主动防御型域名系统关键技术研究

摘要：

域名系统（DNS）作为互联网关键基础设施，长期面临协议安全缺失、解析依赖集中与根结构中心化等结构性风险。近年来，加密DNS技术（如DoT、DoH、DoQ）虽提升了用户隐私保护，却也为恶意活动提供了隐蔽通道，加剧了跨境监管难度与安全威胁。在此背景下，保护性DNS（Protective DNS, PDNS）作为一种融合高可用解析与主动安全防护能力的新型架构，逐渐成为国际主流应对策略。本文围绕PDNS体系构建的核心需求，系统分析其基础架构、威胁情报集成机制、风险智能检测模型及国家级部署实践，重点探讨基于流量行为分析、多源情报融合与动态策略响应的主动防御技术路径。结合我国网络空间治理实际，提出构建自主可控PDNS体系的关键技术路线与实施建议，为提升国家关键信息基础设施的DNS安全韧性提供理论支撑与实践参考。

1 引言

域名系统（Domain Name System, DNS）自1983年提出以来，已成为支撑互联网运行的核心服务之一。其核心功能在于将人类可读的域名映射为机器可识别的IP地址，实现网络资源的高效定位与访问。然而，传统DNS协议设计之初未充分考虑安全性，采用明文传输、无身份认证、缺乏完整性校验等机制，使其长期暴露于缓存投毒、中间人攻击、DDoS放大攻击等安全威胁之下。2016年Mirai僵尸网络针对美国Dyn公司的大规模DDoS攻击，导致包括Twitter、Netflix在内的多家主流服务中断数小时，直接经济损失逾百亿美元，暴露出DNS解析链路在关键节点失效时的系统性脆弱。

近年来，为应对隐私泄露与中间监听问题，IETF相继推出DNS over TLS（DoT）、DNS over HTTPS（DoH）及DNS over QUIC（DoQ）等加密DNS协议。这些技术虽有效提升了终端用户隐私保护水平，但也带来新的安全挑战：一方面，加密通道掩盖了恶意域名查询行为，使传统基于明文流量的检测手段失效；另一方面，用户可绕过本地ISP递归服务器，直接连接境外DoH服务提供商，削弱国家网络空间主权与内容治理能力。据公开数据显示，截至2024年，全球提供公共DoH服务的机构已超过百家，其中部分服务商位于监管薄弱地区，成为跨境恶意流量的重要跳板。

在此双重挑战下，保护性DNS（Protective DNS, PDNS）概念应运而生。PDNS由政府或授权机构主导建设，旨在为关键部门与基础设施提供兼具高解析性能与主动安全防护能力的DNS服务。其核心特征包括：强制安全策略执行、实时威胁阻断、威胁情报闭环联动及合规性审计支持。自2017年英国国家网络安全中心（NCSC）率先推出国家级PDNS计划以来，美国CISA、澳大利亚ACSC、欧盟ENISA等机构相继部署类似系统，标志着PDNS已成为国际社会应对DNS安全风险的战略选择。

我国作为网络大国，拥有全球规模最大的互联网用户群体与关键信息基础设施体系，DNS安全直接关系到国家网络空间主权与社会稳定。当前，国内虽已有部分行业级DNS安全实践，但在体系化、智能化与国家级协同方面仍存在明显短板。本文聚焦PDNS主动防御能力建设，从基础架构、威胁情报、风险检测与实践路径四个维度，系统梳理关键技术挑战与解决方案，旨在为构建自主可控、安全高效的国家级PDNS体系提供技术支撑。

2 PDNS基础体系架构

PDNS并非对传统DNS的简单加固，而是在继承其分层解析机制基础上，嵌入安全控制平面与智能决策引擎的新型服务体系。其典型架构可分为三层：接入层、处理层与支撑层。

接入层负责接收来自授权用户的DNS查询请求。为兼顾兼容性与安全性，PDNS需同时支持传统UDP/TCP 53端口及加密协议（DoT/DoH/DoQ）。对于政府及关键基础设施用户，可通过策略强制其使用指定PDNS服务，例如通过组策略、EDR终端管控或网络出口策略实现流量引导。接入层还需具备协议识别与异常流量过滤能力，防止DoH隧道伪装为正常HTTPS流量进行数据外泄。

处理层是PDNS的核心，包含递归解析引擎、策略执行模块与实时阻断单元。与普通递归服务器不同，PDNS在解析过程中嵌入多级安全检查：首先比对本地威胁情报库（如恶意域名、钓鱼站点、C2服务器地址）；其次调用外部威胁情报平台进行动态验证；最后结合上下文行为（如查询频率、域名熵值、TTL异常等）进行风险评分。若判定为高风险请求，则返回NXDOMAIN或伪造响应（Sinkholing），实现“零信任”下的主动拦截。

支撑层涵盖威胁情报管理、日志审计、策略配置与系统监控四大功能模块。其中，威胁情报管理需支持多源异构数据接入（如商业情报、开源情报、内部蜜罐捕获数据），并通过标准化格式（如STIX/TAXII）实现自动化更新。日志审计模块则记录所有查询行为与阻断事件，满足《网络安全法》《数据安全法》等合规要求，并为事后溯源提供依据。

值得注意的是，PDNS强调“防护前置”理念，即在域名解析阶段即完成威胁识别与处置，避免恶意流量进入内网后再行检测。这种“左移”安全策略显著降低了后续安全设备的负载与响应延迟。

3 威胁情报的集成与应用

威胁情报是PDNS实现主动防御的基础。其有效性取决于情报的覆盖广度、更新时效与精准度。PDNS系统需构建多层级情报融合机制：

首先，建立权威黑名单库。该库应整合国家级CERT发布的恶意域名列表、国际反钓鱼工作组（APWG）数据、以及主流安全厂商共享的IoC（Indicators of Compromise）。此类情报具有高置信度，适用于直接阻断。

其次，引入动态信誉评分系统。对于新注册域名（NRD）、低频访问域名或具有可疑语法特征（如随机字符串、仿冒品牌）的域名，可基于历史行为、WHOIS信息、SSL证书签发记录等特征计算动态信誉分。当分数低于阈值时，触发增强验证或临时隔离。

第三，部署内部威胁感知闭环。PDNS可与组织内部的SIEM、EDR、防火墙等系统联动，将本地捕获的恶意活动（如内网主机频繁查询某C2域名）自动转化为本地情报规则，并同步至PDNS策略库，实现“一点发现、全局防护”。

此外，针对加密DNS带来的盲区，PDNS可通过SNI（Server Name Indication）分析与JA3指纹识别等技术，在TLS握手阶段识别DoH客户端特征，即便无法解密内容，亦可判断其是否连接高风险境外DoH服务器，从而实施访问控制。

情报更新机制同样关键。理想状态下，PDNS应支持分钟级甚至秒级的情报推送。为此，需建立自动化管道，结合API接口、消息队列（如Kafka）与边缘缓存技术，确保策略变更能快速生效。同时，需设置白名单豁免机制，防止误杀合法业务域名（如CDN、云服务动态域名）。

4 风险智能检测技术

尽管黑名单与信誉系统可覆盖大部分已知威胁，但面对高级持续性威胁（APT）或零日攻击，仍需依赖智能检测模型识别未知风险。PDNS中的风险检测主要基于以下三类技术：

（1）基于统计特征的异常检测

通过对历史查询日志建模，提取如查询速率、域名长度分布、字符熵、TTL波动等特征，构建用户或设备的行为基线。当实时流量偏离基线超过预设阈值（如Z-score > 3），即视为异常。例如，某办公终端突然高频查询大量随机子域名，可能表明其已被植入DNS隧道工具（如dnscat2）。

（2）基于图神经网络的关联分析

将域名、IP、客户端ID等实体抽象为图节点，查询关系作为边，构建动态异构图。利用图卷积网络（GCN）或图注意力网络（GAT）学习节点嵌入，识别隐藏的恶意集群。例如，多个看似无关的域名若共享相同的IP解析路径或注册邮箱，可能属于同一攻击团伙。

（3）基于时序预测的早期预警

采用LSTM、Transformer等时序模型，对特定域名的查询量进行预测。若实际查询量显著高于预测值（如突发增长10倍以上），可能预示即将发生的DDoS攻击或恶意软件爆发。此类模型可提前数小时发出预警，为应急响应争取时间。

上述模型需在准确率与召回率之间取得平衡。过高误报将影响业务连续性，过低召回则削弱防护效果。实践中，可采用多模型融合策略，结合专家规则进行二次校验。同时，模型训练数据需定期更新，并引入对抗样本增强鲁棒性，防止攻击者通过扰动规避检测。

5 国家级PDNS实践与启示

国际上，多个国家已开展PDNS部署，积累了宝贵经验。

英国NCSC于2017年推出的“Protective DNS Service”面向中央政府部门及关键公共服务机构，采用“默认阻断+白名单放行”策略，集成NCSC自有情报与商业威胁数据，日均处理查询超10亿次。其显著特点是与国家CERT深度协同，实现威胁情报分钟级同步。

美国CISA自2020年起推动“.gov”域名强制使用联邦PDNS服务（称为“CISA DNS Resolver”），并扩展至州政府及关键基础设施运营商。该系统支持DoH/DoT接入，并与EINSTEIN入侵检测系统联动，形成“监测-阻断-溯源”闭环。

澳大利亚ACSC的PDNS服务则强调隐私保护与合规平衡，在阻断恶意域名的同时，严格限制日志留存期限，并通过独立审计确保不滥用监控权力。

上述实践表明，成功的PDNS建设需满足三大条件：一是明确的服务边界与授权机制，避免过度干预民用网络；二是强大的情报生产能力与跨部门协同能力；三是健全的法律与隐私保障框架。

对我国而言，可借鉴国际经验，分阶段推进PDNS建设：初期聚焦党政机关、能源、金融、交通等关键行业，建立统一接入标准；中期打通国家级威胁情报平台（如CNCERT）与PDNS系统，实现情报自动分发；远期探索基于国产密码算法的加密DNS协议，确保核心技术自主可控。

6 我国PDNS体系建设路径建议

基于前述分析，我国构建自主可控PDNS体系应重点推进以下工作：

第一，制定PDNS国家标准与接入规范。 明确PDNS的服务对象、安全等级、性能指标及合规要求，规范DoH/DoT接入方式，防止私建乱接。可参考RFC 8310（DoT）与RFC 8484（DoH）制定本土化实施指南。

第二，建设国家级威胁情报中枢。 整合CNCERT、行业CERT、安全企业及科研机构的情报资源，建立统一的DNS威胁IoC共享平台，支持STIX/TAXII标准，实现情报自动分发与策略联动。

第三，研发智能检测与响应引擎。 支持高校与企业联合攻关，突破基于AI的DNS异常检测、加密流量识别、动态信誉评估等关键技术，形成具有自主知识产权的核心组件。

第四，开展试点示范与效能评估。 在重点行业选取典型单位开展PDNS试点，建立量化评估体系（如恶意域名拦截率、误报率、解析延迟等），持续优化系统性能。

第五，完善法律与隐私保障机制。 在《网络安全法》《个人信息保护法》框架下，明确PDNS数据采集边界、存储期限与使用权限，引入第三方审计，确保权力不被滥用。

7 结语

DNS安全已从单纯的技术问题演变为关乎国家网络空间主权与关键基础设施稳定的战略议题。传统被动防御模式难以应对加密化、隐蔽化、跨境化的新型威胁。保护性DNS（PDNS）通过将安全能力内生于解析流程，实现了从“事后响应”向“事前阻断”的范式转变。本文系统梳理了PDNS的基础架构、威胁情报集成、智能检测技术及国际实践，提出了符合我国国情的建设路径。未来，随着AI、大数据与密码技术的深度融合，PDNS有望成为国家网络主动防御体系的重要支柱。然而，其成功落地不仅依赖技术突破，更需制度设计、跨部门协同与法治保障的同步推进。唯有如此，方能在保障安全的同时，维护网络空间的开放与可信。

编辑：芦笛（中国互联网络信息中心创新业务所）