luận văn '''' nghiên cứu sử dụng công nghệ bảo mật ssl tls''''

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đặng Thị Huê NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BẢO MẬT SSL/TLS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành : Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến HÀ NỘI - 2005 Trang i Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trịnh Nhật Tiến đã tận tình hướng dẫn, cho em những định hướng và ý kiến quý báu cùng sự trực tiếp chỉ bảo của chị Trương Thị Thu Hiền đã giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Em chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Qu ốc Gia Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập tại trường. Con xin gửi đến Bố Mẹ và gia đình tình thương yêu và lòng biết ơn. Bố Mẹ và gia đình luôn là nguồn động viên của con và là chỗ dựa vững chắc cho cuộc đời con. Tôi xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn này. Vì thời gian có hạn, khoá luận tốt nghiệ p của em không tránh khỏi khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn Hà Nội, ngày 06 tháng 06 năm 2005. Sinh viên Đặng Thị Huê Trang ii Tóm tắt Được thiết kế bởi Netscape bao gồm các cơ chế bảo mật trong các sản phẩm trình duyệt để tạo ra truyền thông an toàn trên mạng, SSL (Secure Sockets Layer) hiện đang là giao thức bảo mật được sử dụng phổ biến trên Internet nhất là trong các hoạt động thương mại điện tử. Ban đầu, SSL được thiết kế kết hợp cùng với giao thức HTTP được sử dụng bởi các Web server và browser, nhưng bây giờ nó đã là mộ t thành phần quan trọng trong mọi loại truyền thông Internet bảo mật. Việt Nam đang trên đường hội nhập với nền công nghệ thông tin thế giới, các hoạt động giao dịch trên mạng ở Việt Nam cũng sẽ diễn ra sôi nổi, khi đó vấn đề bảo mật trở nên quan trọng, việc triển khai SSL là điều cần thiết. Tuy nhiên đến nay hầu hết các website ở Việt Nam đều chưa sử d ụng SSL trong các giao dịch của mình. Trong khoá luận này, em tiến hành nghiên cứu chi tiết về giao thức bảo mật SSL và cách triển khai chúng trên Internet Information Service (IIS) và Windows Server Enterprise 2003. Chúng tôi hy vọng rằng với khoá luận này sẽ đem đến cái nhìn cụ thể hơn về SSL và bảo mật mạng, tầm quan trọng của nó cũng như ứng dụng trong thực tế. Trang iii MỤC LỤC Chương 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO MẬT 5 1.1 Vấn đề an toàn mạng 5 1.1.1 Giao thức bảo mật ngăn cách (tách rời) 5 1.1.2 Bảo mật đặc tả ứng dụng 6 1.1.3 Bảo mật với các giao thức trung tâm 7 1.1.4 Giao thức bảo mật song song 8 1.2 Vấn đề mã hoá 9 1.2.1 Khái niệm mã hoá 9 1.2.2 Hệ mã hoá đối xứng 10 1.2.3 Hệ mã hoá phi đối xứng 10 1.2.4 Chứng chỉ khoá công khai 11 1.3 Vấn đề ký số 12 1.4 Vấn đề xác thực số 13 Chương 2 KHE CẮM AN TOÀN (SSL) 16 2.1 Tổng quan về SSL 16 2.1.1 Lịch sử SSL 16 2.1.2 Cơ bản về SSL 16 2.1.3 SSL và ứng dụng thương mại điện tử 19 2.2 Giao thức bản ghi (Record Protocol) 20 2.3 Giao thức ChangeCipherSpec 23 2.4 Giao thức cảnh báo (Alert Protocol) 23 2.4.1 Kiểu Closure Alert 24 2.4.2 Kiểu Error Alert 24 2.5 Giao thức bắt tay (Handshake Protocol) 25 2.5.1 Giai đoạn 1 : Các thông điệp Hello cho kết nối logic 28 • 1. Thông điệp HelloRequest 28 • 2. Thông điệp ClientHello 28 2.5.2 Giai đoạn 2 : Xác thực Server và trao đổi khoá 30 Trang iv • 4. Thông điệp ServerCertificate 30 • 5. Thông điệp ServerKeyExchange 32 • 6. Thông điệp CertificateRequest 34 • 7. Thông điệp ServerHelloDone 36 2.5.3 Giai đoạn 3 : Xác thực Client và trao đổi khoá 36 • 8. Thông điệp ClientCertificate 36 • 9. Thông điệp ClientKeyExchange 37 • 10. Thông điệp CertificateVerify 38 2.5.4 Giai đoạn 4 : Kết thúc kết nối bảo mật 40 • 11. Thông điệp ChangeCipherSpec 40 • 12. Thông điệp Finished 41 2.5.5 Xác thực Server, xác thực client 42 2.5.5.1 Xác thực Server 42 2.5.5.2 Xác thực Client 43 2.6 Bảo mật của SSL 45 2.6.1 Các hệ mã hoá sử dụng với SSL 45 2.6.2 Bảo mật của SSL 46 2.7 Ưu điểm và hạn chế của SSL/TLS 48 2.7.1 Ưu điểm của SSL 48 2.7.2 Hạn chế của SSL 49 2.7.2.1 Các giới hạn giao thức cơ bản 49 2.7.2.2 Giới hạn công cụ 51 2.7.2.3 Các giới hạn môi trường 51 2.7.3 Tối ưu hoá SSL 52 2.7.3.1 Công nghệ tăng tốc giao dịch SSL 53 2.7.3.2 Tăng tốc SSL với vấn đề duy trì website (Web site persistence) 55 2.7.3.3 Tăng tốc SSL và content switch 55 2.7.3.4 Quá trình phát triển của bộ tăng tốc SSL 56 2.7.3.5 Bộ tăng tốc SSL của SonicWALL 56 2.7.3.6 Các đặc điểm nổi bật và lợi ích của SonicWALL SSL Offloader 57 2.7.3.7 Các phương án triển khai 59 Chương 3 BẢO MẬT TẦNG GIAO VẬN (TLS) 61 3.1 Giới thiệu tổng quan 61 Trang v 3.2 Thông điệp giao thức cảnh báo 62 3.3 Xác thực thông điệp 63 3.4 Sinh nguyên liệu khoá 64 3.5 Xác nhận chứng chỉ 67 3.6 Thông điệp Finished 67 3.7 Các bộ mã cơ sở 68 Chương 4 SỬ DỤNG GIAO THỨC SSL/TLS 69 Tài liệu tham khảo 77 Trang vi Danh sách hình vẽ Hình 1. Vị trí SSL trong mô hình giao thức bảo mật tách rời 5 Hình 2 Bảo mật có thể được gắn trực tiếp vào giao thức ứng dụng 6 Hình 3. IPSec 7 Hình 4. Giao thức ứng dụng sử dụng Kerberos 8 Hình 5. SSL tính toán một mã thông điệp 14 Hình 6. Vị trí SSL trong mô hình OSI 17 Hình 7. Vị trí giao thức bản ghi trong giao thức SSL 21 Hình 8. Các giai đoạn thi hành của giao thức bản ghi 21 Hình 9. Cấu trúc một thông điệp SSL Record 22 Hình 10. Thông điệp ChangeCipherSpec 23 Hình 11. Định dạng thông điệp Alert 24 Hình 12. Vị trí giao thức bắt tay 25 Hình 13. Tiến trình bắt tay 26 Hình 14. Thông điệp Certificate 31 Hình 15. ServerKeyExchange mang các tham số Diffie-Hellman 32 Hình 16. ServerKeyExchange mang các tham số RSA 33 Hình 17. ServerKeyExchange sử dụng Fortezza 33 Hình 18. Server ký một hàm băm của các tham số ServerKeyExchange 34 Hình 19. Thông điệp CertificateRequest 35 Hình 20. Thông điệp ServerHelloDone 36 Hình 21. Thông điệp ClientKeyExchange với RSA 37 Hình 22. Thông điệp ClientKeyExchange với Diffie-Hellman 38 Hình 23. Thông điệp ClientKeyExchange với Fortezza 38 Hình 24. CertificateVerify 39 Hình 25. Thông điệp Finished 41 Trang vii Hình 26. Thông điệp Finish bao gồm một hàm băm 42 Hình 27. Quá trình xác thực server 43 Hình 28. Quá trình xác thực client 45 Hình 29. Một bộ tăng tốc trực tuyến 54 Hình 30. TLS sử dụng HMAC để sinh đầu ra giả ngẫu nhiên 65 Hình 31. Hàm giả ngẫu nhiên của TLS sử dụng cả MD5 và SHA 66 Hình 32. TLS sử dụng PRF để tạo ra master secret và nguyên liệu khoá 67 Hình 33. TLS sử dụng PRF cho các thông điệp Finished 68 Danh sách bảng biểu Bảng 1. Giá trị các kiểu chứng chỉ 35 Bảng 2. Sự khác biệt giữa SSL v3.0 và TLSv1.0 61 Bảng 3. Các thay đổi trong giao thức cảnh báo 62 Bảng 4. Các bước sinh một đầu ra giả ngẫu nhiên 64 Trang viii Bảng chú giải một số cụm từ viết tắt CA Certificate Authority (Tổ chức cấp chứng chỉ) Client Máy khách HTTP HyperText Transfer Protocol (Giao thức truyền siêu văn bản) IETF Internet Engineering Task Force LDAP Lightweight Directory Access Protocol MAC Message Authentication Code (Mã xác thực thông điệp) Server Máy chủ SSL Secure Sockets Layer (Khe cắm an toàn) TCP/IP Transfer Control Protocol/Internet Protocol TLS Transport Layer Security (Bảo mật tầng giao vận) Giới thiệu Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/TLS Đặng Thị Huê Trang 1 Giới thiệu Việc kết nối giữa một Web browser tới bất kỳ điểm nào trên mạng Internet đi qua rất nhiều các hệ thống độc lập mà không có bất kỳ sự bảo vệ nào với các thông tin trên đường truyền. Không một ai kể cả người sử dụng lẫn Web server có bất kỳ sự kiểm soát nào đối với đường đi của dữ liệu hay có thể kiểm soát được liệu có ai đ ó thâm nhập vào thông tin trên đường truyền. Để bảo vệ những thông tin mật trên mạng Internet hay bất kỳ mạng TCP/IP nào, SSL (Secure Sockets Layer) đã kết hợp những yếu tố sau để thiết lập được một giao dịch an toàn : đó là khả năng bảo mật thông tin, xác thực và toàn vẹn dữ liệu đến người dùng. SSL được tích hợp sẵn vào các browser và Web server, cho phép người sử dụng làm việc với các trang Web ở chế độ an toàn. Khi Web browser sử d ụng kết nối SSL tới server, biểu tượng ổ khóa sẽ xuất hiện trên thanh trạng thái của cửa sổ browser và dòng “http” trong hộp nhập địa chỉ URL sẽ đổi thành “https”. Một phiên giao dịch HTTPS sử dụng cổng 443 thay vì sử dụng cổng 80 như dùng cho HTTP.Tuy nhiên, mặt trái của SSL là làm chậm lại hiệu nǎng thực hiện của ứng dụng. Mức sử dụng tài nguyên hệ thống CPU đòi hỏi trong tiến trình mã hoá và gi ải mã cho một trang SSL có thể cao hơn từ 10 đến 100% so với các trang không được bình thường. Nếu máy chủ có lưu lượng các trang SSL cao, có thể chúng ta phải cân nhắc tới việc sử dụng thêm một bộ tǎng tốc SSL phần cứng. Đề tài luận văn đề cập đến thuộc lĩnh vực an toàn, xác thực và bảo mật thông tin trên mạng. An toàn thông tin là một yêu cầu rất quan trọng trong việc truyền dữ liệu trên mạng đặc bi ệt là với các giao dịch thương mại điện tử, còn xác thực là một trong những mục tiêu trọng tâm của các website học tập trực tuyến. Những hậu quả do rò rỉ thông tin gây ra là rất lớn và khó có thể lường hết được. Ngày nay, dù ở Việt Nam, các nhà quản trị mạng đã bắt đầu quan tâm tới lĩnh vực này, nhưng thực sự vẫn chưa có nhiều nghiên cứu được tiến hành chi tiế t và việc ứng dụng còn là rất hạn chế. Với xu thế phát triển hiện nay, trên con đường hội nhập với nền công nghệ thông tin của thế giới, chúng ta cần có những hiểu biết sâu sắc và toàn diện về an toàn và bảo mật thông tin. Từ những vấn đề nêu trên, luận văn đã thực hiện việc tiến hành những nghiên cứu chi tiết về một công nghệ bảo mật và xác thự c mạng hiện nay đang được sử dụng rất phổ biến là Secure Sockets Layer (SSL), giao thức bảo mật tầng giao vận. Đồng thời cũng đưa ra giới thiệu công nghệ tăng tốc SSL, được sử dụng nhằm tăng hiệu [...]... liên kết các dịch vụ bảo mật một cách chặt chẽ với ứng dụng Mỗi khi giao thức ứng dụng thay đổi, các thi hành bảo mật phải được quan tâm cẩn thận, và các chức năng bảo mật của Đặng Thị Huê Trang 6 Chương 1 - Một số vấn đề về bảo mật Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS giao thức phải được thay đổi thích hợp Một giao thức tách rời như SSL cách ly các dịch vụ bảo mật từ giao thức ứng dụng, cho phép mỗi... khoá, xác nhận chứng chỉ, nội dung thông điệp Finished và các bộ mã được sử dụng với TLS Đặng Thị Huê Trang 3 Giới thiệu Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS Phần cuối của luận văn là phần giới thiệu về cách cấu hình IIS và Apache sử dụng bảo mật SSL với các website Với khoá luận này, chúng tôi muốn giới thiệu về một cơ chế bảo mật (SSL) trong thương mại điện tử, tầm quan trọng cũng như những lợi ích của... khi sự bảo mật được thêm vào, và đặc biệt là ứng dụng có thể tạo ra quyết định có sử dụng SSL hay không Hoạt động Đặng Thị Huê Trang 7 Chương 1 - Một số vấn đề về bảo mật Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS đó tạo sự dễ dàng cho các ứng dụng có thể chọn các dịch vụ bảo mật phù hợp nhất với mình Bất kể những trở ngại này, IPSEC thêm vào các công cụ bảo mật mới khá hiệu quả trên Internet, vào không còn...Giới thiệu Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS năng của Website Với khoá luận này, em muốn mang lại cái nhìn chi tiết hơn về công nghệ bảo mật SSL, hy vọng rằng nó sẽ được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam trong một tương lai không xa Nội dung khoá luận được trình bày bao gồm các phần sau : Chương 1 trình bày một số phương pháp bảo mật mạng cùng với các khái niệm cơ bản về... hy vọng sẽ mang lại một cái nhìn đúng đắn và sâu sắc hơn về vai trò của bảo mật và xác thực qua mạng cũng như xu hướng phát triển của nó trong tương lai Đặng Thị Huê Trang 4 Chương 1 - Một số vấn đề về bảo mật Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS Chương 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO MẬT 1.1 Vấn đề an toàn mạng Giao thức SSL cung cấp bảo mật hiệu quả cho các phiên giao dịch Web, nhưng nó không phải là phương... dịch vụ của IP để bảo đảm rằng truyền thông là tin tưởng được Trên cùng là Hypertext Transfer Protocol Bên phải của hình 1, SSL thêm sự bảo mật bằng cách thực thi như một giao thức bảo mật riêng biệt, thêm nó vào giữa HTTP và TCP Làm việc như một giao thức mới, SSL yêu cầu rất ít sự thay đổi trong Đặng Thị Huê Trang 5 Chương 1 - Một số vấn đề về bảo mật Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS các giao... tin Việc triển khai các hệ thống ứng dụng sử dụng hạ tầng truyền thông Internet đòi hỏi có độ bảo mật cao (đặc biệt trong ngân hàng, tài chính, quốc phòng ), và cần phải được xây Đặng Thị Huê Trang 19 Chương 2 - Khe cắm an toàn Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS dựng dựa trên sơ đồ gồm các lớp bảo mật nhiều tầng độc lập Ví dụ như giao thức Giao dịch điện tử bảo mật SET (Secure Electronic Transaction),... bên dưới Giao diện ứng dụng HTTP với SSL gần giống như với TCP khi không có bảo mật Bên cạnh việc yêu cầu những thay đổi rất nhỏ để có thể thi hành được, phương pháp này còn có những tiện ích quan trọng khác: nó cho phép SSL hỗ trợ các ứng dụng khác ngoài HTTP Mục đích chính của việc phát triển SSL là bảo mật Web, nhưng SSL cũng được sử dụng để thêm vào sự bảo mật cho các ứng dụng Internet khác, bao... cho Dk(Ek(x)) = x, ∀ x ∈P Hiện nay các hệ mật mã được phân làm hai loại chính là: hệ mật mã đối xứng và hệ mật mã phi đối xứng (hay còn gọi là hệ mật mã khóa công khai) Đặng Thị Huê Trang 9 Chương 1 - Một số vấn đề về bảo mật Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS 1.2.2 Hệ mã hoá đối xứng Phương pháp mã hoá đối xứng còn được gọi là phương pháp mã hoá khoá bí mật Với phương pháp này thì người gửi và người... (digital certificate) Đặng Thị Huê Trang 10 Chương 1 - Một số vấn đề về bảo mật Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS Phương pháp này sử dụng thuật toán mã hoá Rivest Shamir Adleman (RSA) và DiffieHellman(DH) Vì phương pháp mã hoá này rất chậm nên chỉ được sử dụng để mã hoá những mẩu dữ liệu nhỏ 1.2.4 Chứng chỉ khoá công khai Chứng chỉ khoá công khai (public key certificate) dùng để làm cho hai bên client . được sử dụng với TLS. Giới thiệu Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS Đặng Thị Huê Trang 4 Phần cuối của luận văn là phần giới thiệu về cách cấu hình IIS và Apache sử dụng bảo mật SSL. Sockets Layer (SSL) , giao thức bảo mật tầng giao vận. Đồng thời cũng đưa ra giới thiệu công nghệ tăng tốc SSL, được sử dụng nhằm tăng hiệu Giới thiệu Nghiên cứu sử dụng công nghệ SSL/ TLS Đặng. HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đặng Thị Huê NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BẢO MẬT SSL/ TLS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành : Công nghệ thông tin Cán bộ