基于SSL VPN 技術(shù)的信息平臺(tái)搭建

顏雪峰 翟雅萌 武淵博

近年來(lái)，隨著鐵路通信承載網(wǎng)的建設(shè)，用于日常辦公、檢修、維護(hù)和生產(chǎn)的信息平臺(tái)建設(shè)也在同步跟進(jìn)，紙質(zhì)工作方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒幚矸绞剑瑥亩岣吡斯芾硇剩档土斯芾沓杀尽５捎阼F路單位部門(mén)紛雜，接入網(wǎng)絡(luò)的終端數(shù)量繁多，不同部門(mén)的信息平臺(tái)數(shù)據(jù)交互極易引發(fā)信息安全事故。為此，采用SSL VPN 技術(shù)，將不同信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)分隔在各自的VPN（虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)）中，互不干擾，實(shí)現(xiàn)低成本的網(wǎng)絡(luò)安全控制。

1 SSL VPN 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

VPN 可在既有通信承載網(wǎng)的基礎(chǔ)上搭建。在鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，原本需要單獨(dú)組網(wǎng)的重要業(yè)務(wù)，如CTC、TDCS、視頻監(jiān)控、電力牽引遠(yuǎn)動(dòng)等系統(tǒng)，通過(guò)VPN 技術(shù)可以安全、高效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，大大減少了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

按照協(xié)議來(lái)劃分，VPN 技術(shù)可以分為PPTP、L2TP、IPSec 和SSL 等 多 種。其 中，PPTP 和L2TP 工作在OSI 網(wǎng)絡(luò)模型的第二層，用戶(hù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層被封裝，因此被稱(chēng)為二層鏈路協(xié)議。IPSec 工作在網(wǎng)絡(luò)層，通過(guò)包封裝技術(shù)封裝內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的IP 地址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的互通。但PPTP、L2TP、IPSec 在不同程度上都要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重新配置數(shù)據(jù)，不便于維護(hù)。而采用SSL 實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用層VPN 可以避免上述問(wèn)題的發(fā)生。

SSL（安全套接字層）協(xié)議是一種傳輸層網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，采用公開(kāi)密鑰，以保證網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端（辦公電腦）訪問(wèn)服務(wù)器端時(shí)的通信保密性和可靠性。SSL一般分為握手、修改密碼規(guī)范和警報(bào)3 個(gè)子協(xié)議。其中，握手協(xié)議是保障信息傳送安全的關(guān)鍵部分。

握手協(xié)議需要經(jīng)過(guò)3 個(gè)步驟，也就是SSL 的3 次握手。

第1次握手：客戶(hù)端生成隨機(jī)數(shù)，并攜帶協(xié)議版本號(hào)、加密方式等參數(shù)向服務(wù)器發(fā)送hello 請(qǐng)求，服務(wù)器判斷協(xié)議版本號(hào)及加密方式是否可用，如果驗(yàn)證通過(guò)，則進(jìn)行第2次握手，否則握手過(guò)程終止。

第2 次握手：服務(wù)器生成第2 個(gè)隨機(jī)數(shù)，攜帶CA 證書(shū)發(fā)送給客戶(hù)端，等待客戶(hù)端驗(yàn)證。

第3 次握手：客戶(hù)端生成第3 個(gè)隨機(jī)數(shù)，使用CA 證書(shū)中的公鑰進(jìn)行加密，同時(shí)發(fā)送前2 次信息摘要，由服務(wù)器再次驗(yàn)證。服務(wù)器用私鑰進(jìn)行解密，生成雙方的對(duì)話(huà)密鑰。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SSL VPN 是一種基于SSL 協(xié)議的VPN 實(shí)現(xiàn)，VPN 的安全性和獨(dú)立性依賴(lài)于包封裝技術(shù)，利用SSL 協(xié)議加密算法和身份認(rèn)證，構(gòu)建安全的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。SSL VPN 通過(guò)一個(gè)實(shí)體設(shè)備（即SSL VPN 服務(wù)器）和客戶(hù)端軟件配合來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。客戶(hù)端軟件安裝在用戶(hù)PC 上，由VPN 客戶(hù)端模塊與會(huì)話(huà)轉(zhuǎn)發(fā)模塊組成；服務(wù)器由安全隧道處理、身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制和VPN 安全管理等4 個(gè)模塊組成。防火墻在SSL VPN 網(wǎng)絡(luò)中無(wú)差別地將來(lái)自辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至SSL VPN 服務(wù)器進(jìn)行處理或鑒權(quán)，然后將來(lái)自SSL VPN 服務(wù)器認(rèn)證授權(quán)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)的信息平臺(tái)服務(wù)器。SSL VPN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 SSL VPN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

SSL VPN 服務(wù)器工作過(guò)程：客戶(hù)端（辦公電腦主機(jī)）向SSL VPN 服務(wù)器發(fā)送http 請(qǐng)求；SSL VPN 服務(wù)器驗(yàn)證客戶(hù)端發(fā)送的身份信息以及證書(shū)，通過(guò)SSL 協(xié)議的握手創(chuàng)建SSL 安全隧道；認(rèn)證模塊成功確認(rèn)客戶(hù)端身份后，生成全局唯一的不可逆的cookie，并將其發(fā)送給訪問(wèn)控制模塊；訪問(wèn)控制模塊根據(jù)用戶(hù)的角色權(quán)限給用戶(hù)分配可訪問(wèn)服務(wù)列表，客戶(hù)端據(jù)此可以訪問(wèn)相應(yīng)的信息平臺(tái)；客戶(hù)端訪問(wèn)信息平臺(tái)內(nèi)容，SSL VPN 服務(wù)器通過(guò)鑒權(quán)認(rèn)證等方式建立安全透明的隧道，并把信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)定向發(fā)送到客戶(hù)端電腦。

3 平臺(tái)開(kāi)發(fā)

3.1 平臺(tái)布設(shè)

在鐵路承載網(wǎng)中搭建信息平臺(tái)時(shí)，需要解決以下問(wèn)題：信息平臺(tái)服務(wù)器設(shè)置在哪里，如何確定哪些用戶(hù)、部門(mén)可以訪問(wèn)這個(gè)信息平臺(tái)，如何防止非法用戶(hù)訪問(wèn)等。

首先，信息平臺(tái)服務(wù)器可以放置在承載網(wǎng)覆蓋的任何位置，即有辦公網(wǎng)電腦的地方都可以安裝信息平臺(tái)服務(wù)器，因?yàn)樾畔⑵脚_(tái)的部署不改變既有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)配置；其次，為了靈活控制信息平臺(tái)訪問(wèn)權(quán)限，信息平臺(tái)與辦公承載網(wǎng)之間應(yīng)設(shè)置一個(gè)網(wǎng)關(guān)（防火墻），進(jìn)行流量控制、路由策略等；最后，在網(wǎng)關(guān)下設(shè)置SSL VPN 服務(wù)器，并在網(wǎng)關(guān)上設(shè)置路由策略，使訪問(wèn)信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)先進(jìn)入SSL VPN 服務(wù)器建 立SSL 連 接，由SSL VPN 服務(wù)器代理訪問(wèn)信息平臺(tái)。

用戶(hù)登錄VPN 客戶(hù)端，輸入預(yù)先分配好的賬戶(hù)，SSL VPN 服務(wù)器收到請(qǐng)求后驗(yàn)證賬戶(hù)，建立與賬戶(hù)對(duì)應(yīng)的信息平臺(tái)服務(wù)器與客戶(hù)端主機(jī)之間的安全隧道。而非法用戶(hù)沒(méi)有SSL VPN 賬戶(hù)，則無(wú)法登錄信息平臺(tái)，其數(shù)據(jù)包被阻擋在防火墻和SSL VPN 服務(wù)器之間，無(wú)法進(jìn)入信息平臺(tái)服務(wù)器所在的網(wǎng)絡(luò)，從而保證了安全性。

信息平臺(tái)的開(kāi)發(fā)是隨著鐵路通信基礎(chǔ)網(wǎng)建設(shè)逐步發(fā)展起來(lái)的。日常辦公、檢修等工作的信息化、電子化能夠極大地簡(jiǎn)化工作流程，提升工作效率，節(jié)省大量紙張。為此，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)硬件建立信息平臺(tái)，包括生產(chǎn)信息平臺(tái)、人力資源管理平臺(tái)、干部考評(píng)平臺(tái)、材料計(jì)劃審核平臺(tái)等。這些平臺(tái)采用B/S 架構(gòu)，在各個(gè)班組和部門(mén)的辦公電腦上安裝客戶(hù)端，在服務(wù)器上設(shè)置SSL VPN 服務(wù)器和防火墻，保證職工訪問(wèn)不同的信息平臺(tái)時(shí)進(jìn)入不同的VPN，以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。

3.2 軟件開(kāi)發(fā)

信息平臺(tái)的軟件部分一般可以統(tǒng)稱(chēng)為Web應(yīng)用，也就是根據(jù)實(shí)際需求自行開(kāi)發(fā)的軟件程序。Web 應(yīng)用的技術(shù)棧相對(duì)復(fù)雜，且不斷迭代，根據(jù)規(guī)范要求，Web 應(yīng)用應(yīng)當(dāng)采取統(tǒng)一的架構(gòu)和技術(shù)。以常見(jiàn)的前后端分離的Web 應(yīng)用來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的Web 應(yīng)用程序分為前端程序、后端程序和數(shù)據(jù)庫(kù)3 個(gè)部分。例如，前端采用Layui+EasyUI+x-admin 框架生成網(wǎng)頁(yè)樣式，再配合原生的Html+Jquery+Ajax 編寫(xiě)網(wǎng)頁(yè)界面；在可視化展示中，使用echarts、V-data 等開(kāi)源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)統(tǒng)計(jì)圖表顯示。后端采用Asp.Net 技術(shù)族群中的Framework 和Core框架，包括En?tity Framework Core 等ORM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的編寫(xiě)。數(shù)據(jù)庫(kù)主要使用Sql Server 和Redis。Web 應(yīng)用的技術(shù)棧舉例見(jiàn)圖2。

圖2 Web 應(yīng)用的技術(shù)棧舉例

Web 應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)分為：需求調(diào)研、技術(shù)預(yù)研、架構(gòu)分析、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、部署、試運(yùn)行和正式上線(xiàn)幾個(gè)階段。實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用戶(hù)的需求會(huì)隨著程序應(yīng)用不斷擴(kuò)展，技術(shù)棧的演替也時(shí)有發(fā)生，技術(shù)預(yù)研可能伴隨開(kāi)發(fā)工作進(jìn)行，因此開(kāi)發(fā)流程的控制要從實(shí)際出發(fā)，不必局限于預(yù)定流程或思路，隨時(shí)調(diào)整開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。

開(kāi)發(fā)鐵路部門(mén)日常辦公或生產(chǎn)的Web 應(yīng)用，開(kāi)發(fā)模式應(yīng)以快速開(kāi)發(fā)和迭代開(kāi)發(fā)為主，邊開(kāi)發(fā)、邊調(diào)研，開(kāi)發(fā)流程如下。

1）在完成需求調(diào)研之后，應(yīng)確定Web 應(yīng)用整體的視覺(jué)觀感，也就是前端頁(yè)面的外觀、顏色、控件的整體風(fēng)格等，可以自行設(shè)計(jì)，也可以下載和使用layui、easyui 等開(kāi)源的前端頁(yè)面框架來(lái)完成。

2） 設(shè)計(jì)功能交互，即Web 應(yīng)用具體的功能實(shí)現(xiàn)。首先，將用戶(hù)提出的抽象需求轉(zhuǎn)換成網(wǎng)頁(yè)交互的設(shè)計(jì)語(yǔ)言；其次，使用規(guī)范的網(wǎng)頁(yè)控件實(shí)現(xiàn)前端的交互；最后，分析需要傳遞給后端程序處理的數(shù)據(jù)。

3） Web 應(yīng)用的后端程序主要用于處理數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)，處理前端發(fā)送的請(qǐng)求等，這部分是最核心的開(kāi)發(fā)工作。

信息平臺(tái)開(kāi)發(fā)后需進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試無(wú)誤后即可進(jìn)入部署和試運(yùn)行階段。

3.3 硬件配置

選擇服務(wù)器時(shí)應(yīng)在保證性能的前提下盡可能地節(jié)省成本。由于信息平臺(tái)僅在本單位內(nèi)部使用，一般配置常用的辦公電腦即可。本文選擇的服務(wù)器配置為：CPU I5-4210M；4 GB內(nèi)存；500 GB硬盤(pán)。

Web 應(yīng)用的部署受限于開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的電腦語(yǔ)言和編譯環(huán)境，例如使用java 語(yǔ)言編寫(xiě)的Web應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)部署，也就是不限于信息平臺(tái)服務(wù)器的操作系統(tǒng)種類(lèi)，可以部署在linux 系統(tǒng)下，也可以部署在windows 系統(tǒng)下。但如果采用C#語(yǔ)言，則只能部署在windows 自帶的IIS 服務(wù)器下。

以C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的Web 應(yīng)用為例，部署步驟：在服務(wù)器上安裝sqlserver 數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)原始表格；將編譯完成后的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用下載到指定的路徑下，安裝windows 自帶的IIS 服務(wù)器；打開(kāi)IIS 服務(wù)器管理界面，設(shè)置好已經(jīng)編譯完成的程序路徑，啟動(dòng)IIS 服務(wù)器即可。

信息平臺(tái)搭建完成后，用辦公網(wǎng)內(nèi)另一臺(tái)電腦進(jìn)行測(cè)試，能夠正常訪問(wèn)則可以將此信息平臺(tái)移入SSL VPN 網(wǎng)絡(luò)中。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，SSL VPN 能夠在應(yīng)用層面上對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息、特定的服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。客戶(hù)端電腦與信息平臺(tái)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)包通過(guò)SSL 協(xié)議加密，可以有效防止被竊聽(tīng)或抓包，保證了客戶(hù)端電腦的數(shù)據(jù)安全。非法用戶(hù)也不能繞開(kāi)實(shí)體防火墻直接訪問(wèn)信息平臺(tái)服務(wù)器，保證了信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)安全。在網(wǎng)絡(luò)層面上，與其他VPN 技術(shù)相比，SSL VPN 不改變既有的網(wǎng)絡(luò)配置，實(shí)現(xiàn)了低成本的私有專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，且能夠保證較高的安全性，滿(mǎn)足鐵路部門(mén)日常工作中的信息化需求；采用.net core 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)迭代開(kāi)發(fā)，快速搭建安全穩(wěn)定、立足時(shí)效性的輕量級(jí)信息平臺(tái)。SSL VPN 技術(shù)可以為信息平臺(tái)的搭建提供簡(jiǎn)易、可靠的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全形勢(shì)。