- Reserved: Trường 16 bit dự trữ để sử dụng cho tương lai, giá trị của trường này bằng 0. - SPI: Là một số 32 bit bất kì, cùng với địa chỉ IP đích và giao thức an ninh mạng cho phép nhận dạng một thiết lập an toàn duy nhất cho gói dữ liệu. SPI thường được lựa chọn bởi phía thu. - Sequence Number(SN): Trường gồm 32 bit không dấu đếm tăng dần để sử dụng cho việc chống trùng lặp. Chống trùng lặp là một lựa chọn nhưng trường này là bắt buộc đối với phía phát. Bộ đếm của phía phát và thu khởi tạo 0 khi một liên kết an toàn (SA) được thiết lập, giá trị SN mỗi gói trong một SA phải hoàn toàn khác nhau để tránh trùng lặp. Nếu số gói vượt quá con số 2 32 thì một SA khác phải được thiết lập. - Authentication Data: Trường có độ dài biến đổi chứa một giá trị kiểm tra tính toàn vẹn (ICV) cho gói tin, ICV được tính bằng thuật toán đã được chọn khi thiết lập SA. Độ dài của trường này là số nguyên lần của 32 bit, chứa một phần dữ liệu đệm để đảm bảo độ dài của AH là n*32 bit. Giao thức AH sử dụng một hàm băm và băm toàn bộ gói tin trừ trường Authentication Data để tính ICV. 2. Chế độ hoạt động AH có thể sử dụng ở hai chế độ: Chế độ truyền tải (Transport) và chế độ đường hầm(Tunnel). Authentication Data (Integrity Check Value) Next Header PayloadLength Reserved Security Parameter Index(SPI) Sequence Number IP Header Payload AH Header - Chế độ Transport: Chế độ Transport cho phép bảo vệ các giao thức lớp trên cùng với một số trường trong IP Header. Trong chế độ này, AH được chèn vào sau IP Header và trước một giao thức lớp trên như TCP hoặc UDP. Chế độ Transport thường được sử dụng bởi các Host chứ không được sử dụng bởi Gateway. Ưu điểm của chế độ này là đỡ tốn kém chi phí xử lý nhưng nó có khuyết điểm là các trường có thể thay đổi không được xác thực. Hình 3.5. Gói tin IP trước và sau khi xử lý AH trong chế độ Transport - Chế độ Tunnel: Trong chế độ Tunnel, một gói tin IP khác được thiết lập dựa trên các gói tin IP cũ. Header của gói IP cũ (bên trong) mang địa chỉ nguồn và đích cuối cùng, còn Header của gói IP mới (bên ngoài) mang địa chỉ để định tuyến trên Internet. Trong chế độ này, AH bảo vệ toàn bộ gói tin bên trong bao gồm cả Header. Đối với gói tin IP bên ngoài thì vị trí của AH như là trong chế độ transport. Hình 3.6: Khuôn dạng gói tin AH trong chế độ Tunnel. IP Hdr Payload OuterIP Hdr AH Hdr Payload Inner IP Hdr Gói tin IP ban đầu Gói tin AH trong chế độ Tunnel IP Hdr Payload IP Hdr Payload AH Hdr Gói tin IP ban đầu Gói tin với tiêu đề AH trong chế độ transport Ưu điểm của chế độ Tunnel là bảo vệ toàn bộ gói IP và các địa chỉ cá nhân trong IP Header, tuy nhiên có nhược điểm là tốn chi phí hơn nhiều để xử lý các gói tin. 3. Các thuật toán xác thực Các thuật toán xác thực để tính ICV được xác định bởi các liên kết bảo mật (SA). Các thuật toán xác thực thích hợp là các thuật toán hàm băm một chiều MD5 và SHA1 (Các thuật toán này bắt buộc một ứng dụng AH phải hỗ trợ). MD5 là chữ viết tắt của Message Digest #5 do Ron Rivest thuộc RSA Security Inc phát minh, tính giá trị Hash 128 bit từ một bản tin nhị phân có độ dài tuỳ ý. SHA được phát triển bởi NIST và NSA, SHA-1 tính giá trị Hash 160 bit từ một bản tin nhị phân có độ dài tuỳ ý. SHA-1 tương tự như MD5 nhưng an toàn hơn do kích thước băm lớn hơn. 4. Xử lý gói đầu vào Quá trình xử lý gói đầu vào được thực hiện ngược với quá trình xử lý gói đầu ra - Ghép mảnh: Nếu cần thiết, sẽ tiến hành ghép mảnh trước khi xử lý AH. - Tìm kiếm SA: Khi đã nhận được một gói tin chứa AH Header, phía thu sẽ xác định một SA phù hợp với địa chỉ IP đích, AH và SPI. Thông tin trong SA sẽ cho biết có cần kiểm tra trường Sequence Number(SN) hay không, có cần thêm trường Authentication Data hay không, các thuật toán và khoá để giải mã ICV. Nếu không có SA nào phù hợp thì phía thu sẽ loại bỏ gói tin. - Kiểm tra SN: Nếu bên thu không chọn dịch vụ chống lặp thì không cần kiểm tra trường SN. Nếu phía thu có sử dụng dịch vụ chống lặp cho một SA thì bộ đếm gói thu phải được khởi tạo = 0 khi thiết lập SA. Với mỗi gói tin vào khi phía thu tiếp nhận, sẽ kiểm tra có chứa số SN không lặp lại của bất kỳ gói nào trong thời gian tồn tại của SA đó. Nếu bị lặp, gói tin đó sẽ bị loại bỏ. 5. Xử lý gói đầu ra - Tìm SA: AH được thực hiện trên một gói tin khi đã xác định gói tin đó được liên kết với một SA, SA đó sẽ yêu cầu xử lý gói tin. - Tạo SN: Bộ đếm phía phát khởi tạo giá trị 0 khi một SA được thiết lập. Khi truyền một gói tin, bộ đếm sẽ tăng lên 1 và chèn giá trị này vào trường SN. Nếu phía phát lựa chọn dịch vụ AntiReplay sẽ kiểm tra để đảm bảo không bị lặp trước khi chèn một giá trị mới vào trường SN. - Tính ICV: AH ICV được tính dựa trên các dữ liệu sau: + Các trường trong IP Header có giá trị không đổi hoặc có giá trị không dự đoán được trong quá trình truyền tới điểm cuối. + Bản thân AH Header: Next Header, Payload, Length, Reserved, SPI, SN, Authentication Data (được đặt bằng 0), và explicit padding (nếu có). + Dữ liệu của các giao thức lớp trên. + Các trường có giá trị thay đổi sẽ được coi bằng 0 trong phép tính ICV các trường có giá trị thay đổi nhưng có thể dự đoán được thì sẽ giữ nguyên giá trị. - Padding: Có hai loại chèn padding là Authenticaiton Data và Implicit Packet Padding (chèn dữ liệu ngầm định). + Authenticaiton Data Padding: Nếu đầu ra của thuật toán xác thực là 96 bit thì không cần chèn thêm dữ liệu. Nhưng nếu ICV có kích thước khác thì phải chèn thêm, nội dung của phần chèn thêm là tuỳ chọn và được đặt sau Authentication Data. + Implicit Packet Padding: Đối với một số thuật toán xác thực, chuỗi byte để tính ICV phải là một số nguyên lần của khối n byte. Nếu độ dài gói IP không thoả mãn điều kiện đó thì Implicit Packet Padding sẽ được thêm vào phía cuối của gói. Các byte này bằng 0 và không được truyền đi cùng gói. - Phân mảnh: Khi cần thiết, phân mảnh sẽ được thực hiện 3.1.3.1. Giao thức đóng gói tải bảo mật(ESP) Mục đích chính của ESP là cung cấp sự tin cậy thêm vào xác thực người gửi và xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu trong khi truyền. ESP mã hoá nội dung của gói dữ liệu bằng cách dùng các thuật toán mã hoá, như đã xác định bởi SA. Một số thuật toán được sử dụng bởi ESP bao gồm: DES-CBG, NULL, CAST-128, IDEA và 3DES. Các thuật toán xác thực thường được dùng tương tự như trong AH là HMAC-MD5 và HMAC-SHA. Như đã so sánh với AH, AH mang lại tính xác thực và toàn vẹn dữ liệu đối với gói dữ liệu IP. ESP không bảo vệ toàn bộ gói dữ liệu. Chỉ có payload được bảo vệ, như trong hình 3.7. Tuy nhiên, ESP rất mạnh trong nhóm mã hoá. Nó cũng không chiếm dụng nhiều CPU. Kết quả là nó nhanh hơn AH. Nhưng 24 byte mà nó thêm vào gói dữ liệu có thể làm chậm xuống việc phân đoạn và tính toán thông lượng. IP H eader E S P H ead er E S P T railer E S P A u th en ticationP ayL o ad Hình 3.7 Gói IP sau khi tiêu đề ESP và Trailer ESP được thêm vào 1. Khuông dạng gói dữ liệu dựa trên ESP Khuôn dạng của gói ESP phức tạp hơn so với khuôn dạng của AH, nó không chỉ gồm ESP header mà còn ESP trailer và ESP Authentication data. Dữ liệu tải(Payload) được định vị giữa header và trailer. Hình 3.8 Khuôn dạng ESP Các trường trong ESP đều là bắt buộc: - SPI: Là một số 32 bit bất kỳ, cùng với địa chỉ IP đích và giao thức an ninh, ESP cho phép nhận dạng duy nhất SA cho gói dữ liệu này. Các giá trị SPI từ 1 đến IP Hdr Payload ESP Hdr ESP Trl ESP Auth SecurityParameters Index (SPI) Sequence Number Padding Pad Next 32 32 0-255 8 8 Bits 255 được dành riêng để sử dụng trong tương lai. Giá trị SPI = 0 để chỉ ra chưa có SA nào tồn tại. - SN: Giống như AH, trường SN chứa một giá trị đếm tăng dần để chống lặp lại. Mỗi SA được lựa chọn thì giá trị của trường này bắt đầu là 0. - Payload Data: Trường có độ dài biến đổi chứa dữ liệu mô tả trong Next Header. Payload Data là trường bắt buộc, được mã hoá bởi các thuật toán mã hoá, các thuật toán mã hoá này được lựa chọn ngay khi thiết lập SA. Trường này có độ dài bằng một số nguyên lần 1 byte. - Padding: Trường này được thêm vào để đoạn được mã hoá là một số nguyên lần của một khối các byte. Ngoài ra trường còn dùng để che dấu độ dài thực của Payload. - Pad Length: Trường này xác định số byte padding đã thêm vào (0 đến 225) - Next Header: Là trường 8 bit bắt buộc, nó chỉ ra kiểu dữ liệu trong Payload Data. Ví dụ một giao thức bậc cao hơn như TCP. Giá trị của trường được chọn trong chuẩn IP Protocol Number được đưa ra bởi IANA. - Authentication Data: Trường có độ dài biến đổi chứa giá trị ICV được tính cho gói ESP từ SPI đến Next Header. Authentication là trường không bắt buộc, được thêm vào nếu dịch vụ Authentication được lựa chọn cho SA đang . lý gói đầu ra - Tìm SA: AH được thực hiện trên một gói tin khi đã xác định gói tin đó được liên kết với một SA, SA đó sẽ yêu cầu xử lý gói tin. - Tạo SN: Bộ đếm phía phát khởi tạo giá trị 0. toán được sử dụng bởi ESP bao gồm: DES-CBG, NULL, CAST-128, IDEA và 3DES. Các thuật toán xác thực thường được dùng tương tự như trong AH là HMAC-MD5 và HMAC-SHA. Như đã so sánh với AH, AH mang. xử lý gói đầu vào được thực hiện ngược với quá trình xử lý gói đầu ra - Ghép mảnh: Nếu cần thiết, sẽ tiến hành ghép mảnh trước khi xử lý AH. - Tìm kiếm SA: Khi đã nhận được một gói tin chứa