IP网安全失控顽症和ICA进化

2019-11-03 19:19:53

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供稿：网友

嵇兆钧　中京邮电通信设计院　

　　摘要在“虚拟+开放”环境中运行的网络，网络诚信是不可回避的问题。网络缺乏安全保障，今已成为举世之忧。文中解析了ip网为什么不可能克服其安全失控，阐述了对症治理措施，介绍了ICA进化。

　　关键词网络诚信安全保障 ICA进化

　　嵇兆钧信息产业部通信科技委委员、中京邮电通信设计院科技委常务副主任、教授级高工、中国通信学会通信软件技术委员会委员。

1 引述

　　万物皆进化，网络也不例外。把握网络进化导向，是一种前瞻运筹，事关一个企业乃至一个国家的网络命运和前途。

　　为此，对网络现实和网络未来，须有脱俗的审视，才能有出众的作为。

　　按目前舆论导向，网络前景被描述为“IP统治未来网”。其实，IP虽是一种有用的技术，但它不是万能的技术，更不是永恒的技术，IP网早已被国内外公认为“脆弱的网络”，凭什么任其垄断未来？

　　再者，世上任何高新科技的应用，本应是可控的，若出现失控状态就应被定义为进入故障状态。然而，IP网平时就处在安全失控状态下运行，却被习以为常。既然安全失控的受害者涉及个人、企业、国家，乃至全人类，人们迟早都要加以彻底解决，何不趁早取得突破？

2 网络进化的新焦点

　　IP网的网络诚信（network trustworthiness），是一个令人忧心的老问题，它同龄于互联网的存在。

　　如今，开放的市场经济，被认为是“法制经济+信用经济”，那么，开放而又虚拟的网络经济该如何规范“网络诚信”？何况网络不仅涉及经济领域，而且涉及国家安全和网络主权，网络的诚信素质岂能停滞在原始的“BE”(Best Efforts)水准？

　　IP网存在的“网络诚信”问题，实已酿成举世之忧。典型的证据，正好来自互联网的故乡。

　　* 据2000年美国进行的社会调查，有70%的美国网民对互联网的安全缺陷深感忧虑，这实际上给出了倒三七开的“不及格”打分。

　　* 美国白宫、美国国防部和美国联邦调查局这种重要网站，以及“微软”这类计算机行业的顶级网站，尽管采取了精心的防范措施，但都先后遭“黑”、遭病毒，甚至瘫痪。网络的脆弱性由此足见一斑。

　　* 当年积极倡导“信息高速公路”的克林顿总统，他本人竟一直不敢用E-mail与他在加州上大学的女儿通信，生怕有人窃看；他守着“信息高速公路”，却有悸于加以使用。

　　的确，现有互联网是一种优、缺点都很突出的网络，其突出的优点是开放和协议简单，而突出的缺点则是安全失控。为此，把现有这种令人“忧心”的网络，进化成为未来的令人“放心”的网络，正是众望所归，成为网络进化的新焦点。

　　如实而言，现有IP网只能代表“网络时代初级阶段”的技术，显然不可能是终极技术，故网络领域存在着很开阔的创新空间和“新增长”空间。对我国来说，确是谋求新崛起的良机。

　　国际社会，对网络诚信问题及其引发的网络进化，一直保持关注。早在20世纪90年代，国内外学术界就开始有呼吁，认为互联网是一种“信不过”的网络（untrustworthy network），并开展了网络结构创新的探索。据此背景，由联合国科教文组织牵头召开的“世界科学大会”(1999年6月25日～7月1日)，把解决网络缺陷和负面效应问题列为大会重点议题之一。此后不久，ITU-T于2000年2月发布了Y.130文件，提出了未来网立足于ICA（Information Communication Architecture，信息通信结构）的建议，把中间件层和基础层一起定义为GII基础设施。值得关注的是，在整篇Y.130中，没有出现“IP统治未来网”之类的提法，被推荐的是ICA结构，而IP网恰恰不含有这种结构。ICA的出台，表明国际上已建立起一种未来网络定位的新理念。不像“IP统治未来网”方案具有鲜明的排他性那样，ICA开发的策略是博纳众长，据以取得功能突破。

　　可见，以创建具有安全保障的网络作为一种时代责任，适时开发IP技术之后的网络技术，正是网络技术进步的必然。

3 解析IP网为何不能克服其安全失控

　　IP网存在的安全失控，源于它的机制，故须历行机制创新，方能奏效。

3.1 “IP包”的机制性缺陷

　　（1）网上传递“IP包”，犹如寄送明信片

　　每“IP包”，因兼有“内容”+“地址”(含目的地址和源地址)，故在网上传递时犹如投寄明信片，自我暴露性强。相比之下，邮政服务尚有明信片、平信、挂号信以及特快专递等供用户选择的余地，而IP包的“明信片”传递方式却是千篇一律。

　　（2）“IP包”内的地址码，可被黑客用作索引码

　　鉴于“IP包”内含有目的地址和源地址，故黑客可用“地址过滤器”高效地从网上按选定的地址窃取信息，或对选定的地址（目标）实施攻击。

3.2 IP网立足于“不面向连接”的机制

　　在通信网领域，“面向连接”与“不面向连接”是两种不同的理念和机制。

　　传统的数据通信，习惯上采用“不面向连接”的机制。这种机制，因没有“连接管理”，也没有实时要求，故系统无法实施监控，也无从保障其全程的安全质量。

　　事实上，“不面向连接”的机制，已经受到挑战。例如，RSVP的理念，就是通过沿途预留资源的办法向“准面向连接”靠拢。又如ITU-T Y.130 ICA中间件控制层中的分布对象之间的通信，就必须采用实时面向连接的机制。

　　顺便一提，在34年前的ARPAnet问世之初以及20年前的IP问世之初，当时的传输成本较高，也是造成采用“不面向连接”的背景原因之一。如今，时代背景大变，发达的光通信使传输成本骤降，使采用“面向连接”的呼声走强。3.3 IP网采用“高智能终端+核心网”的机制

　　黑客对服务器、网站等目标实施的攻击，其攻击力来自其“高智能终端”，加之与“核心网”搭配，导致系统无能而黑客猖獗。

3.4 IP网先天不足

　　IP网的初衷，在于联机成网，以开放和协议简单为宗旨。当初，开发者们并不认为需要有一个周密的系统设计。

　　随着时间的推移和人们认识的提高，IP网已被公认为是一种“没有警察的网络”。鉴于IP网原设计者们至今拿不出治本方案，故足以证明他们至今未必弄清问题出在何处，怎能不招致安全失控？

3.5 IP网不含中间件结构层

　　越来越多的人们已经认识到: 含有中间件结构层的网络，可为系统“引智”，并且有“隔离”的功效：（1）引智：可为系统引入管理智能，并借助中间件平台伸向全网。（2）隔离：在引入中间件层的条件下，可形成层间隔离，使“中间件层”可被用来传送控制消息（control messages），必要时还可用来建立信令网，使网内控制消息（含地址码等）与端到端传递的信息内容实现分层传递。

　　综上所述，因IP网存在一系列机制缺陷，故必然导致安全失控。相应地，若要采取根治措施，就必须“对症下药”，创建具有安全保障的机制。

4 从“ARPAnet→IP→ICA”，看网络进化态势

4.1 当年的重大进化——协议进化

　　ARPAnet（Advanced Research PRoject Agency Network），是原始型计算机互联网，由美国国防部倡办，于1969年投入运行。起初，提供科学团体和政府部门试用，当时频繁出现互联不畅，网络时常崩溃。

　　为解决互联畅通问题，Vinton Cerf和Robert Kaln于1974年撰文发表于《IEEE Transaction on Communication》，提出了“在保持ARPAnet结构基本不变的前提下，更新网络协议”的设想，获得同行们的认可。随后，经协力开发，推出TCP/IP，并于1978年被确认可以用来取代ARPAnet协议。

　　到1983年，随着全面实现由ARPAnet协议向Internet TCP/IP协议的过渡，网络迈入了“IP时代”。

　　如上述，ARPANET是Internet的前身。这两者之间，既有继承，又有进化。Internet继承的是ARPAnet（1969年）的结构，这种结构至今已累计沿用了34年。Internet采用TCP/IP确是重大进化，但迄今也有20年光景。IPv6虽然已经有了几年的研究和发展，但至今仍未在大的商用化网络中实用。

　　至今，人们已逐渐认清: 互联网的协议进化是必要的，但有局限性，唯有结构进化才会带来实质性的突破。4.2 新一轮的重大进化：结构进化

　　新一轮的网络进化，今已聚焦于结构进化，旨在重新定义未来网。这是一场比解决互联协议、地址容量、传送速度都要深刻的进化。

4.2.1 为什么一定要实施结构进化

　　安全失控，是ARPAnet的不治之症，并被IP网所继承。ARPAnet到IP网，都只注重于“联”，而并不关注于“管”。而且，此类网络把本应承担的安全责任推向两头：一头推给用户，要由用户自设防火墙以及采取其他安全措施；另一头推给社会，让社会来承受相应的不安宁和负面效应，并承担网络案件的侦破。

　　其实，所有现有的“防火墙”、“加密”等类的安全措施，虽各有一定的功效，但全都是“ 治标不治本”的措施，至今网络依旧脆弱就是证据。因此，治本措施不必受制于Internet结构。特别是包括美国在内的所有国家，至今都没能拿出有效办法来解决互联网的安全失控问题，这证明必须以创新谋出路。

4.2.2 如何实施网络结构进化

　　ITU-T Y.130推荐的ICA结构，已为未来网的结构进化作出了定位，兼备指导性和可操作性。ICA技术及其产品化，将可填补现有空白：凡IP网不可能提供的服务和功能(如建立诚信网络体系)，势必由ICA网来提供和承担。

　　在立足于ICA创建未来网的前提下，尚有一系列开发工作要做。特别是要针对IP网存在安全失控的源头，逐一采取措施，才能获得综合治理的整体效果。

　　ICA虽暂时鲜为人知，但并非突如其来。TINA（Telecommunication Information Networking Architecture）和CORBA（Common Object Request Broker Architecture）等网络软件结构的开发，已于20世纪90年代取得积极成果，受到了ICA开发者们的重视和借鉴。正如Y.130附件1《TINA和ICA》指出： “一个ICA系统可用TINA结构原理来构筑(An ICA system could be built making use of the TINA architecture principles)”。

5 关于ITU-T Y.130 ICA结构

5.1 未来网的三层结构定位

　　ICA所代表的“信息通信”领域内的网络软件结构进化，立足于把未来网规范为三层结构，即：* 应用（application）层；* 中间件（Middleware）层；* 基础件（Baseware）层。

　　为支持应用层所含不同应用的需要，“中间件层”被用来承担和执行控制功能（包括部署网内“智能”的分布），“基础层”被用来承担和执行“传送”功能。

　　ICA对GII（Global Information Infrastructure，全球信息基础设施）的定义，也含有新意，把“中间件层”和“基础层”都划入基础设施范畴。这就使人们认识到：未来网的GII，应兼备控制功能和传送功能。相比之下，现有互联网对于GII的理解，就显得狭隘和过时。按这种旧的GII概念，只能从“传送”概念看到网络存在“速度”瓶颈，却看不到网络还存在“安全失控”瓶颈。

5.2 ICA体现的时代使命

　　ITU-T ICA，以新一代的网络结构技术，缔造新一代的网络，担负着“指导信息通信网络及其服务未来发展”的使命，正如Y.130引言中指出：“The Y.130 outlines an Information Communication Architecture ICA to guide the future development of information communication networks and services”。在Y.130的其余章节中，ICA还被进一步规范为：“ICA是一种功能结构，适用于宽带时代和信息时代的信息通信系统”；“ICA能支持多样化的应用需要，能让用户选择其所需的服务”；“ICA应能实现安全控制”；“ICA要能适应和允许其网络规模、服务和管理能力，从小到大，直至全球规范(global scale)的进化”。可见，ITU-T ICA的开发者们，对ICA网的宏愿是：适应时代需要、容纳全球规模。

5.3 由ICA结构进化带来的功能进化

（1）纵向功能

　　在“应用层”和“基础层”之间，当加入“中间件层”之后，就会起“承上启下”的作用，故能盘活全局。基于ICA机制，就能真正融合各种应用于一网，并使不同的应用分别受到“到位的支持”。

（2）横向功能

　　ICA结构，因含有“中间件层”结构，故能通过建立实时分布处理平台，把控制功能贯通全网，从而落实系统引“智”、为全程全网提供“监+管+控”功能、实现各种网间互联和兼容。

　　在上述的纵向和横向的双重功能的作用下，ICA网与IP网的机制性区别就会呈现出来：ICA网能按需提供质量保障（含安全质量和服务质量），能拥有优良的网络诚信，故能支持优质应用服务；IP网则因无法治理安全失控，只能被用来支持“BE”级的应用服务（如网上休闲娱乐等）。

（3）落实“层”间隔离

　　在采用ICA结构的条件下，就可兑现“控制消息”与“终端用户之间传递的信息”彼此隔离。

6 关于“IP网”与“ICA网”的关系

　　简言之，“IP网”与“ICA网”的关系，是“今天”与“明天”的关系，是一种客观的进化关系。

　　ICA网的开发和实用化，谋求的是为用户以及为社会提供“拥有未来网素质”的网络，并非与IP网在现有层次上竞争。

　　从“IP网”进化到“ICA网”，实际上存在一个过渡期，故并不妨碍继续发展网民，但又给网民一种希望和多一种选择：将可拥有安全保障的网络。特别是“ICA网”可兼容“IP网”，进化将可平稳进行。

7 结语

　　网络进化，颇具时代性。不同的时代，孕育不同的技术，开创不同的局面。

　　新一轮网络进化，已经启动，并已有ITU-T ICA作为指导，体现了立足于网络结构进化创建未来网的必然，进而可望开创一个兼备先进和安宁的网络世界。

　　在ICA结构中，中间件层被给予了高度重视，这是一个重要动向。率先拥有ICA技术、产品和网络的国家和企业，将会成为明天的胜者。愿我国和我国企业迈入领头行列。只有展宽视野，才能把“信息化带动工业化”之路走宽。

----《电信工程技术与标准化》