu)私網(wǎng)資源的數(shù)據(jù)流（如公司VoIP語音電話、視頻會議系統(tǒng)、內(nèi)部辦公OA系統(tǒng)等），通過3G路由器與總部路由器建立的IPSec VPN加密隧道進(jìn)行直接通信。如圖2所示。

（3）3G VPDN 專網(wǎng)

如圖3所示，為保證企業(yè)大客戶3G接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)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(rèn)證功能。LNS為用戶總部端設(shè)備（路由器、VPN設(shè)備）通過專線與運營商網(wǎng)絡(luò)互連，分支網(wǎng)點的3G路由器配置3G模塊，使用企業(yè)申請的專用APN名稱、用戶名密碼接入3G網(wǎng)絡(luò)。運營商通過APN名稱或用戶名密碼判斷該用戶是否為企業(yè)專網(wǎng)用戶，之后交由LAC設(shè)備觸發(fā)與用戶端LNS設(shè)備的L2TP認(rèn)證協(xié)商，并最終由LNS設(shè)備為分支網(wǎng)點3G路由器分配私網(wǎng)IP地址，實現(xiàn)與分支網(wǎng)點與總部私網(wǎng)的專線互通。

基于3G VPDN的專網(wǎng)是運營商主推的一種模式，本文將著重分析基于3G VPDN專網(wǎng)應(yīng)用的安全部署問題，下面首先分析3G的安全機(jī)制。

3 3G的安全機(jī)制

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(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)。針對無線通信存在的安全問題，3G系統(tǒng)進(jìn)行了如下優(yōu)化：

·實現(xiàn)了雙向認(rèn)證，不但提供了基站對MS的認(rèn)證，也提供了MS對基站的認(rèn)證，可有效地防止偽基站的攻擊；·提供了接入鏈路信令數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)；· 密鑰長度增加為128 bit，改進(jìn)了算法；

·3GPP接入鏈路數(shù)據(jù)加密延伸至無線接入控制器（RNC）；

·3G的安全機(jī)制具有可拓展性，為將來引入新業(yè)務(wù)提供安全保護(hù)措施；

·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。

在密鑰長度、加密算法選定、鑒別機(jī)制和數(shù)據(jù)完整性檢驗等方面，3G的安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于2G。但是3G的這些安全機(jī)制僅僅局限于無線部分，針對基于3G接入的無線企業(yè)網(wǎng)而言，無線部分的安全是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要保證數(shù)據(jù)在整個傳輸過程中的安全性，即端到端的安全性。

4 3G路由器接入安全部署探討

隨著3G數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)據(jù)通信廠家推出了3G安全路由器，能夠很好地解決3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全傳輸問題。下面以3G安全路由器在金融離行ATM的應(yīng)用為例做一個分析。

如圖4所示，金融離行ATM網(wǎng)點使用3G路由器無線接入3G無線網(wǎng)絡(luò)，通過運營商3G無線基站及IP核心網(wǎng)連接金融一級或二級網(wǎng)匯聚路由器，實現(xiàn)了離行ATM與金融一級或二級網(wǎng)的業(yè)務(wù)互訪。

3G接入安全部署如圖5所示。

根據(jù)應(yīng)用模式，3G接入安全部署需要基于以下幾點考慮。

（1）接入認(rèn)證安全

要求在進(jìn)行3G網(wǎng)絡(luò)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(rèn)證綁定功能，保證接入用戶的惟一性，防止非法用戶利用3G網(wǎng)絡(luò)接入用戶專用網(wǎng)絡(luò)。

（2）端到端的私有性

為了保證用戶業(yè)務(wù)的私密性，必須要求解決方案從網(wǎng)點3G路由器到金融、政府行業(yè)一級或二級網(wǎng)匯聚路由器提供端到端的私有專用通道，以保證網(wǎng)點業(yè)務(wù)在運營商網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的私有性。

（3）端到端的安全加密

為了進(jìn)一步保證網(wǎng)點業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在運營商3G無線網(wǎng)絡(luò)以及IP核心網(wǎng)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(yè)敏感數(shù)據(jù)，要求安全解決方案必須提供網(wǎng)點3G路由器到金融、政府行業(yè)一級或二級網(wǎng)匯聚路由器端到端的加密安全。特別是金融和政府類信息敏感行業(yè)，這種加密安全更需要國家密碼管理委員會辦公室（以下簡稱國密辦）加密算法的支持，以保障國家信息安全的高度機(jī)密性。

5 3G路由器安全接入解決方案

如圖6所示，網(wǎng)點的3G安全接入部署方案，分別通過專有APN＋綁定接入認(rèn)證、L2TP私有隧道、IPSec安全加密技術(shù)來實現(xiàn)3G部署時對接入認(rèn)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。

（1）專有APN+綁定接入認(rèn)證

在進(jìn)行網(wǎng)點的3G無線接入部署時，需要先向運營商申請分配的專網(wǎng)APN，類似行業(yè)專用的3G無線局域網(wǎng)，保證網(wǎng)點接入3G網(wǎng)絡(luò)后，只能訪問行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)，保證無法與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。網(wǎng)點采用3G路由器接入方式，運營商會將網(wǎng)點用戶的IMSI信息（IMSI是在運營商網(wǎng)絡(luò)中惟一識別移動用戶的號碼，由15位數(shù)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的認(rèn)證服務(wù)器上。當(dāng)網(wǎng)點的3G路由器發(fā)起無線連接時，只允許綁定信息合法的用戶通過用戶名、密碼的AAA認(rèn)證后接入3G專用網(wǎng)絡(luò)，防止非法SIM卡用戶撥入用戶3G專網(wǎng)。

此外，可進(jìn)一步通過3G路由器設(shè)置SIM卡的PIN碼保護(hù)功能，只有知道SIM卡的PIN碼才能觸發(fā)3G撥號，防止非法用戶獲取到用戶SIM卡后進(jìn)行非法操作，保證了SIM卡使用的安全。

（2）L2TP＋I(xiàn)PSec VPN 私有隧道

為了保證3G接入網(wǎng)點的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在運營商IP核心網(wǎng)中傳輸?shù)牡乃接行?，用戶向運營商申請企業(yè)集團(tuán)用戶3G的VPDN業(yè)務(wù)，基于3G無線接入方式的虛擬專用撥號網(wǎng)業(yè)務(wù)，它是利用安全的L2TP隧道傳輸協(xié)議，在現(xiàn)有的撥號網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建一條虛擬、不受外界干擾的專用通道，從而能夠安全地訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)資源。

運營商會為行業(yè)用戶的3G VPDN業(yè)務(wù)提供L2TP的LAC端路由器及配套的AAA服務(wù)器。金融、政府等行業(yè)一級或二級網(wǎng)匯聚層采用一臺路由器作為L2TP的LNS端，并部署一臺AAA服務(wù)器。LAC路由器主要負(fù)責(zé)對3G用戶的接入認(rèn)證，與該用戶所屬企業(yè)的專有LNS建立L2TP隧道。一級或二級網(wǎng)匯聚層的AAA服務(wù)器主要存放網(wǎng)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xx＠xx.com，其中＠前面的字符串可以由用戶自行定義，＠后面的字符串即域名。運營商AAA服務(wù)器通過域名確認(rèn)該用戶的接入權(quán)限。運營商AAA服務(wù)器與企業(yè)AAA服務(wù)器的用戶名和密碼必須一致。

L2TP私有隧道建立過程如圖7所示，過程如下：

·網(wǎng)點路由器通過3G網(wǎng)絡(luò)完成對接入用戶的APN認(rèn)證；

·路由器啟動PPP撥號向LAC發(fā)出認(rèn)證請求；

·LAC把認(rèn)證請求轉(zhuǎn)至運營商LAC AAA服務(wù)器；

·AAA服務(wù)器將會回復(fù)認(rèn)證結(jié)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(fā)出L2TP隧道建立請求，隧道建立成功（請求建立隧道的認(rèn)證可選）；

·LNS對網(wǎng)點路由器的用戶名和密碼進(jìn)行重新認(rèn)證（LNS對網(wǎng)點路由器的重認(rèn)證可選）；

·L2TP隧道建立完成。網(wǎng)點路由器對應(yīng)的撥號接口UP，建立正常私有隧道通信；

·如果網(wǎng)點發(fā)起了能夠觸發(fā)IPSec VPN的流量，則IPSec VPN隧道建立過程啟動，網(wǎng)點路由器與LNS發(fā)起IPSec VPN連接請求。

（3）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(shù)自身具有加密驗證技術(shù)，但是3G的加密驗證技術(shù)只針對無線部分，而在IP核心網(wǎng)部分，從LAC到LNS之間的L2TP隧道是不加密的，數(shù)據(jù)還是明文傳送。而從LAC到網(wǎng)絡(luò)中間還有可能經(jīng)過運營商的IP網(wǎng)絡(luò)，為了達(dá)到端到端的加密傳輸，需要在網(wǎng)點和總部路由器之間，采用IPSec實現(xiàn)端到端的加密，如圖8所示。

IPSec通過AH、ESP協(xié)議保證了數(shù)據(jù)的安全傳輸。

·私有性：用戶的敏感數(shù)據(jù)以密文形式傳送；

·完整性：對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，判斷數(shù)據(jù)是否被篡改；

·真實性：驗證數(shù)據(jù)源，判斷數(shù)據(jù)來自真實的發(fā)送者；

·防重放：防止惡意用戶通過重復(fù)發(fā)送捕獲到的數(shù)據(jù)包所進(jìn)行的攻擊，即接收方會拒絕舊的或重復(fù)的數(shù)據(jù)包。

按照IPSec VPN技術(shù)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(fā)的商用密碼產(chǎn)品資質(zhì)的設(shè)備商，除了常見的加密算法外，還能夠為金融、政府等行業(yè)用戶的3G接入提供符合國密辦加密算法的支持，并遵照國密辦IPSec VPN技術(shù)規(guī)范要求對路由器進(jìn)行設(shè)計，能進(jìn)一步確保國家信息安全。

6 結(jié)束語

企業(yè)網(wǎng)進(jìn)入3G無線聯(lián)網(wǎng)時代，更加完善的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案有利于基于3G接入的無線企業(yè)網(wǎng)得到真正的規(guī)模應(yīng)用。在信息安全已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面的今天，如何在通信技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，始終維持一個相稱、可控的安全機(jī)制，是一個需要持續(xù)討論的話題。相信在政府和企業(yè)的推動下，堅持建設(shè)自己的安全網(wǎng)絡(luò)，牢牢把握住信息安全競爭中的主動權(quán)，更有利于基于3G網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)數(shù)據(jù)通信的蓬勃發(fā)展。