该文献来源于：Practical Defenses Against BGP Prefix Hijacking
该文献提出增量部署的 BGP 前缀劫持防御方案 ，核心包含反应式防御 （虚假路由清除 + 有效路由提升）和主动式防御 （客户路由过滤）：反应式防御通过选择高连通度 AS 作为 "救生员 AS"，清除虚假路由并利用 AS SET 缩短有效路由路径，仅 20 个参与 AS 即可将网络污染率从 50% 降至 15%；主动式防御（客户路由过滤）单独部署效果有限，80 个参与 AS 仅能将污染率降至 9%，但与反应式防御结合可进一步提升防护效果；同时发现依赖 BGP 数据的检测系统存在检测规避风险（0.2% 的 AS 对可实现规避），为 BGP 路由安全提供了实用且易部署的解决方案。
一、研究概述
- 核心问题：BGP 协议缺乏安全机制，前缀劫持（常规劫持、子前缀劫持）易导致网络污染，但现有防御方案存在缺陷 ------ 加密类方案（如 S-BGP）部署成本高，检测类方案依赖人工响应，主动过滤方案效果未被量化。
- 研究创新：提出 "反应式防御 + 主动式防御" 的组合方案，重点突破反应式防御的自动化与增量部署能力，同时首次量化主动式防御（客户路由过滤）的效果与局限。
- 关键目标：在无需全局改造 BGP 协议的前提下，通过少量 AS 参与即可显著降低网络污染率，兼顾防御效果与部署可行性。
二、核心防御方案设计
（一）反应式防御：虚假路由清除 + 有效路由提升
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核心逻辑：基于检测系统识别的攻击者、受害者及目标前缀，由预选的 "救生员 AS" 执行自动化防御动作，快速遏制虚假路由传播。
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两大核心动作：
- 虚假路由清除（Bogus Route Purging）：救生员 AS 从路由表中删除已识别的虚假路由，阻断其进一步传播。
- 有效路由提升（Valid Route Promotion）：精选 "推广者 AS"（未受污染的救生员 AS），将有效路由的 AS 路径封装为 AS SET（BGP 聚合机制），使路径长度在决策中视为 1，提升有效路由优先级。
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关键角色选择策略：
角色 选择策略 说明 救生员 AS 度数策略 选择连通度最高的 AS，净化效果最优（20 个最高度数 AS 可使污染率从 50%→24%） 救生员 AS 弹性策略 选择提供商数量最多的二级 AS，提升推广效果 救生员 AS 混合策略 一半度数策略 + 一半弹性策略，平衡净化与推广效果 推广者 AS 随机 / 远近 / 最优策略 最优策略效果最佳（多为二级 AS），随机策略易部署且效果接近 推广者 AS 全策略 所有救生员均为推广者，应对 collusion 攻击（多攻击者协同） -
协议兼容性：方案符合 BGP 协议规范，仅利用 AS SET 聚合机制，不修改路由协议核心逻辑；且已证明该方案不影响 BGP 收敛性，收敛时间≤Δ・D（Δ 为最小路由通告周期，D 为最长 AS 路径长度）。
（二）主动式防御：客户路由过滤
- 设计逻辑：ISP（提供商 AS）与直接客户 AS 维护路由注册表，客户仅能宣告注册表内的前缀（自身及下游客户锥的前缀），未注册前缀直接被过滤。
- 部署现状：部分大型 ISP 已实践，但缺乏效果量化研究。
- 核心局限 ：
- 仅过滤客户链路，对对等 / 提供商链路无防护，仍可能导入虚假路由。
- 防御无效链路占比高：80% 的 "防御责任链路" 因攻击者与受害者处于同一客户锥，无法有效拦截。
三、实验验证与性能指标
（一）实验环境
- 拓扑基础：基于 RouteViews 数据推断的 AS 拓扑，含 23289 个 AS、55352 条链路（44315 条提供商 - 客户链路、10494 条对等链路）。
- 模拟配置：BGP 路由策略遵循 "客户路由＞对等路由＞提供商路由"，路径长度与 AS 号为次要决策因素；200 次随机常规前缀劫持模拟，攻击者与受害者随机选择。
（二）关键性能结果
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反应式防御效果：
参与 AS 数量 防御动作 网络污染率变化 额外说明 20 仅清除虚假路由 50% → 24% 度数策略救生员效果最优 20 清除 + 提升（单推广者） 24% → 15% 剩余污染减少 33%~57% 20 清除 + 提升（全推广者） 50% → ＜10% 应对 5 个 collusion 攻击者有效 -
路径膨胀影响：
- 防御后，50% 以上的未污染 AS 路径长度无变化，70% 以上路径膨胀＜20%，几乎所有路径膨胀＜50%，对网络性能影响可接受。
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主动式防御效果：
参与 AS 数量 防御动作 网络污染率变化 对比反应式（同参与数量） 16 客户路由过滤 50% → 32% 反应式（16 个 AS）→20%，效果差 12% 80 客户路由过滤 50% → 9% 反应式（20 个 AS）→15%，80 个 AS 仅优 6% -
组合防御效果：
- 4 个度数策略救生员（反应式）+ 客户路由过滤：污染率较单独过滤降低 10% 以上；
- 8 个度数策略救生员（反应式）+ 客户路由过滤：污染率可降至 5% 以下，实现协同增益。
四、方案部署与局限
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部署优势：
- 增量部署：仅需 20 个高连通度 AS 参与，即可实现显著防御效果。
- 低运维成本：救生员 AS 可通过 RCP（路由控制平台）集成，无需改造路由器硬件。
- 信任要求低：仅需救生员 AS 与 mitigation 系统通过 SSL 认证，无需全局 PKI。
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局限性：
- 依赖检测系统准确性：误报会导致路径轻微变长，漏报则无法触发防御。
- 子前缀劫持需受害者配合：需受害者快速宣告被劫持子前缀，才能转化为常规劫持防御。
- 客户路由过滤依赖注册表新鲜度：前缀分配 / 变更需及时同步注册表，否则影响过滤效果。
五、研究贡献
- 提出首个自动化反应式防御方案，通过 "清除 + 提升" 实现增量部署，20 个 AS 参与即可将污染率降至 15%。
- 首次量化客户路由过滤的效果，揭示其 "防御无效链路占比高" 的核心局限，为组合防御提供依据。
- 发现检测系统的规避风险，量化其影响范围，为后续检测系统优化提供方向。
关键问题
问题 1：反应式防御的核心动作 "虚假路由清除" 与 "有效路由提升" 如何协同工作？仅 20 个救生员 AS 参与时，防御效果具体表现是什么？
- 答案：协同逻辑为 "先阻断传播，再提升有效路由优先级"------ 清除动作由所有救生员 AS 执行，删除虚假路由以减少污染扩散；提升动作由精选的推广者 AS 执行，通过 AS SET 缩短有效路由路径，使未清除的虚假路由失去优先级。20 个最高度数的救生员 AS 参与时，防御效果为：①仅清除动作：网络污染率从 50% 降至 24%；②清除 + 提升动作：污染率进一步降至 15%，剩余污染减少 33%~57%；③应对 collusion 攻击（5 个攻击者）：全推广者模式可使污染率＜10%，且路径膨胀≤50%，对网络性能影响可控。
问题 2：客户路由过滤作为主动式防御，其核心局限是什么？与反应式防御组合后为何能提升效果？
- 答案：核心局限有两点：①防护范围有限，仅过滤客户链路，对等 / 提供商链路仍可能导入虚假路由；②防御无效链路占比高，80% 的 "防御责任链路" 因攻击者与受害者处于同一客户锥，无法拦截。组合防御能提升效果的原因是 "互补短板"------ 反应式防御通过清除 + 提升快速处理已传播的虚假路由，客户路由过滤则从源头拦截部分虚假路由（尤其是客户锥外的攻击者），减少反应式防御的处理压力，最终实现 "1+1＞2" 的效果：8 个反应式 AS + 客户路由过滤的污染率，低于单独 80 个 AS 执行客户路由过滤的效果。
问题 3：检测规避的本质是什么？哪些 AS 更容易实现规避攻击？这种风险对整体防御方案有何影响？
- 答案：检测规避的本质是 "攻击者利用 BGP 路由优先级规则，使所有检测节点的有效路由优先级高于虚假路由，导致检测系统无法识别劫持"。更容易实现规避的 AS 特征为：①攻击者多为边缘 AS（72% 为 4-5 级 AS）；②受害者与攻击者需满足 "有效路由为客户 / 对等路由，虚假路由为提供商路由" 或 "路径长度更短" 等条件。对防御方案的影响：①风险可控，仅 0.2% 的 AS 对可实现规避，且 40% 的规避攻击者仅能污染 10% 的网络；②需依赖组合防御，主动式防御（客户路由过滤）可从源头拦截部分规避攻击，反应式防御可处理未被拦截的污染，两者结合可大幅降低规避风险的实际影响。