基于安全策略的负载感知动态调度机制

针对软件定义网络（SDN）网络控制器流规则篡改攻击等单点脆弱性威胁,传统安全解决方案如备份、容错机制等存在被动防御缺陷,无法从根本上解决控制层安全问题。结合目前移动目标防御、网络空间拟态防御等主动防御技术研究现状,提出一种基于异构冗余结构的动态安全调度机制。建立控制器执行体与调度体调度模型,根据系统攻击异常、异构度等指标,以安全性为原则设计动态调度策略;同时考虑系统负载因素,通过设计调度算法LA-SSA将调度问题转化为动态双目标优化问题,以实现优化的调度方案。仿真结果表明,对比静态结构,动态调度机制在累积异常值、输出安全率等指标上有明显优势,说明安全调度机制中的动态性与多样性能够显著提高系统抵御攻击能力,LA-SSA机制负载方差较安全优先调度更平稳,在实现安全调度的同时避免了负载失衡问题,验证了安全调度机制的有效性。     

基于OpenDayLight的恶意扫描防护技术

针对分布式拒绝服务（DDoS）攻击难以在危害产生之前被检测和防御的问题,提出了一种基于软件定义网络（SDN）的面向恶意扫描的控制层实时防护机制。首先,分析了SDN相比传统网络在网络层防护技术上的优势;其次,针对网络攻击手段——恶意扫描,提出了面向恶意扫描的控制层实时防护机制,该机制在SDN集中控制式架构的基础上,充分利用OpenDayLight （ODL）控制器所提供的表述性状态传递（REST）应用程序编程接口（API）开发外部应用,实现了对底层交换机端口的检测、判定、防护三个环节;最后,对给出的方案在ODL平台上进行了编程实现,并实验测试了恶意扫描的检测防御方案。实验结果表明：当有端口正在对网络进行恶意扫描时,面向恶意扫描的控制层实时防护机制可以及时禁用该端口,实时起到对恶意扫描攻击的防护作用,进而在分布式拒绝服务攻击当中具有破坏性的行为还未开始时就对其进行了预防。     

SDN多控制器共识机制研究综述

【背景】伴随着区块链逐渐应用于新一代互联网络的域名、路由、公钥等基础设施,其重要性日益彰显。作为区块链以及整个分布式系统领域的核心技术,共识机制直接影响着区块链的处理能力、可扩展性及安全性,也影响着其在互联网基础设施中的根基。【目的】对软件定义网络SDN(Software Defined Network)中用于实现多控制器之间数据共享的共识机制设计进行综述,分析当前设计中存在的问题并提出解决方案,为相关研究工作提供参考。【方法】本文首先对共识机制的研究现状进行了概述,然后重点对SDN多控制器共识机制设计的研究现状进行了综述,对其中存在的问题进行了分析,并基于区块链技术提出了解决方案,介绍了当前将区块链技术应用于SDN网络的研究现状。【结果】当前SDN多控制器共识机制在实际部署中多采用以Raft为代表的宕机容错类共识机制,无法应对控制器或交换机等恶意行为,现有研究尝试引入拜占庭容错类共识解决该问题,并针对共识机制在SDN网络中的应用进行自适应设计以提高系统运行性能,但当前的SDN控制层中的用于实现控制器间数据共享的共识机制设计仍存在着共识网络部署不灵活、控制器运行共识机制带来巨大开销方面的问题。【结论】本文提出的基于区块链的控制器层数据共享第三方服务具有安全、可信、部署灵活等方面的优势,可为上述问题提供解决方案。本文提出的基于区块链的SDN网络可信基础设施作为数据共享服务的扩展架构,可为SDN提供多种安全可信服务。     

基于端口跳变的SDN网络DoS防御技术

端口跳变是移动目标防御典型技术,通过持续改变服务端口来隐藏服务标识和迷惑攻击者。利用SDN网络逻辑集中控制与网络可编程特性,提出基于端口跳变的SDN网络防御技术,使用SDN控制器承担服务端的端口跳变功能,不但可减轻服务端负载,且可提前检测过滤恶意数据包,并能抵御内部攻击者。理论分析与实验结果表明,所提技术对SDN控制器负载增加较少,可有效抵御DoS攻击。     

基于Renyi熵的SDN自主防护系统

针对SDN架构下的常见网络异常行为，提出了一套基于Renyi熵的SDN自主防护系统，该系统可实现网络异常行为检测、诊断及防御。系统无须引入第三方测量设备，直接利用OpenFlow交换机流表信息。首先，通过计算和检测特征熵值，实现异常网络行为的检测。然后，进一步分析OpenFlow流表信息，实现异常行为的诊断。最后，实施防御控制措施，建立一套黑名单机制，将产生异常行为的主机加入黑名单，并阻塞相应的异常流量。为了验证系统的有效性，在Floodlight控制器上开发了原型。Mininet上的仿真实验表明，系统能够有效检测、诊断及防御网络中常见的异常行为，且具有较低的部署成本，增强了SDN的安全性。     

基于OpenFlow的软件定义网络虚拟化方案

软件定义网络(SDN)可以将网络控制平面与数据平面分离开来,为网络虚拟化提供了良好的平台。为了解决SDN中多租户下的虚拟化,提出了一种基于OpenFlow的网络虚拟化方案。通过一个中间代理来转换并匹配物理MAC地址与虚拟MAC地址,以及物理流表项和虚拟流表项,以此实现流量空间的虚拟化。其中,根据实际数据包的惰性计算,使用前缀或通配符来精确匹配流表项。另外,为了保障物理OpenFlow网络上不同租户之间的隔离,将单个虚拟MAC-通配符流表项映射为多个具有精确MAC地址的物理流表项。实验结果表明,该方案成功的实现了网络虚拟化,且虚拟化开销较小,具有可行性。     

OpenFlow交换机流表溢出缓解技术研究综述

软件定义网络的转发控制分离、集中控制、开放接口等特性使网络变得灵活可控,其架构得到了充分的发展.由于与各种云化业务的良好结合,软件定义网络(software defined networking,SDN)在近些年来得到了大量的商业部署.在基于OpenFlow的SDN架构中,为了实现流表项的快速查找、掩码匹配等目标,商业部署的硬件交换机大多使用三态内容寻址存储器(ternary content addressable memory,TCAM)来存储控制器下发的流表项.但受限于TCAM的容量和价格,目前商用OpenFlow交换机至多能支持存储数万条流表项,导致其存在因突发流和流表攻击等原因而产生流表溢出问题,严重影响了网络性能.因此,如何建立高效的流表溢出缓解机制引起了研究人员的广泛关注.首先对OpenFlow交换机流表溢出问题产生的原因及其影响进行了分析,在此基础上按照流量突发和攻击行为2种情况归纳对比了流表溢出缓解技术的研究现状,总结分析了现有研究存在的问题与不足,并展望了未来的发展方向和面临的挑战.     

软件定义网络:安全模型、机制及研究进展

软件定义网络(software defined networking,简称SDN)初步实现了网络控制面与数据面分离的思想,然而在提供高度开放性和可编程性的同时,网络自身也面临着诸多安全问题,从而限制了SDN在很多场景下的大规模部署和应用.首先对SDN的架构和安全模型进行分析;其次,从"SDN特有/非特有的典型安全问题"和"SDN各层/接口面临的安全威胁"两方面,对SDN中存在的典型安全威胁和安全问题进行分析和归纳;随后从6个方面对现有SDN安全问题的主要解决思路及其最新研究进展分别进行探讨,包括SDN安全控制器的开发、控制器可组合安全模块库的开发和部署、控制器Do S/DDo S攻击防御方法、流规则的合法性和一致性检测、北向接口的安全性和应用程序安全性;最后对SDN安全方面的标准化工作进行了简要分析,并对SDN安全方面未来的研究趋势进行了展望.     

一种用于路径配置的SDN拟态防御架构

提出了一种支撑多路径负载均衡配置的SDN拟态防御架构,首先,针对以往强化学习方法的状态空间狭小,难以提取人工特征性等问题,利用深度强化学习方法,结合网络链路负载和流量特征,进行多路径的自适应配置,以确保网络服务的负载均衡。而后,将动态异构冗余架构引入SDN控制层,来确保生成的路径配置信息准确性,并利用Openflow中的packet_in消息进行数据转发路径效验机制的设计,由此建构SDN拟态防御架构;最后,通过仿真对比实验得出SDN拟态防御框架下的失效概率始终处于稳定的低位状态的结论,可见安全防御性能更优。     

软件定义网络中的异常流量检测研究进展

软件定义网络(software defined networking,简称SDN)是一种新型的网络架构.SDN将控制层从数据层分离并开放网络接口,以实现网络集中控制并提高网络的可扩展性和编程性.但是SDN也面临诸多的网络安全威胁.异常流量检测技术可以保护网络安全,防御恶意流量攻击.对SDN异常流量检测进行了全面的研究,归纳了数据平面和控制平面可能遭受到的网络攻击;介绍并分析了位于应用平面、控制平面和中间平台的异常流量检测框架;探讨了异常流量识别机制、负载均衡机制、异常流量追溯机制和异常缓解机制;最后指明SDN异常流量检测在未来工作中的研究方向.     

基于API调用管理的SDN应用层DDoS攻击防御机制

软件定义网络(SDN,software defined network)针对北向接口安全研究少,加之缺乏严格的访问控制、身份认证及异常调用检测等机制,导致攻击者有机会开发恶意的应用程序,造成北向应用程序接口(API,application programming interface)的滥用,不利于SDN的全面推广.针对...     

Flow consistency in an intensive SDN security architecture with multiple controllers

As critical components in SDN,controllers are prone to suffer from a series of potential attacks which result in system crashes.To prevent the compromise caused by single failure of controller or flow-tampering attacks,Mcad-SA,an aware decision-making security architecture with multiple controllers was proposed,which coordinates heterogeneous controllers internally as an“associated”controller.This architecture extends existing control plane and takes advantage of various controllers’merits to improve the difficulty and cost of probes and attacks from attackers.In this framework,flow rules distributed to switches are no longer relying on a single controller but according to the vote results from the majority of controllers,which significantly enhances the reliability of flow rules.As to the vote process of flow rules,segmentation and grading is adopted to pick up the most trustful one from multiple flow rules and implement flow consistency.This mechanism avoids comparison between rules via bit by bit which is impractical among several controllers.Theory analysis and simulation results demonstrates the effectiveness,availability and resilience of the proposed methods and their better security gain over general SDN architectures.     

面向SDN的移动目标防御技术研究进展

软件定义网络是基于开放标准的灵活架构,通过控制层管理网络功能和服务,具有控转分离、集中控制的特性;移动目标防御技术致力于构建一个不断变换的环境以提高网络系统的视在不确定性,需要灵活可定制、集中可控制的网络架构加以实施,因此将移动目标防御与软件定义网络相结合已成为更具应用价值研究热点。首先,分别介绍了软件定义网络和移动目标防御的基本概念,概括了软件定义网络所面临的安全威胁,阐述了面向SDN的移动目标防御的实现模型;其次,分别从SDN数据层、控制层和应用层归纳了移动目标防御的技术方法;最后,总结了现有SDN动态防御面临的挑战,对面向SDN的移动目标防御技术发展方向进行了展望。     

软件定义网络可信连接设计与实现

软件定义网络（software defined networking,SDN）将控制层和数据转发层分离,由控制层对数据转发层进行统一管理。目前控制层及数据转发层设备间完整性认证机制尚不完善,若平台完整性损坏的设备接入网络,会给整个SDN网络带来严重的安全问题。为确保双方设备在完整可信的前提下建立连接,进而在源头上保障设备安全、网络可信,提出了一种新的SDN可信连接方案。该方案以可信网络远程设备认证技术为基础,利用可信平台模块作为可信支撑,在SDN数据转发设备与控制器的连接过程中添加完整性认证环节。测试分析表明,该方案有效可行,符合实际应用。     

基于OpenFlow的SDN网络攻防方法综述

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)的控制与转发分离、统一配置管理的特性使其网络部署的灵活性、网络管理的动态性以及网络传输的高效性均有大幅提升,但是其安全性方面的问题却比较突出。综述了基于OpenFlow的SDN在安全方面的研究现状,首先根据SDN的三层架构分析了其脆弱性,介绍SDN不同平面面临的安全威胁,并根据网络攻击的流程来介绍当前主要的攻击手段,包括目标网络探测、伪造欺骗实现网络接入以及拒绝服务攻击和信息窃取;其次,针对不同攻击环节,分别从探测阻断、系统加固、攻击防护3个方面对当前主要的防御手段进行论述;最后,从SDN潜在的攻击手段和可能的防御方法两方面来探讨未来SDN安全的研究趋势。     

基于博弈的异构控制器云安全策略研究

在软件定义数据中心网络的控制层采用多个异构控制器是提升其安全的一种有效方式。针对网络不同安全需求下控制器的部署策略问题,提出了一种博弈模型。具体地,首先,利用博弈论知识刻画了攻防博弈模型,求解纳什均衡,进而指导设计安全策略;其次,在均衡基础上分析攻防策略行为对控制层安全状态的影响;最后,仿真结果表明提出的均衡策略的有效性,并描述了攻防策略交互的动态性。