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软件定义网络(SDN)北向REST接口由于缺少加密、认证和授权管理等安全机制面临严重的安全威胁,且相关研究存在以下三个方面的不足:第一,现有研究缺少针对北向REST类型接口的安全威胁分析和控制器实例测试;第二,现有基于北向接口的攻击方法研究对REST类型接口研究较少;第三,现有北向REST接口授权管理方法粒度较粗,防御能力较弱。针对上述问题,本文以实现SDN北向REST接口安全防御关键技术为研究目标,开展了基于STRIDE模型的安全威胁分析和Floodlight控制器攻击方法研究两项基础研究工作,对安全防御方法的探索指明了防御目标并提供了研究思路。针对两项基础工作中发现的尚未解决的安全威胁,提出了基于细粒度权授权管理的安全防御方法,最后设计与实现原型系统并进行测试。主要工作总结如下:1.提出了基于STRIDE模型的北向REST接口安全威胁分析方法。首先构建了北向REST接口STRIDE威胁模型,从理论上分析了可能存在的6类安全威胁和攻击手段,然后在5类主流控制器上进行测试,验证了实际面临的安全问题,其中缺少授权管理机制是均未解决的安全威胁,为后续防御方法的探索指明了防御目标。2.提出了基于北向REST接口的Floodlight控制器攻击方法。利用Floodlight控制器北向REST接口缺少授权管理的安全威胁,设计了基于REST接口的信息泄露攻击、篡改攻击、拒绝服务攻击和流量劫持攻击,并详细分析了攻击原理,开展了攻击方法验证,展示了攻击造成的严重安全问题,从攻击者的角度对后续防御方法探索提供了思路。3.提出了基于细粒度授权管理的北向REST接口安全防御方法。首先对方法进行概述,然后通过形式化建模对方法中涉及的权限请求、权限检查策略和权限检查等9个基本概念以及访问授权算法、权限检查算法和策略管理算法3种算法进行了详细的描述。该方法由授权管理、访问管理和策略管理三部分组成,实现了接口粒度的安全防御,能够检查第三方应用程序权限申请、实施授权管理、管理访问请求并支持管理员进行策略配置,可有效阻止北向REST接口的越权调用行为。4.设计与实现了基于细粒度授权管理的北向REST接口安全防御系统SDNGuardian,对其进行了功能测试和性能测试。功能测试结果表明:1)系统能够向规定的合法用户提供正常的授权管理服务,且不影响Floodlight控制器的原有功能;2)系统能够对第三章中利用REST接口实施的攻击进行有效防御;3)系统能够对权限组内REST接口组合攻击进行有效防御;4)系统防御能力优于现有北向REST接口授权管理系统。性能测试结果表明:系统对每次接口调用造成的延迟在微秒级别,不影响正常使用。