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SSL VPN技术白皮书
关键词：SSL VPN、HTTPS、Web接入方式、TCP接入方式、IP接入方式
摘 要：SSL VPN是一种新兴的以HTTPS为基础的VPN技术，为用户远程访问公司内部网络提供了安全保证。本文介绍了SSL VPN技术的实现原理及典型组网应用。
缩略语：
缩略语 | 英文全名 | 中文解释 |
AD | Active Directory | 活动目录 |
CA | Certificate Authority | 证书机构 |
HTTPS | HTTP Security | 安全的HTTP，即支持SSL的HTTP |
LDAP | Lightweight Directory Access Protocol | 轻型目录访问协议 |
RADIUS | Remote Authentication Dial-In User Service | 远程认证拨号用户服务 |
SMB | Server Message Block | 服务器信息块，用来实现文件共享、打印机等资源访问的协议，Windows、Linux操作系统均支持该协议 |
SSL | Secure Sockets Layer | 安全套接层 |
VPN | Virtual Private Network | 虚拟专用网络 |
目 录
随着互联网的普及和电子商务的飞速发展，越来越多的员工、客户和合作伙伴希望能够随时随地接入公司的内部网络，访问公司的内部资源。接入用户的身份可能不合法、远端接入主机可能不够安全，这些都为公司内部网络带来了安全隐患。
通过加密实现安全接入的VPN——SVPN（Security VPN）技术提供了一种安全机制，保护公司的内部网络不被攻击，内部资源不被窃取。SVPN技术主要包括IPsec VPN和SSL VPN。
由于IPsec VPN实现方式上的局限性，导致其存在着一些不足：
l 部署IPsec VPN网络时，需要在用户主机上安装复杂的客户端软件。而远程用户的移动性要求VPN可以快速部署客户端，并动态建立连接；远程终端的多样性还要求VPN的客户端具有跨平台、易于升级和维护等特点。这些问题是IPsec VPN技术难以解决的。
l 无法检查用户主机的安全性。如果用户通过不安全的主机访问公司内部网络，可能引起公司内部网络感染病毒。
l 访问控制不够细致。由于IPsec是在网络层实现的，对IP报文的内容无法识别，因而不能控制高层应用的访问请求。随着企业经营模式的改变，企业需要建立Extranet，与合作伙伴共享某些信息资源，以便提高企业的运作效率。对合作伙伴的访问必须进行严格有效地控制，才能保证企业信息系统的安全，而IPsec VPN无法实现访问权限的控制。
l 在复杂的组网环境中，IPsec VPN部署比较困难。在使用NAT的场合，IPsec VPN需要支持NAT穿越技术；在部署防火墙的网络环境中，由于IPsec协议在原TCP/UDP头的前面增加了IPsec报文头，因此，需要在防火墙上进行特殊的配置，允许IPsec报文通过。
IPsec VPN比较适合连接固定，对访问控制要求不高的场合，无法满足用户随时随地以多种方式接入网络、对用户访问权限进行严格限制的需求。
SSL VPN技术克服了IPsec VPN技术的缺点，以其跨平台、免安装、免维护的客户端，丰富有效的权限管理而成为远程接入市场上的新贵。
SSL VPN是以HTTPS为基础的VPN技术，它利用SSL协议提供的基于证书的身份认证、数据加密和消息完整性验证机制，为用户远程访问公司内部网络提供了安全保证。SSL VPN具有如下优点：
l 支持各种应用协议。SSL位于传输层和应用层之间，任何一个应用程序都可以直接享受SSL VPN提供的安全性而不必理会具体细节。
l 支持多种软件平台。目前SSL已经成为网络中用来鉴别网站和网页浏览者身份，在浏览器使用者及Web服务器之间进行加密通信的全球化标准。SSL协议已被集成到大部分的浏览器中，如IE、Netscape、Firefox等。这就意味着几乎任意一台装有浏览器的计算机都支持SSL连接。SSL VPN的客户端基于SSL协议，绝大多数的软件运行环境都可以作为SSL VPN客户端。
l 支持自动安装和卸载客户端软件。在某些需要安装额外客户端软件的应用中，SSL VPN提供了自动下载并安装客户端软件的功能，退出SSL VPN时，还可以自动卸载并删除客户端软件，极大地方便了用户的使用。
l 支持对客户端主机进行安全检查。SSL VPN可以对远程主机的安全状态进行评估，可以判断远程主机是否安全，以及安全程度的高低。
l 支持动态授权。传统的权限控制主要是根据用户的身份进行授权，同一身份的用户在不同的地点登录，具有相同的权限，称之为静态授权。而动态授权是指在静态授权的基础上，结合用户登录时远程主机的安全状态，对所授权利进行动态地调整。当发现远程主机不够安全时，开放较小的访问权限；在远程主机安全性较高时，则开放较大的访问权限。
l SSL VPN网关支持多种用户认证方式和细粒度的资源访问控制，实现了外网用户对内网资源的受控访问。
l SSL VPN的部署不会影响现有的网络。SSL协议工作在传输层之上，不会改变IP报文头和TCP报文头，因此，SSL报文对NAT来说是透明的；SSL固定采用443号端口，只需在防火墙上打开该端口，不需要根据应用层协议的不同来修改防火墙上的设置，不仅减少了网络管理员的工作量，还可以提高网络的安全性。
l 支持多个域之间独立的资源访问控制。为了使多个企业或一个企业的多个部门共用一个SSL VPN网关，减少SSL VPN网络部署的开销，SSL VPN网关上可以创建多个域，企业或部门在各自域内独立地管理自己的资源和用户。通过创建多个域，可以将一个实际的SSL VPN网关划分为多个虚拟的SSL VPN网关。
SSL VPN用户分为超级管理员、域管理员和普通用户：
l 超级管理员：整个SSL VPN网关的管理者，可以创建域，设置域管理员的密码。
l 域管理员：负责管理所在域，可以创建本地用户和资源、设置用户访问权限等。域管理员可能是某个企业的网管人员。
l 普通用户：简称用户，为服务器资源访问者，权限由域管理员指定。
图1 SSL VPN典型组网架构
SSL VPN的典型组网架构如图1所示，SSL VPN系统由以下几个部分组成：
l 远程主机：管理员和用户远程接入的终端设备，可以是个人电脑、手机、PDA等。
l SSL VPN网关：SSL VPN系统中的重要组成部分。管理员在SSL VPN网关上维护用户和企业网内资源的信息，用户通过SSL VPN网关查看可以访问哪些资源。SSL VPN网关负责在远程主机和企业网内服务器之间转发报文。SSL VPN网关与远程主机之间建立SSL连接，以保证数据传输的安全性。
l 企业网内的服务器：可以是任意类型的服务器，如Web服务器、FTP服务器，也可以是企业网内需要与远程接入用户通信的主机。
l CA：为SSL VPN网关颁发包含公钥信息的数字证书，以便远程主机验证SSL VPN网关的身份、在远程主机和SSL VPN网关之间建立SSL连接。
l 认证服务器：SSL VPN网关不仅支持本地认证，还支持通过外部认证服务器对用户的身份进行远程认证。
SSL VPN的工作过程可以分为以下三步：
(1) 超级管理员在SSL VPN网关上创建域。
(2) 域管理员在SSL VPN网关上创建用户和企业网内服务器对应的资源。
(3) 用户通过SSL VPN网关访问企业网内服务器。
如图2所示，超级管理员创建域的过程为：
(1) 超级管理员在远程主机上输入SSL VPN网关的网址，远程主机和SSL VPN网关之间建立SSL连接，通过SSL对SSL VPN网关和远程主机进行基于证书的身份验证。
(2) SSL连接建立成功后，进入SSL VPN网关的Web登录页面，输入超级管理员的用户名、密码和认证方式。SSL VPN网关根据输入的信息对超级管理员进行身份验证。身份验证成功后，进入SSL VPN网关的Web管理页面。
(3) 超级管理员在SSL VPN网关上创建域，并设置域管理员密码。
如图3所示，域管理员创建用户和企业网内服务器对应资源的过程为：
(1) 域管理员在远程主机上输入SSL VPN网关的网址，远程主机和SSL VPN网关之间建立SSL连接，通过SSL对SSL VPN网关和远程主机进行基于证书的身份验证。
(2) SSL连接建立成功后，进入SSL VPN网关的Web登录页面，输入域管理员的用户名、密码和认证方式。SSL VPN网关根据输入的信息对域管理员进行身份验证。身份验证成功后，进入SSL VPN网关的Web管理页面。
(3) 域管理员在SSL VPN网关上创建用户和企业网内服务器对应的资源，并设定用户对资源的访问权限。
如图4所示，用户访问企业网内服务器的过程为：
(1) 用户在远程主机上输入SSL VPN网关的网址，远程主机和SSL VPN网关之间建立SSL连接，通过SSL对SSL VPN网关和远程主机进行基于证书的身份验证。
(2) SSL连接建立成功后，进入SSL VPN网关的Web登录页面，输入普通用户的用户名、密码和认证方式。SSL VPN网关根据输入的信息对普通用户进行身份验证。身份验证成功后，进入SSL VPN网关的Web访问页面。
(3) 用户在Web访问页面上查看可以访问的资源列表，如Web服务器资源、文件共享资源等。
(4) 用户选择需要访问的资源，通过SSL连接将访问请求发送给SSL VPN网关。
(5) SSL VPN网关解析请求，检查用户权限，如果用户可以访问该资源，则以明文的形式将请求转发给服务器。
(6) 服务器将响应报文以明文的形式发送给SSL VPN网关。
(7) SSL VPN网关接收到服务器的应答后，将其通过SSL连接转发给用户。
SSL VPN支持三种接入方式：
l Web接入方式
l TCP接入方式
l IP接入方式
通过不同的接入方式，用户可以访问不同类型的资源；不同接入方式下，SSL VPN网关在远端主机和企业网内服务器之间转发数据的过程也有所不同。下面将分别对其进行介绍。
Web接入方式是指用户使用浏览器以HTTPS方式、通过SSL VPN网关对服务器提供的资源进行访问，即一切数据的显示和操作都是通过Web页面进行的。
通过Web接入方式可以访问的资源有两种：Web服务器和文件共享资源。
Web服务器以网页的形式为用户提供服务，用户可以通过点击网页中的超链接，在不同的网页之间跳转，以浏览网页获取信息。SSL VPN为用户访问Web服务器提供了安全的连接，并且可以防止非法用户访问受保护的Web服务器。
图5 Web资源访问机制
如图5所示，Web服务器访问过程中，SSL VPN网关主要充当中继的角色：
(1) SSL VPN网关收到用户的HTTP请求消息后，将HTTP请求URL中的路径映射到资源，并将HTTP请求转发到被请求资源对应的真正的Web服务器；
(2) SSL VPN网关收到HTTP回应消息后，将网页中的内网链接修改为指向SSL VPN网关的链接，使用户在访问这些内网链接对应的资源时都通过SSL VPN网关，从而保证安全，并实现访问控制。SSL VPN将改写后的HTTP回应消息发送给用户。
在Web服务器访问的过程中，从用户角度看，所有的HTTP应答都来自于SSL VPN网关；从Web服务器的角度看，所有的HTTP请求都是SSL VPN网关发起的。
文件共享是一种常用的网络应用，实现了对远程网络服务器或者主机上文件系统进行操作（如浏览文件夹、上传文件、下载文件等）的功能，如Windows操作系统上的共享文件夹应用。
SSL VPN网关将文件共享资源以Web方式提供给用户。如图6所示，文件共享资源访问过程中，SSL VPN网关起到协议转换器的作用：
(1) 远程主机与SSL VPN网关之间通过HTTPS协议通信：远程主机将用户访问文件共享资源的请求通过HTTPS报文发送给SSL VPN网关。
(2) SSL VPN网关与文件服务器通过SMB协议通信：SSL VPN网关接收到请求后，将其转换为SMB协议报文，发送给文件服务器。
(3) 文件服务器应答报文到达SSL VPN网关后，SSL VPN网关将其转换为HTTPS报文后，发送给远程主机。
TCP接入方式用于实现应用程序对服务器开放端口的安全访问。通过TCP接入方式，用户可以访问任意基于TCP的服务，包括远程访问服务（如Telnet）、桌面共享服务、邮件服务等。
用户利用TCP接入方式访问内网服务器时，不需要对现有的TCP应用程序进行升级，只需安装专用的TCP接入客户端软件，由该软件实现使用SSL连接传送应用层数据。
如图7所示，用户利用TCP接入方式访问内网服务器的工作流程为：
(1) 用户启动TCP应用后，远程主机自动从SSL VPN网关上下载TCP接入客户端软件。
(2) 用户通过点击SSL VPN网关Web访问页面上的资源链接或开启TCP应用程序（例如打开远程桌面连接程序，连接到远程的内网服务器）的方式访问TCP应用资源时，客户端软件就会与SSL VPN网关建立SSL连接，并使用扩展的HTTP消息请求访问该资源。
(3) SSL VPN网关与该资源对应的内网服务器建立TCP连接。
(4) 连接建立成功后，用户访问内网服务器的数据由TCP接入客户端通过SSL连接安全地发送给SSL VPN网关，SSL VPN网关获取应用层数据，通过已经建立的TCP连接发送给内网服务器。
(5) SSL VPN网关接收到内网服务器的应答后，通过SSL连接将其发送给远程主机的客户端软件，客户端软件获取服务器应答数据，将其转发给应用程序。
图7 TCP接入方式工作流程
IP接入方式实现远程主机与服务器网络层之间的安全通信，进而实现所有基于IP的远程主机与服务器的互通，如在远程主机上ping内网服务器。
用户通过IP接入方式访问内网服务器前，需要安装专用的IP接入客户端软件，该客户端软件会在主机上安装一个虚拟网卡。
如图8所示，用户利用IP接入方式访问内网服务器的工作流程为：
(1) 用户启动IP应用时，远程主机自动从SSL VPN网关上下载IP接入客户端软件，该软件负责与SSL VPN网关建立SSL连接，为虚拟网卡申请地址，并设置网关地址和以虚拟网卡为出接口的路由。
(2) 用户通过点击SSL VPN网关Web访问页面上的资源链接或执行IP访问命令（例如，执行ping命令）的方式访问IP网络资源时，IP报文根据路由发送到虚拟网卡，被客户端软件封装后通过SSL连接发送到SSL VPN网关。
(3) SSL VPN网关接收到数据后，将其还原成IP报文，发往对应的服务器。
(4) SSL VPN网关接收到服务器的回应报文后，将报文封装后通过SSL连接发送到远程主机的IP接入客户端软件。
(5) 客户端软件解封装后通过虚拟网卡将IP报文交给远程主机处理。
图8 IP接入方式工作流程
远程主机上运行的客户端软件包括：
l 支持SSL的Web浏览器：目前大多数操作系统都提供了浏览器，并支持SSL协议。利用操作系统自带的浏览器，就可以实现Web接入方式。
l 主机检查器：用来对远程主机的安全状态进行评估。用户登录时，远程主机会自动下载并安装主机检查器。
l 缓存清除器：用来在用户退出SSL VPN系统时，清除SSL VPN通信过程中使用的临时文件、配置文件和下载的客户端程序，以避免系统的私密信息被泄漏。用户登录后，远程主机自动下载并安装缓存清除器。
l TCP接入客户端：TCP接入方式中用到的客户端软件。
l IP接入客户端：IP接入方式中用到的客户端软件。
除Web浏览器是远程主机自带的以外，其它的客户端软件都是从SSL VPN网关下载的。这些客户端软件支持自动下载、自动安装、自动配置、自动建立连接，使用非常方便。
SSL VPN支持四种认证方式：
l 本地认证：由管理员在SSL VPN网关上创建本地用户，通过将用户输入的用户名和密码与本地保存的用户名和密码比较，来验证用户的身份是否合法。
l RADIUS认证：用户信息保存在RADIUS服务器上，SSL VPN网关作为RADIUS客户端，通过与RADIUS服务器交互认证消息，来验证用户的身份是否合法。
l LDAP认证：用户信息保存在LDAP服务器上，SSL VPN网关作为LDAP客户端查询LDAP服务器上的用户信息，来验证用户的身份是否合法。
l AD认证：LDAP认证方式的一种，Microsoft实现的LDAP称为AD。
用户通过浏览器连接到SSL VPN网关后进入登录页面，输入用户名、密码和认证方式，这些信息通过SSL连接传输到SSL VPN网关，保证了数据传输的安全性。SSL VPN网关收到登录信息后，根据认证方式进行认证。
SSL VPN网关提供的认证方式简单通用，扩展性很强。
不安全远程主机的接入有可能对内部网络造成安全隐患。通过主机检查器可以在用户登录SSL VPN时，检查主机的操作系统版本及其补丁、浏览器版本及其补丁、防火墙版本、杀毒软件版本等，根据检查的结果来判断该用户主机能够访问哪些资源。
在SSL VPN网关上可以设置安全策略，通过安全策略制定对远程主机进行安全检查的方法，明确需要检查的项目，并通过为安全策略指定保护资源，保证只有满足安全策略的远程主机才能访问相应的资源。
SSL VPN的资源访问控制机制可以方便灵活地控制用户访问权限，实现细粒度的资源访问权限控制。
超级管理员创建若干个域，并指定域管理员的密码；域管理员配置本域的资源和用户，将资源加入到资源组，将用户加入到用户组，然后为每个用户组指定可以访问的资源组，从而实现对用户访问权限的控制。
SSL VPN网关还可以对远程主机进行安全检查，根据检查的结果来判断该客户端能够访问哪些资源。
SSL VPN网关根据安全检查结果及用户所在的群组找到其可以访问的资源组，进而找到可以访问的资源列表，从而实现对资源访问的控制。
如图9所示，SSL VPN在远程接入方面具有很多优势，适用于多种复杂的网络环境。与IPsec VPN相比，SSL VPN尤其适合应用于如下场景：
l 动态的远程接入：用户使用各种终端设备，在任何时间、任何地点通过Internet接入公司内部网络。
l 无法保证远程主机的安全性：用户使用网吧、旅馆提供的公用计算机远程访问公司内部网络。公用计算机容易受到攻击、感染病毒，安全性无法得到保证。
l 不同的远程接入用户具有不同的访问权限：在使用Extranet时，远程接入用户可能是公司的员工、合作伙伴或其他人员，不同用户可以访问的资源各不相同。
l 远程终端的运行环境多种多样：远程终端可能安装不同的操作系统，使用不用的应用程序访问公司内部网络。
图10 SSL VPN网关作为企业网络的入口
如图10所示，SSL VPN网关可以与防火墙配合使用，作为企业网络的入口，保护所有的企业内部网络资源不受攻击。
图11 SSL VPN网关保护企业网内的重要服务器
如图11所示，SSL VPN网关还可以用来保护企业内部重要的服务器资源，在确保重要服务器资源不受攻击的同时，对企业网络中其它部分不会造成任何影响。
多个企业可以共用一个SSL VPN网关，每个企业使用一个域，在管理和使用上互不影响，从而为企业节省成本。如图12所示，企业A、企业B、企业C共用SSL VPN网关，分别在SSL VPN网关上创建域A、域B和域C。企业A在域A内管理自己的用户和服务器资源，并设置自己的安全策略等，保证企业A的用户只能访问企业A的资源，与企业B和企业C隔离。
根据SSL VPN网关接入网络方式的不同，SSL VPN组网模式分为单臂模式和双臂模式。
双臂模式中，SSL VPN网关位于内网（或内网服务器）与外网通信的路径上，如图9、图10和图11所示。双臂模式可以提供对内网的完全保护，但是由于SSL VPN网关处在内网与外网通讯的关键路径上，其性能和稳定性对内外网之间的数据传输有很大的影响。
如图13所示，单臂模式中，SSL VPN网关相当于一台代理服务器，代理远程的请求，与内部服务器进行通信。此时SSL VPN网关不处在网络通信的关键路径上，其性能不会影响内外网的通信。但是这种组网使得SSL VPN网关不能全面地保护企业内部的网络资源。
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