网络防火墙设计中的一些重点问题

　　1．方案：硬件？还是软件？

　　现在防火墙的功能越来越多越花哨，如此多的功能必然要求系统有一个高效的处理能力。

　　防火墙从实现上可以分为软件防火墙和硬件防火墙。软件防火墙以checkpoint公司的Firewall-I为代表，其实现是通过 dev_add_pack的办法加载过滤函数（Linux，其他操作系统没有作分析，估计类似），通过在操作系统底层做工作来实现防火墙的各种功能和优化。国内也有一些所谓的软件防火墙，但据了解大多是所谓“个人”防火墙，而且功能及其有限，故不在此讨论范围。

　　在国内目前已通过公安部检验的防火墙中，硬件防火墙占绝大多数。硬件防火墙一种是从硬件到软件都单独设计，典型如Netscreen防火墙不但软件部分单独设计，硬件部分也采用专门的ASIC集成电路。

　　另外一种就是基于PC架构的使用经过定制的通用操作系统的所谓硬件防火墙。目前国内绝大多数防火墙都属于这种类型。

　　虽然都号称硬件防火墙，国内厂家和国外厂家还是存在着巨大区别。硬件防火墙需要在硬件和软件两方面同时下功夫，国外厂家的通常做法是软件运算硬件化，其所设计或选用的运行平台本身的性能可能并不高，但它将主要的运算程序（查表运算是防火墙的主要工作）做成芯片，以减少主机CPU的运算压力。国内厂家的防火墙硬件平台基本上采用通用PC系统或工业PC架构（直接原因是可以节省硬件开发成本），在提高硬件性能方面所能做的工作仅仅是提升系统CPU的处理能力，增大内存容量而已。现在国内防火墙的一个典型结构就是：工业主板+x86+128（256）M内存+DOC/DOM+硬盘（或不要硬盘而另增加一个日志服务器）+百兆网卡 这样一个工业PC结构。

　　在软件性能方面，国内外厂家的差别就更大了，国外（一些著名）厂家均是采用专用的操作系统，自行设计防火墙。而国内所有厂家操作系统系统都是基于通用的 Linux，无一例外。各厂家的区别仅仅在于对Linux系统本身和防火墙部分（2.2内核为ipchains，2.4以后内核为netfilter）所作的改动量有多大。

　　事实上，Linux只是一个通用操作系统，它并没有针对防火墙功能做什么优化，而且其处理大数据量通信方面的能力一直并不突出，甚至比较低下（这也是 Linux一直只是低端服务器的宠儿的重要原因，我自己认为，在这一点上它还不如BSD系列，据说国外有用BSD做防火墙的，国内尚未见到）。

　　现在绝大部分厂家，甚至包括号称国内最大的天融信，在软件方面所作的工作无非也就是系统有针对性的裁减、防火墙部分代码的少量改动（绝大部分还是没有什么改动）和少量的系统补丁。而且我们在分析各厂家产品时可以注意这一点，如果哪个厂家对系统本身做了什么大的改动，它肯定会把这个视为一个重要的卖点，大吹特吹，遗憾的是似乎还没有什么厂家有能力去做宣传（天融信似乎有一个类似于checkpoint的功能：开放式的安全应用接口 TOPSEC，但它究竟做了多少工作，还需要去仔细了解）。

　　目前国内厂家也已经认识到这个问题，有些在做一些底层的工作，但有明显成效的，似乎还没有。

　　在此我们仅针对以Linux（或其他通用操作系统）为基础的、以PC架构为硬件载体的防火墙做讨论，以下如不特别提出，均同。

　　2．内核和防火墙设计

　　现在有一种商业卖点，即所谓“建立在安全操作系统之上的第四代防火墙”（关于防火墙分代的问题，目前有很多讨论，比较一致的是把包过滤防火墙称为第一代防火墙，把应用型防火墙（一般结合了包过滤功能，因此也成为混合型防火墙）称为第二代防火墙，有些厂家把增加了检测通信信息、状态检测和应用监测的防火墙称为第三代防火墙，更有甚者在此基础上提出了采用安全操作系统的防火墙，并把这个称为第四代防火墙）。所谓安全操作系统，其实大多用的还是Linux，所不同的是需要做一些内核加固和简单改造的工作，主要有以下： 取消危险的系统调用，或者截获系统调用，稍加改动（如加载一些llkm）；

　　限制命令执行权限；

　　取消IP转发功能；

　　检查每个分组的接口；

　　采用随机连接序号；

　　驻留分组过滤模块；

　　取消动态路由功能；

　　采用多个安全内核（这个只见有人提出，但未见到实例，对此不是很清楚）。

　　以上诸多工作，其实基本上都没有对内核源码做太大改动，因此从个人角度来看算不上可以太夸大的地方。

　　对于防火墙部分，国内大部分已经升级到2.4内核所支持的netfilter。netfilter已经是一个功能比较完善的防火墙框架，它已经支持基于状态的监测（通过connection track模块实现）。而且netfilter是一个设计很合理的框架，可以在适当的位置上登记一些需要的处理函数，正式代码中已经登记了许多处理函数，如在NF_IP_FORWARD点上登记了装发的包过滤功能（包过滤等功能便是由这些正式登记的函数实现的）。我们也可以登记自己的处理函数，在功能上作扩展（如加入简单的IDS功能等等）。这一点是国内厂家可以做文章的地方，至于netfilter源码的修改，对国内厂家来说似乎不太现实。

　　至于采用其它防火墙模型的，目前还没有看到（可能是netfilter已经设计的很成功，不需要我们再去做太多工作）。

　　3．自我保护能力（安全性）

　　由于防火墙的特殊功能和特殊位置，它自然是众多攻击者的目标，因此它的自我包括能力在设计过程中应该放在首要的位置。

　　A．管理上的安全性

　　防火墙需要一个管理界面，而管理过程如何设计的更安全，是一个很重要的问题。目前有两种方案。

　　a．设置专门的服务端口

　　为了减少管理上的风险和降低设计上的难度，有一些防火墙（如东方龙马）在防火墙上专门添加了一个服务端口，这个端口只是用来和管理主机连接。除了专用的服务口外，防火墙不接受来自任何其它端口的直接访问。这样做的显著特点就是降低了设计上的难度，由于管理通信是单独的通道，无论是内网主机、外网主机还是DMZ内主机都无法窃听到该通信，安全性显然很高，而且设计时也无需考虑通信过程加密的问题。