Computer Networking - Chương 7 Bảo mật mạng potx

Bảo mật mạng 5B n và k thù: Alice, Bob, Trudy ạ ẻ ❒ Bob, Alice bạn bè muốn truyền thông “an toàn” ❒ Trudy kẻ xâm nhập có thể ngăn chặn, xóa, thêm các thông điệp... Bảo mật mạng 37Ch ký s

All material copyright 1996-2006

J.F Kurose and K.W Ross, All Rights Reserved

Slide này được biên dịch sang tiếng Việt theo

sự cho phép của các tác giả

7.1 B o m t m ng là gì? ả ậ ạ

B o m t m ng ả ậ ạ 3

B o m t m ng là gì? ả ậ ạ

Sự bảo mật: chỉ có người gửi, người nhận mới

“hiểu” được nội dung thông điệp

❍ ng i g i mã hóa thông đi p ườ ử ệ

❍ ng i nh n gi i mã thông đi p ườ ậ ả ệ

Chứng thực: người gửi, người nhận xác định là

nhận ra nhau

Sự toàn vẹn thông điệp: người gửi, người nhận

muốn bảo đảm thông điệp không bị thay đổi

(trên đường truyền hoặc sau khi nhận) mà

không bị phát hiện

Truy cập & tính sẵn sàng: các dịch vụ phải có

Bảo mật mạng 5

B n và k thù: Alice, Bob, Trudy ạ ẻ

❒ Bob, Alice (bạn bè) muốn truyền thông “an toàn”

❒ Trudy (kẻ xâm nhập) có thể ngăn chặn, xóa, thêm các thông điệp

Bob, Alice có th là nh ng ai? ể ữ

❒ trình duyệt Web/server cho các giao dịch điện tử

❒ client/server ngân hàng trực tuyến

❒ DNS servers

❒ các router trao đổi thông tin cập nhật bảng routing

❒ v.v.

Bảo mật mạng 7

B n và k thù ạ ẻ

Hỏi: Kẻ xấu có thể làm những việc gì?

Đáp: rất nhiều!

❍ nghe lén: ngăn ch n các thông đi p ặ ệ

❍ kích ho t ạ chèn các thông đi p vào trong k t n i ệ ế ố

❍ gi danh:ả có th gi m o đ a ch ngu n trong gói ể ả ạ ị ỉ ồ(ho c b t kỳ tr ng nào trong đó)ặ ấ ườ

❍ c p:ướ “ti p t c” k t n i hi n hành nh ng thay ế ụ ế ố ệ ư

ng i g i ho c ng i nh n b ng chính h ườ ử ặ ườ ậ ằ ọ

❍ t ch i d ch v :ừ ố ị ụ d ch v hi n t i b ng i khác ị ụ ệ ạ ị ườ

dùng (đ ng nghĩa quá t i)ồ ả

❍ v.v

7.2 Các nguyên lý mã hóa

Bảo mật mạng 9

Ngôn ng mã hóa ữ

khóa đối xứng : khóa bên gửi và bên nhận giống nhau khóa công cộng : khóa mã chung, khóa giải mã bí mật (riêng)

văn b n g c ả ố văn b n đã mã hóa ả văn b n g c ả ố

Mã hóa khóa đ i x ng ố ứ

mật mã thay thế: thay thứ này thành thứ khác

❍ mã hóa ký t đ n: thay th t ng ký t m tự ơ ế ừ ự ộ

văn bản gốc: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz văn bản đã mã hóa: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq

văn bản gốc: bob i love you alice

mã hóa thành: nkn s gktc wky mgsbc

ví d :ụ

H i:ỏ B khóa ki u mã hóa đ n gi n này d không?ẻ ể ơ ả ễ

Bảo mật mạng 11

khóa đối xứng : Bob và Alice cùng biết (đối xứng) khóa: K

❒ vd: khóa được biết trong mẫu mã hóa ký tự đơn

❒ Hỏi: Làm thế nào Bob và Alice thỏa thuận giá trị khóa?

văn b n g c ả ố văn b n đã mã ả

KA-B

giải thuật

mã hóa

giải thuậtgiải mã

Mã hóa khóa đ i x ng ố ứ : DES

DES: Data Encryption Standard

❒ chuẩn mã hóa của Hoa Kỳ [NIST 1993]

❒ khóa đối xứng 56-bit, văn bản gốc vào bit

64-❒ Bảo mật trong DES như thế nào?

❍ ch a có cách ti p c n “backdoor-c a sau” đ gi i ư ế ậ ử ể ảmã

❒ làm cho DES bảo mật hơn:

❍ dùng 3 khóa tu n t (3-DES) trong m i datumầ ự ỗ

❍ dùng c ch liên k t kh i mãơ ế ế ố

AES: Advanced Encryption Standard

❒ chuẩn NIST khóa đối xứng mới (tháng 11-2001) thay thế cho

DES

❒ dữ liệu xử lý từng khối 128 bit

❒ các khóa 128, 192, hoặc 256 bit

❒ giải mã brute force (thử sai) tốn 1s với DES, tốn 149 tỷ tỷ năm với AES

❒ ng i g i, ng i nh n ườ ử ườ ậkhông chia s khóa ẻcông c ngộ

❒ khóa công c ng cho ộ

m i ng i đ u bi tọ ườ ề ế

❒ khóa gi i mã riêng ch ả ỉ

có ng i nh n bi tườ ậ ế

Mã hóa khóa công c ng ộ

văn b n g c ả ố

m văn b n đã mãả

encryption algorithm decryption algorithm

K B

-m = K B-(K (m)B+ )

RSA ví d : ụ

Bob ch n ọ p=5, q=7 Thì n=35, z=24

e=5 (vì e, z nguyên t cùng nhau).ố

d=29 (vì ed-1 chia h t cho z)ế

Bảo mật mạng 21

RSA: T i sao là ạ m = (m e mod n) d mod n

(m e mod n) dmod n = m edmod n

(p-1)(q-1) d 1 ) ư

RSA: đ c tính quan tr ng khác ặ ọ

Đ c tính sau đây s r t h u ích: ặ ẽ ấ ữ

K B-( K (m)B+ ) = m = K +B( K (m)-B )

đ u tiên dùng ầ khóa công c ng, ộ sau đó dùng khóa riêng

đ u tiên dùng ầ khóa riêng, sau

đó dùng khóa công c ng ộ

7.3 S ch ng th c ự ứ ự

B o m t m ng ả ậ ạ 23

là Alice

“Tôi là Alice”

IP c a ủ Alice

IP c a ủ Alice

“Tôi là Alice”

IP c a ủ Alice m t kh u c a Alice ủậ ẩ

IP c a ủ Alice

IP c a ủ Alice

“Tôi là Alice”

IP c a ủ Alice đã mã hóam t kh uậ ẩ

S ch ng th c: th l i ự ứ ự ử ạ

M c tiêu:ụ tránh c ch t n công ki u phát l iơ ế ấ ể ạ

Ph ng pháp:ươ s (R) ch dùng 1 l n trong th i gian ho t đ ngố ỉ ầ ờ ạ ộ

ap4.0: đ ch ng th c Alice “s ng”, Bob g i Alice s R ể ứ ự ố ử ố

Bảo mật mạng 33

S ch ng th c: ap5.0 ự ứ ự

ap4.0 yêu cầu chia sẻ khóa đối xứng

❒ chúng ta có thể chứng thực dùng các kỹ

thuật khóa công cộng?

ap5.0: dùng 1 lần, mã hóa khóa công cộng

ap5.0: l h ng b o m t ỗ ổ ả ậ

Kẻ tấn công ẩn: Trudy giả làm Alice (đối

với Bob) và như Bob (đối với Alice)

Bảo mật mạng 35

ap5.0: l h ng b o m t ỗ ổ ả ậ

Kẻ tấn công ẩn: Trudy giả làm Alice (đối

với Bob) và như Bob (đối với Alice)

Khó khăn đ phát hi n:ể ệ

 Bob nh n m i th mà Alice g i và ng c l iậ ọ ứ ử ượ ạ

 v n đ là Trudy cũng nh n t t c các thông đi p ấ ề ậ ấ ả ệ

nh th !ư ế

7.4 S toàn v n ự ẹ

Bảo mật mạng 37

Ch ký s ữ ố

Kỹ thuật mã hóa tương tự như các

chữ ký bằng tay.

❒ người gửi (Bob) đánh dấu (số hóa) tài

liệu, thiết lập thuộc tính anh ấy là

người sở hữu/tạo lập tài liệu

❒ có thể kiểm tra, không thể làm giả:

người nhận (Alice) có thể chứng thực

với người khác là chỉ có Bob chứ ngoài

ra không có ai (kể cả Alice) đã ký trên tài liệu đó

Ch ký s ữ ố

Chữ ký số đơn giản cho thông điệp m:

❒ Bob ký m bằng cách mã hóa với khóa riêng của anh ấy K B , tạo thông điệp “đã được

ký”, K B (m)

-

-Dear Alice

Oh, how I have

missed you I think of

you all the time! …

(blah blah blah)

khóa riêng c a ủ Bob

K B

-thông điệp của Bob, m, đã ký (mã hóa) với khóa riêng của

anh ấy

K B-(m)

Bảo mật mạng 39

Ch ký s (tt) ữ ố

❒ Giả sử Alice nhận được m, với chữ ký số hóa là K B (m)

❒ Alice kiểm tra m đã được ký bởi Bob bằng cách áp dụng khóa công cộng của Bob K B cho K B (m) sau đó kiểm tra K B (K B (m) ) = m.

❒ Nếu K B (K B (m) ) = m, bất cứ ai đã ký m phải dùng

khóa riêng của Bob

+ +

-

-Phân lo i thông đi p ạ ệ

H: hàm băm

H(m)

Bảo mật mạng 41

Internet checksum: hàm băm

Internet checksum có một số đặc tính của hàm băm:

➼ sinh ra các phân loại độ dài cố định (tổng 16 bit) của thông điệp

thông

đi p l n ệ ớ

m H: hàm băm H(m)

ch ký s ữ ố (đã mã hóa)

khóa riêng

c a Bob ủ K B

-+

Bob g i thông đi p đã ký s ử ệ ố

hóa:

Alice kiểm tra chữ ký và

sự toàn vẹn của thông điệp đã ký bằng số hóa:

K-(H(m))

phân lo i ạ thông đi p đã ệ

mã hóa

KB-(H(m))

phân lo i ạ thông đi p đã ệ

mã hóa

thông

đi p l n ệ ớ m

H: hàm băm H(m)

ch ký s ữ ố (đã gi i ả mã) H(m)

khóa công

c ng ộ

c a Bob ủ K B+

ch ký s = phân lo i thông đi p đã ký ữ ố ạ ệ

❍ v i chu i x có 128 bit b t kỳ, khó khăn đ xây ớ ỗ ấ ể

d ng thông đi p m sao cho băm MD5 c a nó b ng ự ệ ủ ằ

v i xớ

❒ SHA-1 cũng được dùng

❍ chu n c a M [ẩ ủ ỹ NIST, FIPS PUB 180-1]

❍ phân lo i thông đi p 160-bitạ ệ

7.5 Khóa phân b và ch ng ch ố ứ ỉ

center-KDC) được tin

cậy – hoạt động trung

gian giữa các thực thể

Vấn đề khóa công cộng:

❒ Khi Alice lấy được khóa công cộng của Bob (từ web site, email, đĩa), làm sao biết khóa công cộng của Bob chứ không phải của Trudy?

Giải pháp:

❒ nơi cấp chứng chỉ (certification

authority-CA) được tin cậy

Key Distribution Center (KDC)

❒ Alice, Bob cần khóa đối xứng được chia sẻ

❒ KDC: chia sẻ khóa bí mật khác nhau với mỗi người dùng đã đăng ký

❒ Alice, Bob biết các khóa đối xứng của họ,

KA-KDC KB-KDC , để truyền thông với KDC

KX-KDC

KY-KDCK

v i Alice ớ

Alice và Bob truy n thông: dùng R1 nhề ư

khóa phiên làm vi c ệ đ chia s mã hóa ể ẻ đ i x ngố ứ

H i:ỏ Làm sao KDC cho phép Bob, Alice xác đ nh khóa bí ị

m t ậ đ i x ngố ứ đ truy n thông v i nhau?ể ề ớ

C p ch ng ch ấ ứ ỉ

❒ Certification authority (CA): gắn kết

khóa công cộng với thực thể E nào đó

❒ E (người, router) đăng ký khóa công cộng của họ với CA

❍ E cung c p “b ng ch ng đ nh n d ng” cho CA ấ ằ ứ ể ậ ạ

❍ CA t o ra ch ng ch ràng bu c E v i khóa công c ng c a ạ ứ ỉ ộ ớ ộ ủ

nó

❍ ch ng ch ch a khóa công c ng c a E đ c ký s b i CA – ứ ỉ ứ ộ ủ ượ ố ở

CA nói “đây là khóa công c ng c a E” ộ ủ

K B+

ch ng ch cho khóa

Bảo mật mạng 49

C p ch ng ch ấ ứ ỉ

❒ Khi Alice muốn lấy được khóa công cộng

của Bob:

❍ l y ch ng ch c a Bob ( Bob ho c n i nào đó)ấ ứ ỉ ủ ở ặ ơ

❍ áp d ng khóa công c ng c a CA cho ch ng ch ụ ộ ủ ứ ỉ

c a Bob, l y đ c khóa công c ng c a Bobủ ấ ượ ộ ủ

khóa công

c ng c a Bob ộ ủ

K B+

ch ký s ữ ố (đã

gi i mã) ả

khóa công c ng ộ

c a CA ủ K CA+

K B+

M i ch ng ch ch a: ỗ ứ ỉ ứ

❒ Số thứ tự (duy nhất)

❒ thông tin về người sở hữu chứng chỉ, bao gồm giải

thuật và chính giá trị khóa (không hiển thị ra)

❒ thông tin v ề

ng i ườ phát hành ch ng ứchỉ

❒ ngày ki m tra ểtính h p lợ ệ

❒ ch ký s b iữ ố ở

ng i ườ phát

7.6 Đi u khi n truy c p: các ề ể ậ

firewall

B o m t m ng ả ậ ạ 51

Bảo mật mạng 53

Firewall: T i sao ph i dùng? ạ ả

ngăn ch n các cu c t n công t ch i d ch v denial of ặ ộ ấ ừ ố ị ụservice (DoS):

❍ SYN flooding: k t n công thi t l p nhi u k t n i TCP ẻ ấ ế ậ ề ế ố

“ o”, không còn tài nguyên cho các k t n i “th t” ả ế ố ậ

L c gói tin ọ

❒ mạng nội bộ kết nối với Internet thông

qua router firewall

❒ router lọc từng gói một, xác định

chuyển tiếp hoặc bỏ các gói dựa trên:

❍ đ a ch IP ngu n, đ a ch IP đích ị ỉ ồ ị ỉ

Các gói đ n s đ c ế ẽ ượ phép vào? Các gói chu n b ra có đ c ẩ ị ượ

phép không?

❍ Ngăn ch n các client bên ngoài t o các k t n i ặ ạ ế ố

TCP v i các client bên trong, nh ng cho phép ớ ưcác client bên trong k t n i ra ngoài.ế ố

các user bên trong

được telnet ra ngoài.

phiên telnet t ừ host đ n gateway ế

phiên telnet t ừ gateway đ n host ế

application gateway router và l cọ

1 yêu c u t t c các user ph i telnet thông qua gateway ầ ấ ả ả

2 v i các user đã đ c c p phép, gateway thi t l p k t n i ớ ượ ấ ế ậ ế ố

v i host đích gateway ti p v n d li u gi a 2 k t n i ớ ế ậ ữ ệ ữ ế ố

3 Router l c và ch n t t c các k t n i telnet không xu t ọ ặ ấ ả ế ố ấ

có chính sách nào dành cho UDP

❒ sự cân bằng: mức

độ truyền thông với bên ngoài và sự an toàn

❒ nhiều site bảo vệ mức cao vẫn phải chịu đựng sự tấn công

7.7 Các lo i t n công và cách ạ ấ

phòng ch ng ố

❍ Quét port: liên t c th thi t l p các k t n i ụ ử ế ậ ế ố

TCP v i m i port (xem th chuy n gì x y ra)ớ ỗ ử ệ ả

Biện pháp đối phó?

Các m i đe d a b o m t Internet ố ọ ả ậ

Biện pháp đối phó

❍ ghi nh n l u thông vào m ngậ ư ạ

❍ quan tâm hành vi nghi ng (các đ a ch IP, port ờ ị ỉ

b quét liên t c)ị ụ

Bảo mật mạng 61

Các m i đe d a b o m t Internet ố ọ ả ậ

nghe ngóng gói:

❍ ph ng ti n truy n thông ph bi n ươ ệ ề ổ ế

❍ NIC promiscuous (h n t p) đ c t t c các gói chuy n ỗ ạ ọ ấ ả ể qua nó

Các m i đe d a b o m t Internet ố ọ ả ậ

Packet sniffing: Biện pháp đối phó

❍ t t c các host trong t ch c ch y ph n m m ki m ấ ả ổ ứ ạ ầ ề ể tra đ nh kỳ th host có ch đ promiscuous ị ử ở ế ộ

❍ 1 host m i đo n c a ph ng ti n truy n thông ỗ ạ ủ ươ ệ ề

src:B dest:A payload

Bảo mật mạng 63

Các m i đe d a b o m t Internet ố ọ ả ậ

IP Spoofing (giả mạo IP):

❍ có th sinh ra các gói IP “thô” tr c ti p t ng ể ự ế ừ ứ

d ng, gán giá tr b t kỳ vào tr ng đ a ch IP ụ ị ấ ườ ị ỉngu nồ

❍ bên nh n không th xác đ nh ngu n b gi m oậ ể ị ồ ị ả ạ

❍ ví d : C gi m o là Bụ ả ạ

A

B

Csrc:B dest:A payload

Bi n pháp đ i phóệ ố ?

Các m i đe d a b o m t Internet ố ọ ả ậ

IP Spoofing: lọc quyền vào

❍ router s không chuy n ti p các gói đi v i ẽ ể ế ớ

tr ng h p các đ a ch ngu n không h p lườ ợ ị ỉ ồ ợ ệ

❍ tuy t v i, nh ng l c nh th không th áp d ng ệ ờ ư ọ ư ế ể ụcho t t c các m ngấ ả ạ

src:B dest:A payload

Bảo mật mạng 65

Các m i đe d a b o m t Internet ố ọ ả ậ

Denial of service (DOS):

❍ gây ra “ng p l t” b ng các gói sinh ra b i ý đ ậ ụ ằ ở ồ

SYN

SYN SYN SYN

Bi n pháp đ i phóệ ố ?

SYN SYN

B o m t e-mail ả ậ

Alice:

 sinh ra khóa riêng đ i x ng ố ứ ng u nhiên, K ẫ

 Alice mu n g i 1 e-mail bí m t, m, đ n Bob.ố ử ậ ế

-Internet m

Pretty good privacy (PGP)

❒ người phát minh: Phil

-BEGIN PGP SIGNED Hash: SHA1

MESSAGE -Bob:My husband is out of town tonight.Passionately yours, Alice

-BEGIN PGP Version: PGP 5.0

SIGNATURE -Charset: noconv yhHJRHhGJGhgg/12EpJ+lo8gE4vB3mqJ hFEvZP9t6n7G6m5Gw2

-END PGP

SIGNATURE -A PGP signed message:

❍ trình duy t yêu c u ệ ầ

ch ng ch server, phát ra ứ ỉ

b i CA đ c tin c y ở ượ ậ

❍ trình duy t dùng khóa ệ công c ng c a CA đ ộ ủ ể trích ra khóa công c ng ộ

c a server t ch ng ch ủ ừ ứ ỉ

❒ kiểm tra trong trình duyệt của bạn để thấy các CA được tin cậy

SSL (tt)

Mã hóa phiên làm việc SSL

:

❒ trình duyệt sinh ra

khóa phiên đối xứng, mã

hóa nó với khóa công

cộng của server, gửi

khóa (đã mã hóa) cho

server.

❒ dùng khóa riêng, server

giải mã khóa phiên

❒ trình duyệt, server

biết khóa phiên

❍ t t c d li u g i vào trong TCP ấ ả ữ ệ ử

❒ SSL: cơ sở của IETF Transport Layer Security (TLS)

❒ SSL có thể dùng cho các ứng dụng không Web, như IMAP

❒ chứng thực client

có thể hoàn thành với các chứng chỉ

❍ các đo n TCP & UDP; các ạ

thông đi p ICMP & SNMP ệ

❍ t o kênh logic l p network ạ ớ

g i là m t security ọ ộ association (SA)

❒ mỗi SA theo 1 chiều duy nhất

❒ trường header kế tiếp: xác định kiểu của dữ liệu (vd: TCP, UDP, ICMP)

❒ trường header kế tiếp

nằm trong ESP trailer.

❒ trường chứng thực ESP tương tự như của AH

❒ Protocol = 50

IP header ESP TCP/UDP segment

header trailerESP authent.ESP

đã mã hóa

đã ch ng th c ứ ự

B o m t IEEE 802.11 ả ậ

❍ 85% vi c s d ng mà không có mã hóa/ch ng th cệ ử ụ ứ ự

❍ d dàng b phát hi n/nghe ngóng và nhi u lo i t n ễ ị ệ ề ạ ấcông khác!

❒ Bảo mật 802.11

❍ mã hóa, ch ng th c ứ ự

❍ th nghi m b o m t 802.11 đ u tiên: Wired ử ệ ả ậ ầ

Equivalent Privacy (WEP): có thi u sótế

❍ th nghi m hi n t i: 802.11iử ệ ệ ạ

Bảo mật mạng 79

Wired Equivalent Privacy (WEP):

❒ chứng thực như trong giao thức ap4.0

❍ host yêu c u ch ng th c t access pointầ ứ ự ừ

❍ access point g i 128 bit ử

❍ host mã hóa dùng khóa đ i x ng chia số ứ ẻ

❍ access point gi i mã, ch ng th c hostả ứ ự

❒ không có cơ chế phân bố khóa

❒ chứng thực: chỉ cần biết khóa chia sẻ

WEP-encrypted data plus CRC

Figure 7.8-new1: 802.11 WEP protocol mã hóa WEP phía g iử

AP: access point AS:

Authentication server

wired network

STA:

client station

1 Discovery of security capabilities

AS derives same PMK, sends to AP

802.11i: 4 giai đo n ho t đ ng ạ ạ ộ

Bảo mật mạng 85

wired network

EAP TLS EAP EAP over LAN (EAPoL)

IEEE 802.11

RADIUS UDP/IP

EAP: extensible authentication protocol

❒ EAP được gửi trên các “link” riêng biệt

❍ mobile-đ n-AP (EAP trên LAN)ế

❍ AP đ n server ch ng th c (RADIUS trên UDP)ế ứ ự