CN112203279B - 一种基于离散地址变化的5g网络边界网元地址防护方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法与装置，该方法通过对5G核心网网间交互的HTTP信令进行处理，实现网元地址的防护；首先，在跨网网元服务发现阶段，对拜访地vNRF外部服务请求的核心网hNRF响应进行处理，提取其中的网元IP地址和端口号，将其网元IP地址和端口号进行离散地址变换，替换到hNRF响应消息中，转发给vNRF；当外网用户发起服务请求时，将外部请求消息中的网元IP地址、端口号替换为离散地址变换前的网元IP地址、端口号，将本网内网元的响应消息中网元IP地址、端口号改为离散地址变换后的网元IP地址、端口号。本发明在不影响正常信令交互的条件下，完成了信令中网元IP地址和端口号的防护。
Description
技术领域
本发明属于移动通信网络安全防护技术领域，重点针对5G网络边界的网元设备地址防护场景，尤其涉及一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法与装置。
背景技术
随着通信技术的迅速发展，第五代通信系统逐渐进入实际部署阶段。5G是一个“万物互联”的网络，并与工业控制、智慧交通等紧密结合，在社会生活、工业生产、国家安全方面的重要性更加突出。5G的应用场景更加丰富，面临的网络安全威胁更加复杂多样，对5G网络架构带来了新的挑战。
5G网络环境下，业务应用更加多样化，跨网络通信会话成为普遍现象。万物互联时代，用户和设备本身身份未知，利用各种手段对移动用户进行信息窃取、欺诈、攻击等非法行为层出不穷，移动通信网面临的安全威胁也日趋复杂化、多样化，移动通信网络的“可信性”受到了很大挑战。
针对5G核心网络间存在可能的安全威胁，3GPP提出了安全边缘防护代理SEPP(Security edge protection proxy)网元功能实体(参见标准TS23.501,https://www.tech-invite.com/3m23/tinv-3gpp-23-501.html)，用于防护两个核心网络间的威胁。SEPP在网络间部署时具备拓扑隐藏功能(参见标准TS33.501,https://www.tech-invite.com/3m33/tinv-3gpp-33-501.html)，让对端网络根据FQND解析后，直接将网络间的信令消息路由传至SEPP。SEPP虽然在网络间实现了核心网内部网元实体地址的隔离，但在信令内容中包含了大量的内部网元地址信息(IPv4/IPv6)，一定程度上泄露了网络内部真实IP地址，给核心网内部网元的安全带来巨大威胁。
发明内容
本发明针对SEPP在信令内容中包含了大量的内部网元地址信息，一定程度上泄露了网络内部真实IP地址，给核心网内部网元的安全带来巨大威胁的问题，提出一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法与装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法，包括：
步骤1：构建真实与防护地址数据库，所述真实与防护地址数据库用于存储网元IP地址类型、真实网元IP地址、真实端口号及对应的防护网元IP地址、防护端口号；
步骤2：判断实时的网间信令是否存在相关实体地址字段，若不存在则直接转发至内网；若存在则提取当前的实体地址字段并判断是否为请求消息，若不是请求消息则跳转至步骤3，若是请求消息则跳转至步骤4；相关实体地址字段包括网元IP地址和端口号；
步骤3：在所述数据库中查询当前的网元IP地址和端口号是否存在于真实网元IP地址和真实端口号中，若不存在，则跳变生成对应的防护网元IP地址和防护端口号，并将当前的网元IP地址和端口号及对应生成的防护网元IP地址和防护端口号存入数据库中，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；若当前的网元IP地址和端口号已经存在于真实网元IP地址和真实端口号中，则查询其对应的防护网元IP地址和防护端口号，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；
步骤4：在数据库的防护网元IP地址和防护端口号中进行请求消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号的匹配查找，并找到对应的真实网元IP地址和真实端口号，将HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的真实网元IP地址和真实端口号；
步骤5：对步骤4处理后的HTTP\2消息进行转发处理，然后将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容，返回给外网。
进一步地，所述步骤3包括：
按照如下方式进行离散地址变化：
其中，x表示当前的网元IP地址，y表示当前的端口号，SeIP(x,y)表示对应的防护网元IP地址和防护端口号；Rand_8(x)表示当当前的网元IP地址是IPv4类型时，对IPv4中4个8位地址，逐个进行离散变化，任意一个8位地址以0至255间整数进行随机输出，最终形成4×8位离散IP地址；Rand_16(x)表示当当前的网元IP地址是IPv6类型时，对IPv6中8个16位地址，逐个进行离散变化，任意一个16位地址以0至65535间整数进行随机输出，最终形成8×16位离散IP地址；Rand16(y)表示对当前的端口号进行0至65535间整数随机输出，作为对应的防护端口号。
一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护装置，包括：
真实与防护地址数据库构建模块，用于构建真实与防护地址数据库，所述真实与防护地址数据库用于存储网元IP地址类型、真实网元IP地址、真实端口号及对应的防护网元IP地址、防护端口号；
判断模块，用于判断实时的网间信令是否存在相关实体地址字段，若不存在则直接转发至内网；若存在则提取当前的实体地址字段并判断是否为请求消息，若不是请求消息则跳转至第一地址替换模块，若是请求消息则跳转至第二地址替换模块；相关实体地址字段包括网元IP地址和端口号；
第一地址替换模块，用于在所述数据库中查询当前的网元IP地址和端口号是否存在于真实网元IP地址和真实端口号中，若不存在，则跳变生成对应的防护网元IP地址和防护端口号，并将当前的网元IP地址和端口号及对应生成的防护网元IP地址和防护端口号存入数据库中，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；若当前的网元IP地址和端口号已经存在于真实网元IP地址和真实端口号中，则查询其对应的防护网元IP地址和防护端口号，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；
第二地址替换模块，用于在数据库的防护网元IP地址和防护端口号中进行请求消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号的匹配查找，并找到对应的真实网元IP地址和真实端口号，将HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的真实网元IP地址和真实端口号；
第三地址替换模块，用于对第二地址替换模块处理后的HTTP\2消息进行转发处理，然后将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容，返回给外网。
进一步地，所述第一地址替换模块包括：
离散地址变化模块，用于按照如下方式进行离散地址变化：
其中，x表示当前的网元IP地址，y表示当前的端口号，SeIP(x,y)表示对应的防护网元IP地址和防护端口号；Rand_8(x)表示当当前的网元IP地址是IPv4类型时，对IPv4中4个8位地址，逐个进行离散变化，任意一个8位地址以0至255间整数进行随机输出，最终形成4×8位离散IP地址；Rand_16(x)表示当当前的网元IP地址是IPv6类型时，对IPv6中8个16位地址，逐个进行离散变化，任意一个16位地址以0至65535间整数进行随机输出，最终形成8×16位离散IP地址；Rand16(y)表示对当前的端口号进行0至65535间整数随机输出，作为对应的防护端口号。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明针对SEPP在信令内容中包含了大量的内部网元地址信息，一定程度上泄露了网络内部真实IP地址，给核心网内部网元的安全带来巨大威胁的问题，提出一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法与装置。本发明从信令内容上，将泄露的内部网元地址的信令字段进行离散变换处理，对外显示离散变换后的虚拟网元IP地址、虚拟端口号，即防护网元IP地址、防护端口号，对内替换为真实的网元IP地址、真实的端口号，即真实网元IP地址、真实端口号。在不影响正常信令交互的条件下，完成了信令中网元IP地址和端口号的防护。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法的基本流程图；
图2为本发明实施例一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法的信令中网元地址相关信息示例图；
图3为本发明实施例一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法的服务发现网元标识防护流程图；
图4为本发明实施例一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法的注册/PDU会话流程网元标识防护流程图；
图5为本发明实施例一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护装置的结构示意图；
图6为本发明实施例一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护装置的部署示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明：
本发明的一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法，通过对网间信令进行分析，以离散地址变化对信令的网元IP地址和端口号进行处理，实现5G网络网元地址防护；具体地，对于实时进入的信令流处理过程如图1所示，包括：
步骤S101：构建真实与防护地址数据库，所述真实与防护地址数据库用于存储网元IP地址类型、真实网元IP地址、真实端口号及对应的防护网元IP地址、防护端口号；具体地，真实与防护地址数据库结构如表1所示。
表1真实与防护地址数据库
步骤S102：判断实时的网间信令是否存在相关实体地址字段，若不存在则直接转发至内网(被防护的5G核心网)；若存在则提取当前的实体地址字段并判断是否为请求消息(Http client发起的消息)，若不是请求消息则跳转至步骤S103，若是请求消息则跳转至步骤S104；相关实体地址字段包括网元IP地址和端口号；具体地，信令中网元地址相关信息如图2所示。
步骤S103：在所述数据库中查询当前的网元IP地址和端口号是否存在于真实网元IP地址和真实端口号中，若不存在，则跳变生成对应的防护网元IP地址和防护端口号，并将当前的网元IP地址和端口号及对应生成的防护网元IP地址和防护端口号存入数据库中，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容(如图3中响应消息处理所示)；若当前的网元IP地址和端口号已经存在于真实网元IP地址和真实端口号中，则查询其对应的防护网元IP地址和防护端口号，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容(如图4中响应消息处理所示)。
进一步地，所述步骤S103包括：
按照如下方式进行离散地址变化：
其中，x表示当前的网元IP地址，y表示当前的端口号，SeIP(x,y)表示对应的防护网元IP地址和防护端口号；Rand_8(x)表示当当前的网元IP地址是IPv4类型时，对IPv4中4个8位地址，逐个进行离散变化，任意一个8位地址以0至255间整数进行随机输出，最终形成4×8位离散IP地址(如192.168.123.234)；Rand_16(x)表示当当前的网元IP地址是IPv6类型时，对IPv6中8个16位地址，逐个进行离散变化，任意一个16位地址以0至65535间整数进行随机输出，最终形成8×16位离散IP地址(如ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789)；Rand16(y)表示对当前的端口号进行0至65535间整数随机输出，作为对应的防护端口号(如19216)。
具体地，离散地址变化过程举例如表2所示。
表2地址内容跳变过程举例
步骤S104：在数据库的防护网元IP地址和防护端口号中进行请求消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号的匹配查找，并找到对应的真实网元IP地址和真实端口号，将HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的真实网元IP地址和真实端口号(如图4中请求消息处理所示)。
步骤S105：对步骤S104处理后的HTTP\2消息进行转发处理，然后将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容，返回给外网(如图4中响应消息处理所示)。
综上，本发明针对SEPP在信令内容中包含了大量的内部网元地址信息，一定程度上泄露了网络内部真实IP地址，给核心网内部网元的安全带来巨大威胁的问题，提出一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法与装置。本发明从信令内容上，将泄露的内部网元地址的信令字段进行离散变换处理，对外显示离散变换后的虚拟网元IP地址、虚拟端口号，即防护网元IP地址、防护端口号，对内替换为真实的网元IP地址、真实的端口号，即真实网元IP地址、真实端口号。在不影响正常信令交互的条件下，完成了信令中网元IP地址和端口号的防护。
值得说明的是，本发明中，请求消息和响应消息均为HTTP\2消息。
在上述实施例的基础上，如图5所示，本发明还公开一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护装置，包括：
真实与防护地址数据库构建模块201，用于构建真实与防护地址数据库，所述真实与防护地址数据库用于存储网元IP地址类型、真实网元IP地址、真实端口号及对应的防护网元IP地址、防护端口号。
判断模块202，用于判断实时的网间信令是否存在相关实体地址字段，若不存在则直接转发至内网；若存在则提取当前的实体地址字段并判断是否为请求消息，若不是请求消息则跳转至第一地址替换模块203，若是请求消息则跳转至第二地址替换模块204；相关实体地址字段包括网元IP地址和端口号。
第一地址替换模块203，用于在所述数据库中查询当前的网元IP地址和端口号是否存在于真实网元IP地址和真实端口号中，若不存在，则跳变生成对应的防护网元IP地址和防护端口号，并将当前的网元IP地址和端口号及对应生成的防护网元IP地址和防护端口号存入数据库中，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；若当前的网元IP地址和端口号已经存在于真实网元IP地址和真实端口号中，则查询其对应的防护网元IP地址和防护端口号，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容。
第二地址替换模块204，用于在数据库的防护网元IP地址和防护端口号中进行请求消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号的匹配查找，并找到对应的真实网元IP地址和真实端口号，将HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的真实网元IP地址和真实端口号。
第三地址替换模块205，用于对第二地址替换模块204处理后的HTTP\2消息进行转发处理，然后将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容，返回给外网。
进一步地，所述第一地址替换模块203包括：
离散地址变化模块，用于按照如下方式进行离散地址变化：
其中，x表示当前的网元IP地址，y表示当前的端口号，SeIP(x,y)表示对应的防护网元IP地址和防护端口号；Rand_8(x)表示当当前的网元IP地址是IPv4类型时，对IPv4中4个8位地址，逐个进行离散变化，任意一个8位地址以0至255间整数进行随机输出，最终形成4×8位离散IP地址；Rand_16(x)表示当当前的网元IP地址是IPv6类型时，对IPv6中8个16位地址，逐个进行离散变化，任意一个16位地址以0至65535间整数进行随机输出，最终形成8×16位离散IP地址；Rand16(y)表示对当前的端口号进行0至65535间整数随机输出，作为对应的防护端口号。
具体地，该网元地址防护装置部署时可串接在5G边界网关设备SEPP之间或作为防护功能内嵌于SEPP功能之内，对于外部网络发起的HTTP信令请求进行防护处理，如图6所示。
以上所示仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护方法，其特征在于，包括：
步骤1：构建真实与防护地址数据库，所述真实与防护地址数据库用于存储网元IP地址类型、真实网元IP地址、真实端口号及对应的防护网元IP地址、防护端口号；
步骤2：判断实时的网间信令是否存在相关实体地址字段，若不存在则直接转发至内网；若存在则提取当前的实体地址字段并判断是否为请求消息，若不是请求消息则跳转至步骤3，若是请求消息则跳转至步骤4；相关实体地址字段包括网元IP地址和端口号；
步骤3：在所述数据库中查询当前的网元IP地址和端口号是否存在于真实网元IP地址和真实端口号中，若不存在，则跳变生成对应的防护网元IP地址和防护端口号，并将当前的网元IP地址和端口号及对应生成的防护网元IP地址和防护端口号存入数据库中，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；若当前的网元IP地址和端口号已经存在于真实网元IP地址和真实端口号中，则查询其对应的防护网元IP地址和防护端口号，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；
步骤4：在数据库的防护网元IP地址和防护端口号中进行请求消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号的匹配查找，并找到对应的真实网元IP地址和真实端口号，将HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的真实网元IP地址和真实端口号；
步骤5：对步骤4处理后的HTTP\2消息进行转发处理，然后将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容，返回给外网；
所述步骤3包括：
按照如下方式进行离散地址变化：
其中，x表示当前的网元IP地址，y表示当前的端口号，SeIP(x,y)表示对应的防护网元IP地址和防护端口号；Rand_8(x)表示当当前的网元IP地址是IPv4类型时，对IPv4中4个8位地址，逐个进行离散变化，任意一个8位地址以0至255间整数进行随机输出，最终形成4×8位离散IP地址；Rand_16(x)表示当当前的网元IP地址是IPv6类型时，对IPv6中8个16位地址，逐个进行离散变化，任意一个16位地址以0至65535间整数进行随机输出，最终形成8×16位离散IP地址；Rand16(y)表示对当前的端口号进行0至65535间整数随机输出，作为对应的防护端口号。
2.一种基于离散地址变化的5G网络边界网元地址防护装置，其特征在于，包括：
真实与防护地址数据库构建模块，用于构建真实与防护地址数据库，所述真实与防护地址数据库用于存储网元IP地址类型、真实网元IP地址、真实端口号及对应的防护网元IP地址、防护端口号；
判断模块，用于判断实时的网间信令是否存在相关实体地址字段，若不存在则直接转发至内网；若存在则提取当前的实体地址字段并判断是否为请求消息，若不是请求消息则跳转至第一地址替换模块，若是请求消息则跳转至第二地址替换模块；相关实体地址字段包括网元IP地址和端口号；
第一地址替换模块，用于在所述数据库中查询当前的网元IP地址和端口号是否存在于真实网元IP地址和真实端口号中，若不存在，则跳变生成对应的防护网元IP地址和防护端口号，并将当前的网元IP地址和端口号及对应生成的防护网元IP地址和防护端口号存入数据库中，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；若当前的网元IP地址和端口号已经存在于真实网元IP地址和真实端口号中，则查询其对应的防护网元IP地址和防护端口号，将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容；
第二地址替换模块，用于在数据库的防护网元IP地址和防护端口号中进行请求消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号的匹配查找，并找到对应的真实网元IP地址和真实端口号，将HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的真实网元IP地址和真实端口号；
第三地址替换模块，用于对第二地址替换模块处理后的HTTP\2消息进行转发处理，然后将响应消息中的当前HTTP\2消息中网元IP地址和端口号内容替换为对应的防护网元IP地址和防护端口号内容，返回给外网；
所述第一地址替换模块包括：
离散地址变化模块，用于按照如下方式进行离散地址变化：
其中，x表示当前的网元IP地址，y表示当前的端口号，SeIP(x,y)表示对应的防护网元IP地址和防护端口号；Rand_8(x)表示当当前的网元IP地址是IPv4类型时，对IPv4中4个8位地址，逐个进行离散变化，任意一个8位地址以0至255间整数进行随机输出，最终形成4×8位离散IP地址；Rand_16(x)表示当当前的网元IP地址是IPv6类型时，对IPv6中8个16位地址，逐个进行离散变化，任意一个16位地址以0至65535间整数进行随机输出，最终形成8×16位离散IP地址；Rand16(y)表示对当前的端口号进行0至65535间整数随机输出，作为对应的防护端口号。
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