互联网前缀劫持检测与防御研究

发布时间：2017-04-29 12:04

  本文关键词：互联网前缀劫持检测与防御研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：互联网由大量地址前缀和自治域系统组成,通过BGP协议实现网络的互联互通。由于BGP协议在设计之初没有考虑安全性,攻击者可以通过伪造路由信息劫持其他AS的流量。由于互联网规模的扩大和商业利益的刺激,前缀劫持事件频繁发生,并给互联网带来巨大危害。鉴于前缀劫持对互联网域间路由安全的威胁,本文基于已有的Argus前缀劫持监测系统,进一步完善前缀劫持检测算法,分析前缀劫持的影响力,研究前缀劫持的防御策略,尝试构建一个有效的前缀劫持检测防御系统。本文的研究内容和贡献包括:1、深入分析已有检测算法的不足,设计了改进的前缀劫持检测算法。详细分析了Argus系统中现有检测算法的不足,设计了基于去噪和过滤的改进算法,进一步提高了对前缀劫持识别的准确率。2、深入分析了前缀劫持的影响力。提出了前缀劫持影响力分析模型,分析了不同AS类型的前缀劫持影响力。并对一类特殊的前缀劫持——包含AS路径异常的前缀劫持进行了实验模拟并给出影响力范围。3、分析并研究了前缀劫持的防御技术和防御策略。详细分析了不同防御技术的成本和收益,并对路由过滤技术的前缀劫持防御效果进行了模拟实验。在此基础上,提出了前缀劫持防御策略。4、基于Argus系统,设计并实现了实时在线的全球前缀劫持防御系统。基于已有的Argus前缀劫持监测系统,设计并实现了实时在线的全球前缀劫持防御系统。网管通过这个防御系统能够最快发现并消除前缀劫持,避免前缀劫持带来的损失。
【关键词】：前缀劫持 BGP 检测 防御
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.08
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符号对照表9-10
• 第1章 引言10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 主要工作11-12
• 1.3 论文组织12-14
• 第2章 相关研究综述14-25
• 2.1 本章引论14
• 2.2 互联网域间路由14-18
• 2.2.1 BGP协议14-15
• 2.2.2 BGP路由策略15-17
• 2.2.3 前缀劫持17
• 2.2.4 BGP安全面临的问题17-18
• 2.3 前缀劫持防御的研究现状18-21
• 2.3.1 路由信息加密认证方案18-19
• 2.3.1.1 S-BGP18-19
• 2.3.1.2 soBGP19
• 2.3.1.3 psBGP19
• 2.3.1.4 FS-BGP19
• 2.3.2 查询验证方案19-20
• 2.3.3 异常路由抑制方案20-21
• 2.4 前缀劫持检测的研究现状21-24
• 2.4.1 控制层检测方案21
• 2.4.2 数据层探测方案21-22
• 2.4.3 控制层与数据层结合方案22-23
• 2.4.4 Argus监测系统介绍23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 前缀劫持检测研究25-47
• 3.1 本章引论25
• 3.2 RACE检测算法25-29
• 3.2.1 路由状态和数据层可达性的关联25-26
• 3.2.2 控制层异常实时监控26
• 3.2.3 前缀劫持实时识别26-28
• 3.2.4 问题和缺陷28-29
• 3.2.4.1 网络不稳定干扰28
• 3.2.4.2 异常情况干扰28-29
• 3.2.4.3 一致性情况干扰29
• 3.2.4.4 BGP延迟干扰29
• 3.3 RACE算法改进29-39
• 3.3.1 算法改进思路29-37
• 3.3.1.1 网络不稳定情况29-34
• 3.3.1.2 异常情况干扰34-35
• 3.3.1.3 一致性情况干扰35
• 3.3.1.4 BGP延迟干扰35-37
• 3.3.2 算法设计37-39
• 3.3.2.1 去噪37
• 3.3.2.2 过滤37-38
• 3.3.2.3 参数讨论38-39
• 3.4 实验与数据分析39-43
• 3.4.1 实验结果39-40
• 3.4.2 案例分析40-43
• 3.4.2.1 漏报分析40-41
• 3.4.2.2 误报分析41-43
• 3.5 本章小结43-47
• 第4章 前缀劫持影响分析47-73
• 4.1 本章引论47
• 4.2 前缀劫持影响力分析建模47-51
• 4.2.1 前缀劫持影响力定义47-48
• 4.2.2 前缀劫持影响力分析建模48-51
• 4.2.2.1 被感染的provider集合49
• 4.2.2.2 被感染的peer集合49-50
• 4.2.2.3 被感染的customer集合50-51
• 4.3 网络拓扑分层51-56
• 4.3.1 网络拓扑特征分析52-54
• 4.3.1.1 Tier-1 AS53
• 4.3.1.2 基于AS深度的分类53
• 4.3.1.3 基于AS功能的分类53-54
• 4.3.1.4 AS连接度分布54
• 4.3.1.5 网络扁平化54
• 4.3.2 网络拓扑分层54-56
• 4.4 基于网络层级结构的前缀劫持影响分析56-58
• 4.4.1 攻击者AS的影响力参数56-57
• 4.4.2 不同类型AS的前缀劫持影响力57-58
• 4.5 基于攻击类型的前缀劫持影响分析58-62
• 4.5.1 伪造前缀攻击58-60
• 4.5.2 伪造路径攻击60-62
• 4.6 模拟与数据分析62-72
• 4.6.1 实验模拟62-70
• 4.6.1.1 模拟平台介绍62-63
• 4.6.1.2 实验设计63-70
• 4.6.2 数据分析70-72
• 4.6.2.1 源异常前缀劫持的影响力70-71
• 4.6.2.2 邻接关系异常前缀劫持的影响力71
• 4.6.2.3 路由策略异常前缀劫持的影响力71-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第5章 前缀劫持防御策略研究73-80
• 5.1 本章引论73
• 5.2 前缀劫持防御技术分析73-74
• 5.3 针对伪造未宣告前缀劫持的路由过滤方案研究74-78
• 5.3.1 实验设计74-76
• 5.3.2 数据分析76-78
• 5.4 前缀劫持防御策略研究78-79
• 5.4.1 前缀劫持防御的成本和收益分析78-79
• 5.4.2 防御策略设计79
• 5.5 本章小结79-80
• 第6章 前缀劫持防御系统的设计与实现80-84
• 6.1 本章引论80
• 6.2 前缀劫持防御系统的设计80-81
• 6.2.1 防御系统原理80
• 6.2.2 防御系统整体架构80-81
• 6.3 前缀劫持防御系统的实现81-83
• 6.3.1 前缀劫持警报提醒模块81
• 6.3.2 防御策略生成模块81-83
• 6.4 本章小结83-84
• 第7章 总结与展望84-86
• 7.1 论文的主要结论84-85
• 7.2 下一步研究工作85-86
• 参考文献86-88
• 致谢88-90
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果90

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