防火墙的现状与发展趋势分析

防火墙的现状与发展趋势分析

    网络安全涉及到通信和网络、密码学、芯片、操作系统、数据库等多方面技术。目前的网络安全产品，主要分为以下几类：3A类产品、安全操作系统、安全隔离与信息交换系统、安全WEB、反病毒产品、IDS和弱点评估产品、防火墙、VPN、保密机、PKI等。其中，防火墙是网络安全的第一道屏障，所占市场最大，安全技术也比较成熟。下面就防火墙的现状与发展趋势作重点阐述。
    防火墙的功能
    从防火墙的功能来说，主要包含以下几个方面：访问控制，如应用ACL进行访问控制；攻击防范，如防止 SYN FLOOD 等； NAT; VPN ；路由；认证和加密；日志记录；支持网管等。
    为了满足多样化的组网需求，降低用户对其它专用设备的需求，减少用户建网成本，防火墙上也常常把其它网络技术结合进来，例如支持 DHCP SERVER ， DHCP RELAY;支持动态路由，如RIP，OSPF等；支持拨号， PPPOE 等特性；支持广域网口；支持透明模式(桥模式)；支持内容过滤(如URL过滤)、防病毒和IDS等功能。
    防火墙的发展，经历了从早期的简单包过滤，到今天广泛应用的状态包过滤技术和应用代理。其中状态包过滤技术因为其安全性较好，速度快，得到最广泛的应用。
    应用代理虽然安全性更好，但它需要针对每一种协议开发特定的代理协议，对应用的支持不够好。但关键的是，它的性能比较差，从国外公开的防火墙测试报告来看，代理防火墙性能表现比较差，因此在网络带宽迅猛发展的情况下，已经不能完全满足需要。
    此外，有的防火墙支持SOCK代理，这种代理屏蔽了协议本身，只要客户端支持SOCK代理，该应用在防火墙上就可以穿越。这种代理对于部分不公开的协议，如QQ的语音和视频协议，采用其它技术，在NAT情况下很难实现对该协议的支持，但QQ软件本身支持SOCK代理，如果防火墙支持SOCK代理协议，就可以实现对防火墙的穿越。但对于防火墙而言，不参与协议解码，也意味着防火墙对该协议失去了监测能力。
    状态检测技术
    状态检测技术要监视每个连接发起到结束的全过程，对于部分协议，如FTP、 H.323等协议，是有状态的协议，防火墙必须对这些协议进行分析，以便知道什么时候，从哪个方向允许特定的连接进入和关闭。
    状态防火墙可以对特定的协议进行解码，因此安全性也比较好。有的防火墙可以对FTP、SMTP等有害命令进行检测和过滤，但因为在应用层解码分析，处理速度比较慢，为此，有的防火墙采用自适应方式，因此处理速度很快。
    状态防火墙还有一个特色是，当检测到SYN FLOOD攻击时，会启动代理。此时，如果是伪造源IP的会话，因为不能完成三层握手，攻击报文就无法到达服务器，但正常访问的报文仍然可达。
    防火墙因为软件复杂，实现的功能较多，必须有操作系统支持，操作系统的安全是防火墙安全的基石。1998年，在中国和美国计算机学会ACM共同举办的国际会议上，我提出了高保障防火墙的概念，其核心是防火墙与安全操作系统无缝集成，在防火墙上实现类似B级操作系统的机制，如标记，MAC，强实体认证等。入关具有入关证，出关具有出关证。建立了防止内部敏感信息泄漏的机制，达到既防外又防内的目标。
    防火墙的未来发展趋势
    未来防火墙的发展趋势是朝高速、多功能化、更安全的方向发展。
    从国内外历次测试的结果都可以看出，目前防火墙一个很大的局限性是速度不够。应用ASIC、FPGA和网络处理器是实现高速防火墙的主要方法，其中以采用网络处理器最优，因为网络处理器采用微码编程，可以根据需要随时升级，甚至可以支持IPV6，而采用其它方法就不那么灵活。
    实现高速防火墙，算法也是一个关键，因为网络处理器中集成了很多硬件协处理单元，因此比较容易实现高速。对于采用纯CPU的防火墙，就必须有算法支撑，例如ACL算法。目前有的应用环境，动辄应用数百乃至数万条规则，没有算法支撑，对于状态防火墙，建立会话的速度会十分缓慢。
    受现有技术的限制，目前还没有有效的对应用层进行高速检测的方法，也没有哪款芯片能做到这一点。因此，防火墙不适宜于集成内容过滤、防病毒和IDS功能(传输层以下的IDS除外，这些检测对CPU消耗小)。对于IDS，目前最常用的方式还是把网络上的流量镜像到IDS设备中处理，这样可以避免流量较大时造成网络堵塞。此外，应用层漏洞很多，攻击特征库需要频繁升级，对于处在网络出口关键位置的防火墙，如此频繁地升级也是不现实的。
    这里还要提到日志问题，根据国家有关标准和要求，防火墙日志要求记录的内容相当多。随着网络流量越来越大，庞大的日志对日志服务器提出了很高的要求。目前，业界应用较多的SYSLOG日志，采用的是文本方式，每一个字符都需要一个字节，对防火墙的带宽也是一个很大的消耗。二进制日志可以大大减小数据传送量，也方便数据库的存储、加密和事后分析。所以，支持二进制格式和日志数据库，是未来防火墙日志和日志服务器软件的一个基本要求。
    多功能也是防火墙的发展方向之一，鉴于目前路由器和防火墙价格都比较高，组网环境也越来越复杂，一般用户总希望防火墙可以支持更多的功能，满足组网和节省投资的需要。例如，防火墙支持广域网口，并不影响安全性，但在某些情况下却可以为用户节省一台路由器；支持部分路由器协议，如路由、拨号等，可以更好地满足组网需要；支持IPSEC VPN，可以利用因特网组建安全的专用通道，既安全又节省了专线投资。
    未来防火墙的操作系统会更安全。随着算法和芯片技术的发展，防火墙会更多地参与应用层分析，为应用提供更安全的保障。