BGP 协议：维系全球互联网的“信任链”与潜在风险

引言

在数字时代，互联网已成为我们生活不可或缺的一部分，它承载着信息流动、商业交易和全球互联。支撑这一庞大网络的基石之一便是边界网关协议（Border Gateway Protocol，简称BGP）。BGP被誉为全球互联网的"信任链"，它负责在数以万计的自治系统（Autonomous System，简称AS）之间交换路由信息，确保数据包能够准确无误地抵达目的地。然而，BGP协议在设计之初并未充分考虑安全性，其基于"信任"的机制也埋下了潜在的风险，如路由劫持和路由泄露等，这些安全隐患可能导致大面积网络中断，甚至影响国家安全和经济稳定。

一、BGP协议：互联网的"邮政服务"与核心

BGP，全称边界网关协议，是互联网的路由协议。它就像互联网的"邮政服务"，负责选择最高效的路线来传递互联网流量¹。当用户发送数据时，BGP会寻找数据传播的所有可用路径，并选择最佳路由，这通常意味着在不同的自治系统之间跳跃¹。

1.1 自治系统（AS）：互联网的基本构成单位

互联网并非一个单一的巨型网络，而是由成千上万个更小的网络组成，这些网络被称为"自治系统"（Autonomous System，简称AS）¹。每个AS实际上是由单一组织运营的一个大型路由器池，例如大型互联网服务提供商（ISP）、内容提供商、云服务提供商、大型企业或教育机构等²³。每个AS都被分配一个全球唯一的编号，称为AS号⁴³。目前全球有超过18万个AS，它们通过BGP协议相互连接，共同构建了我们庞大的互联网²。

1.2 BGP：域间路由协议的基石

AS内部的路由器负责将出站流量路由到该自治系统，然后使用BGP路由将这些流量传输到其目的地¹。BGP协议是实现全球网络自治系统互联互通的基础保障⁵。它允许互联网上不同AS之间自动交换IP路由信息和可达信息，最主要功能在于控制路由的传播和选择最好的路由，并且还具备冗余备份、消除环路的特点²。BGP是互联网上一个核心的去中心化自治路由协议，是目前唯一连接海陆空和七大洲四大洋的外部路由协议⁴。

二、BGP的"信任链"：工作原理简述

BGP协议通过对等互连会话完成路由信息的共享¹。每个自治系统都会通过TCP/IP协议连接到相邻的自治系统，以共享路由信息¹。通过这些信息，每个自治系统都能够正确地路由出站数据¹。

BGP路由选择是基于一系列属性进行排序的，例如权重、本地偏好、AS路径长度等¹⁴。当有多条路径到达同一目的地时，BGP路由器会按照优先级比较这些属性，直至选出最佳路由⁴。例如，BGP会优先选择AS路径最短的路由，因为较短的AS路径通常意味着更直接、更高效的传输⁵。

三、潜在风险：BGP的脆弱性与安全威胁

尽管BGP在维系全球互联网方面发挥着关键作用，但其安全性却相对脆弱²。BGP互联的两个AS之间，对于接收的IP前缀路由缺乏有效的认证机制，导致无条件地接收或传播邻居AS的路由²。这种基于信任的设计，在遭受恶意攻击或人为配置错误时，会变得非常突出，对国家、运营商和企业带来极大威胁²。BGP路由的安全威胁主要分为两大类：BGP路由劫持和BGP路由泄露²。

3.1 路由劫持：网络流量的恶意重定向

路由劫持是指攻击者向外宣告自己拥有受害者的IP前缀路由，从而将原本流向受害者的流量重定向到攻击者处²。路由劫持对互联网的正常运行影响极大，一些大规模的劫持事件甚至可能导致大面积的网络瘫痪⁵。

• IP前缀劫持： 攻击者宣告自己是受害者IP前缀的合法持有者，通过伪造BGP消息中的起源AS号来实现⁵。由于BGP最短AS路径优先原则，其他AS可能会选择攻击者宣告的虚假路由，导致部分流量被劫持²⁵。
• IP子前缀劫持： 攻击者通过构造更为详细的BGP路由消息来实施路由劫持⁵。攻击者发出比受害者宣告的IP前缀更具体的通告，根据BGP最长前缀匹配原则，原本流向受害者的流量中，属于该子前缀的部分会被劫持到攻击者处⁵。

3.2 路由泄露：无意间的策略违规

路由泄露是一种在现网中比较常见的路由事件，通常是由于ISP的错误配置引起的²。它对外宣告了本不应该由该AS宣告的IP前缀路由²。路由泄露并不涉及虚假的IP前缀路由宣告，肇事者向其他AS泄露出去的路由是"合法"存在的，只是它违反了AS之间的路由策略，结果导致泄露出去的路由涉及IP的流量被重定向，造成BGP路由发生严重错误，进而导致互联网部分中断或拥塞²。

四、RPKI：构建BGP的信任锚点

为了应对BGP协议的安全缺陷，业界提出了多种解决方案，其中资源公钥基础设施（Resource Public Key Infrastructure，简称RPKI）是目前被广泛认可和部署的关键技术⁵。

4.1 什么是RPKI？

RPKI是一种基于PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）的技术，专门用于验证BGP发布的路由信息的真实性和合法性，防止路由劫持等网络安全问题⁵。简而言之，RPKI为IP地址和AS号等互联网资源创建了数字证书，这些证书可以证明某个AS确实拥有并被授权广播特定的IP地址前缀⁵。

4.2 RPKI的工作原理

RPKI通过创建路由源授权（Route Origin Authorization，ROA）记录来验证路由信息的真实性。ROA记录包含了IP地址前缀、允许的AS号以及最长前缀长度等信息，并由资源所有者进行数字签名。当一个AS接收到BGP路由通告时，它可以查询RPKI系统，验证该路由通告的起源AS是否被授权广播该IP地址前缀。如果验证失败，则该路由通告将被视为无效或可疑，从而避免路由劫持的发生。

4.3 部署RPKI的优势

在网络中部署RPKI具有多方面的优势：

• 保证网络安全： RPKI通过验证AS的授权关系，防止网络攻击者伪造路由来劫持网络数据流，从而保障网络安全⁵。
• 提高网络可靠性： RPKI可以提高路由的可信度和稳定性，减少路由泄露，从而提高网络的可靠性⁵。
• 保护用户商业利益： RPKI可以保护用户的商业利益，防止网络攻击者通过伪造路由来窃取用户的敏感信息，避免经济损失等问题⁵。
• 促进互联网健康发展： RPKI可以保障路由安全，从而促进互联网的健康发展⁵。

五、展望与挑战

RPKI的部署正在逐步推进，但要实现全球范围内的全面覆盖和有效防护，仍面临一些挑战。例如，数据质量管理和系统实施的复杂性是实现RPKI有效性的关键³。网络管理员必须关注数据的准确性和及时性，同时也需要理解和掌握RPKI的运行机制³。

结论

BGP协议作为维系全球互联网互联互通的"信任链"，其重要性不言而喻。然而，其固有的安全缺陷也使其面临路由劫持和路由泄露等风险。RPKI技术的出现为BGP的安全增强提供了有效的解决方案，通过数字证书验证路由信息的真实性，构建了互联网路由系统的信任锚点。随着RPKI的广泛部署和持续完善，我们有理由相信，全球互联网将变得更加安全、稳定和可靠，为数字世界的繁荣发展提供坚实的基础。