如今越來越多的企業(yè)開始考慮部署軟件定義網(wǎng)絡（SDN），但是安全問題成為了他們的最大顧慮。企業(yè)希望了解SDN產(chǎn)品是如何確保他們的應用、數(shù)據(jù)和基礎設施免受攻擊的。在引入SDN時必須要制定出能夠確保控制層流量安全的新策略。本文將評估對SDN系統(tǒng)的攻擊途徑，分享一些能夠確保具有SDN功能的虛擬網(wǎng)絡基礎設施安全的方法。此外，本文還將就一些被認為能夠保證SDN部署安全的方法進行探討。
一、SDN攻擊途徑多多
SDN是一種連網(wǎng)方式，為了支持虛擬化其將控制層從轉(zhuǎn)發(fā)層中分離出來。SDN是網(wǎng)絡虛擬化的一個新范式。大部分SDN架構(gòu)模型都有三個層：底層是具有SDN功能的網(wǎng)絡設備，中間層是SDN控制器，上層包括請求或配置SDN的應用與服務。雖然許多SDN系統(tǒng)相對較新，并且仍然沒有走出早期部署者的小圈子，但是可能肯定的是，隨著技術(shù)的不斷成熟，SDN將會被廣泛部署，并將成為攻擊者的目標。
我們預測了幾種對SDN系統(tǒng)的攻擊途徑。SDN的安全顧慮主要集中在對不同SDN架構(gòu)層的攻擊。讓我們看一下每一層可能會發(fā)生的攻擊。下圖展示了一個典型的SDN架構(gòu)和攻擊者可能的方向。
二、對數(shù)據(jù)層（平面）的攻擊
攻擊者可能會將攻擊目標鎖定為網(wǎng)絡中的網(wǎng)元。理論上，攻擊者能夠非法獲取對網(wǎng)絡的物理或虛擬訪問權(quán)，或是威脅到已與SDN連接的主機，然后發(fā)動攻擊破壞網(wǎng)元的穩(wěn)定性。這種攻擊類似于拒絕服務（DoS）攻擊，或是一種企圖攻擊網(wǎng)元的模糊攻擊。
目前控制器與網(wǎng)元之間的通信使用了大量的南向API（應用程序編程接口）和通信協(xié)議。SDN南向通信可能會用到OpenFlow（OF）、Open vSwitch 數(shù)據(jù)庫管理協(xié)議 （OVSDB）、路徑計算單元通信協(xié)議 （PCEP）、路由系統(tǒng)接口（I2RS）、 BGP-LS、OpenStack Neutron、開放管理基礎設施（OMI）、Puppet、Chef、Diameter、Radius、NETCONF、可擴展消息處理現(xiàn)場協(xié)議（XMPP）、定位/標識分離協(xié)議（LISP）、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP）、CLI、嵌入式事件管理器（EEM）、思科onePK、應用中心基礎設施（ACI）、Opflex等協(xié)議。這些協(xié)議各自都有著一些確保與網(wǎng)絡單元通信安全的方法法。盡管如此，許多協(xié)議都非常新，部署者們可能并沒有以最安全的方式設置它們。
攻擊者可以利用這些協(xié)議嘗試著將一些新流實例化至設備的流表中。攻擊者會企圖偽造一些新流，以讓不應當通過網(wǎng)絡的流量被允許通過。盡管流量定向負責指導流量通過防火墻，但如果攻擊者能夠創(chuàng)建一個可繞開流量定向的流，那么攻擊者無疑將獲勝。如果攻擊者能夠控制流量轉(zhuǎn)向自己設定的方向，那么他們可能會嘗試利用這一功能對流量進行嗅探，然后發(fā)動“中間人（MITM）”攻擊。
此外，攻擊者還可以對流進行竊聽，查找到哪些流正在被使用，哪些流量被允許通過網(wǎng)絡。同時他們會嘗試竊聽網(wǎng)元與控制器之間的南向通信。這些信息對于重播攻擊或是偵察都非常有用。
許多SDN系統(tǒng)被部署在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，而數(shù)據(jù)中心則通常使用數(shù)據(jù)中心互聯(lián)協(xié)議（DCI）。這些協(xié)議包括使用基本路由封裝的網(wǎng)絡虛擬化（NVGRE）、無狀態(tài)傳輸通道（STT）、虛擬可擴展局域網(wǎng)（VXLAN）、思科OTV、二層多路徑（L2MP）、基于TRILL的協(xié)議（如思科FabricPath、瞻博QFabric、博科VCS Fabric）、最短路徑橋接（SPB）等協(xié)議。這些協(xié)議有的缺乏身份認證，有的沒有采用加密技術(shù)，因而無法保證數(shù)據(jù)包內(nèi)容的安全。此外一些新協(xié)議由于協(xié)議設計或是廠商和客戶在部署協(xié)議時的方式不當?shù)葐栴}導致存在弱點。攻擊者可以自己偽造流量，并讓它們通過DCI連接或是對DCI連接發(fā)動DoS攻擊。
三、對控制器層的攻擊
SDN控制器肯定是攻擊的目標。攻擊者會出于多種目的對SDN控制器進行攻擊。他們可能會通過偽造發(fā)往網(wǎng)絡設備的北向API信息或是南向信息從而實例化新的流。如果攻擊者能夠成功偽造來自合法控制器的流，那么將能夠隨心所欲地讓流量通過SDN，并可能繞開為確保安全所制定的策略。
攻擊者可能會嘗試對控制器發(fā)動DoS攻擊，或是使用其他方法使控制器發(fā)生故障。此外，攻擊者還會嘗試對控制器發(fā)動一些資源消耗型攻擊，以癱瘓控制器，讓控制器反應遲鈍并降低它們發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的速度。
很多時候，SDN控制器是運行在在某種Linux操作系統(tǒng)上的。如果SDN控制器是在通用操作系統(tǒng)上運行，那么該操作系統(tǒng)的弱點就是控制器的弱點。通常控制器使用的都是默認密碼，且沒有對安全設置進行配置，SDN工程師往往只讓這些控制器能工作就行，由于擔心搞壞它們，SDN工程師往往不愿意去碰它們，這會導致最終產(chǎn)品很脆弱。
最后，如果攻擊者創(chuàng)建了自己的控制器，并讓單元信任那些來自“流氓”控制器的流，那么情況將非常糟糕。攻擊者隨后可以在網(wǎng)元的流表中創(chuàng)建條目，如此一來SDN工程師將無法在控制器中發(fā)現(xiàn)這些流。如此一來，攻擊者將會徹底控制網(wǎng)絡。
四、對SDN層的攻擊
對北向協(xié)議進行攻擊可能也是一條途徑。目前SDN控制器也在使用許多北向API。北向API通常使用Python、Java、C、REST、XML、JSON等語言。如果攻擊者能夠利用北向API的弱點，那么他們將可通過控制器控制整個SDN網(wǎng)絡。如果控制器對北向API缺乏安全防護措施，那么攻擊者則可創(chuàng)建他們自己的SDN策略，并從而獲得SDN環(huán)境的控制權(quán)。
很多時候，REST API使用的都是默認密碼，這個細節(jié)至關(guān)重要。如果SDN部署沒有修改默認密碼，那么攻擊者則能夠創(chuàng)建針對控制器管理接口的數(shù)據(jù)包，隨后可以查詢到SDN環(huán)境的配置并修改成自己的配置。
五、 如何提升SDN系統(tǒng)的安全性？
隨著SDN的部署，確保控制平面流量的安全性需要新的做法。在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡中，控制平面的安全是以路由協(xié)議安全措施的形式得以保證的，這包括使用針對EIGRP、IS-IS或OSPFv2的 MD5（信息摘要算法5）加密技術(shù)，或針對OSPFv3的IPsec AH，或針對MP-BGP的GTSM/ACL/密碼。然而一些人甚至DPI沒有使用這些針對傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡的簡單技術(shù)。如果他們在部署SDN時依然以同樣的態(tài)度漠視安全，那么無疑會讓機構(gòu)暴露在攻擊危險之中。下面讓我們來看下如何通過強化上述三個層面的安全來確保整個SDN系統(tǒng)的安全。
六、 確保數(shù)據(jù)平面安全
典型的SDN系統(tǒng)通常使用的是x86處理器和TLS（前身為SSL）保護控制平面安全。這些使用已久的HTTP會話易于遭受危及數(shù)據(jù)平面安全的攻擊。機構(gòu)應當使用TLS來認證和加密網(wǎng)絡設備端與控制器之間的流量。使用TLS可幫助驗證控制器和網(wǎng)絡設備/SDN端，防止竊聽和偽造南向通信。
根據(jù)所使用南向協(xié)議的不同類型，確保南向通信的安全有許多種選擇。一些協(xié)議可像之前所說的那樣應用到TLS對話。一些協(xié)議可使用共享密鑰和/或隨機密碼阻止重播攻擊。SNMPv3協(xié)議遠勝SNMPv2c，SSH遠勝于Telnet。一些專有南向協(xié)議可能有著自己的方法阻止攻擊者的竊聽和偽造行為。
同樣，根據(jù)所使用的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）協(xié)議，認證隧道端點和保護隧道流量安全方面也有著不同的配置選項。密碼/共享密鑰同樣是一種選擇。盡管如此，部分DCI協(xié)議可能沒有任何安全選項。
有的機構(gòu)可能會認為專用網(wǎng)絡具有一些與生俱來的安全特性。但是隨著機構(gòu)將虛擬網(wǎng)絡和SDN擴展至云服務和遠程數(shù)據(jù)中心上，對物理路徑進行驗證可能并非易事。當機構(gòu)用戶控制著物理訪問權(quán)時，阻止未經(jīng)授權(quán)的訪問更為容易，但是隨著網(wǎng)絡的虛擬化，實際的物理路徑正變得越來越模糊，使得保護自己無法看見的東西的安全變得非常困難。
七、確保控制器層安全
控制器是一個關(guān)鍵的攻擊目標，因此必須要強化其安全。提升控制器和網(wǎng)元的安全通常需要強化主機操作系統(tǒng)的安全性。所有關(guān)于提升面向公公共Linux服務器安全性的最佳實踐都非常適用。此外，機構(gòu)仍然需要嚴密監(jiān)視其控制器，防范任何可疑行為。
機構(gòu)還需要阻止對SDN控制網(wǎng)絡的非授權(quán)訪問。SDN系統(tǒng)應當考慮到安全配置，并驗證訪問控制器的管理員。對于控制器管理員來說，基于角色的訪問控制（RBAC）策略可能是必須的。記錄和檢查跟蹤對于查找由管理員或攻擊者所做出的非授權(quán)修改非常有用。
如果出現(xiàn)了針對控制器的DoS攻擊，高可用性（HA）控制器架構(gòu)可有效應對這類攻擊。使用冗余控制器的SDN可承受一個控制器的損失并繼續(xù)工作。這相當于提升了攻擊者對系統(tǒng)中所有控制器發(fā)動DoS攻擊的門檻。雖然這種攻擊是無法隱藏的，但是我們無法察覺攻擊者的下一個目標。
八、確保SDN層安全
另一個保護措施是使用針對控制流量的帶外（OOB）網(wǎng)絡。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)創(chuàng)建一個OOB網(wǎng)絡比在整個企業(yè)廣域網(wǎng)中創(chuàng)建一個OOB網(wǎng)絡要容易且成本較低。使用北向和南向通信專用OOB網(wǎng)絡可幫助確保控制器管理協(xié)議的安全。
使用TLS或SSH等方式確保北向通信和控制器管理的安全被認為是最佳實踐。來自應用的通信以及由控制器發(fā)起的請求服務或數(shù)據(jù)服務應當通過認證和加密方式確保安全。
針對所有請求SDN資源的北向應用的安全代碼也應當是一個最佳實踐。安全代碼實踐不僅有利用確保面向公眾的互聯(lián)網(wǎng)應用安全，而且還適用于北向SDN連接。
部分SDN系統(tǒng)能夠檢驗網(wǎng)絡設備表單中的流是否違反控制器策略。這類檢查（類似FlowChecker）能夠幫助識別出正常流與攻擊流之間的差別。
九、 結(jié)束語
我們僅能夠預測哪些攻擊者可能會將SDN變?yōu)楣裟繕恕２渴稹f(xié)議、控制器軟件都是新的，以往對SDN發(fā)動的攻擊也還不為人知。根據(jù)SDN架構(gòu)，我們能夠預測出攻擊者可能會發(fā)動進攻的地方。如果我們站在攻擊者的角度考慮問題，我們應該能夠找到SDN網(wǎng)絡的弱點，并可提前提升其安全性。
在SDN部署項目之前，用戶應當在早期設計階段就考慮如何確保系統(tǒng)安全。不要將安全問題留到最后收尾階段再著手解決，否則可能會追悔莫及。
