nghiên cứu và các giải pháp công nghệ cho vấn đề xây dựng mạng riêng ảo (vpn)

Tốc độ là một vấn đề lớn đối với các kết nối dial-up RAS, tuy nhiên một vấn đề lớn hơn là chi phí cho các kết nối đối với khoảng cách dài cần có cho việc truy cập Ngày nay với sự phát tr

Mục lục Lời mở đầu

Chương 1: Tổng quan về VPN

1 Tổng Quan 5

1.1 Định nghĩa VPN 5

1.2 Lợi ích của VPN 6

1.3 Chức năng của VPN 7

2 Định nghĩa “đường hầm” và “mã hoá” 7

2.1 Định nghĩa đường hầm: 7

2.2 Cấu trúc một gói tin IP trong đường hầm: 8

2.3 Mã hoá và giải mã (Encryption/Deccryption): 8

2.4 Một số thuật ngữ sử dụng trong VPN: 8

2.5 Các thuật toán được sử dụng trong mã hoá thông tin 9

3 Các dạng kêt nối mạng riêng ảo VPN 10

3.1 Truy cập VPN (Remote Access VPNs) 10

3.1.1 Một số thành phần chính 11

3.1.2 Thuận lợi chính của Remote Access VPNs: 12

3.1.3 Ngoài những thuận lợi trên, VPNs cũng tồn tại một số bất lợi khác như: 12

3.2 Site – To – Site VPN 13

3.2.1 Intranet 14

3.2.2 Extranet VPNs (VPN mở rộng) 16

4 VPN và các vấn đề an toàn bảo mật trên Internet 18

4.1 An toàn và tin cậy 19

4.2 Hình thức an toàn 20

Chương 2: Giao thức trong VPN 1 Bộ giao thức IPSec (IP Security Protocol): 22

1.1 Cấu trúc bảo mật 22

1.1.1 Hiện trạng 23

2 Chế độ làm việc của IPSec 23

2.1 Chế độ chuyển vận (Transport mode) 23

2.2 Chế độ đường hầm ( Tunnel Mode ): 24

3 Giao thức PPTP và L2TP 31

3.1 Giao thức định đường hầm điểm tới điểm (Point-to-Point Tunneling Protocol) 31

3.1.1 Quan hệ giữa PPTP và PPP 32

3.2 Giao thức chuyển tiếp lớp 2 (Layer 2 Forwarding Protocol) 34

3.3 Giao thức định đường hầm lớp 2 (Layer 2 Tunneling Protocol) 35

3.3.1 Quan hệ giữa L2TP với PPP 36

3.4 Tổng quan giao thức đinh đường hầm lớp 2 ( L2TP Overview) 38

3.6.1 Ưu điểm của L2TP 43

3.6.2 Ưu điểm của PPTP 43

Chương 3: Mã hoá và chứng thực trong VPN 1 Mã hoá trong VPN 45

1.1 Thuật toán mã hoá DES 45

1.1.1 Mô tả DES 46

1.1.2 Ưu và nhược điểm của DES 47

1.1.3 Ứng dụng của thuật toán DES trong thực tế 47

1.2 Thuật toán mã hoá 3DES 48

1.2.1 Mô tả 3DES 48

1.2.2 Ưu và nhược điểm của 3DES 49

1.3 Giải thuật hàm băm (Secure Hash Algorithm) 49

1.4 Giải thuật RSA 49

2 Chứng thực trong VPN 50

2.1 Password Authentication Protocol (PAP): Giao thức chứng thực bằng mật khẩu 51

2.2 Challenge Handshare Authentication Protocol (CHAP) 52

3 Firewall 52

3.1 Khái niệm về Firewall 52

3.2 Các thành phần của Firewall 53

3.2.1 Bộ lọc gói (Packet Filtering Router) 53

3.2.2 Cổng ứng dụng (Application-level gateway) 55

3.2.3 Cổng vòng (Circuit-level Gateway) 57

3.3 Những hạn chế từ Firewall 58

3.4 Thiết lập chính sách cho Firewall 58

3.5 Một số loại Firewall 59

3.5.1 Screened Host Firewall 60

3.5.2 Screened-Subnet Firewall 61

3.6 Mô hình kết hợp Firewall với VPN 62

Chương 4: Cấu hình VPN trên thiết bị Cisco 1 Mô hình Site –to – Site VPN và Extranet VPN 64

1.1 Kịch bản Site – to – site VPN 64

1.1.1 Phân chia các thành phần địa chỉ vật lý của mô hình site – to –site VPN 64

1.1.2 Bảng địa chỉ chi tiết cho mô hình mạng Site – to – Site VPN 65

2.1 Kịch bản Extranet 65

2.1.1 Phân chia các thành phần địa chỉ vật lý của mô hình Extranet VPN 66

2.1.2 Bảng địa chỉ chi tiết cho mô hình mạng Extranet VPN 66

2 Cấu hình đường hầm (tunnel) 67

2.1 Sự định cấu hình một GRE Tunnel 68

2.1.1 Sự cấu hình giao diện đường hầm, Nguồn, và Đích 68

2.1.2 Kiểm tra giao diện đường hầm, Nguồn, và Đích 70

2.2 Cấu hình một IPSec Tunnel: 70

3 Cấu hình NAT (Network Address Translation) 71

3.1 Cấu hình Static Inside Source Address Translation 73

3.2 Kiểm tra Static Inside Source Address Translation 73

4 Cấu hình sự mã hoá và IPSec 74

4.1 Cấu hình những chính sách IKE: 75

4.1.1 Tạo ra những chính sách IKE 76

4.1.2 Cấu hình bổ xung thêm yêu cầu cho những chính sách IKE: 77

4.1.3 Cấu hình Những khoá dùng chung 78

4.2 Cấu hình cổng vào cho sự thao tác giữa chứng chỉ số 80

4.2.1 Kiểm tra IKE Policies 81

4.2.2 Cấu hình khoá dùng chung khác 81

4.3 Cấu hình IPSec và chế độ IPSec tunnel 82

4.3.1 Tạo ra những danh sách truy nhập mật mã 83

4.3.2 Kiểm tra những danh sách mật mã 83

4.4 Định nghĩa những tập hợp biến đổi và cấu hình chế độ IPSec tunnel 83

4.4.1 Kiểm tra những tập hợp biến đổi và chế độ IPSec tunnel 85

4.5 Cấu hình Crypto Maps 85

4.5.1 Tạo ra những mục Crypto Map 85

4.5.2 Kiểm tra những mục Crypto map 88

4.5.3 Áp dụng Crypto map vào Interface 88

4.5.4 Kiểm tra sự kết hợp Crypto Map trên interface 89

5 Cấu hình những tính năng Cisco IOS Firewall 89

5.1 Tạo ra Access list mở rộng và sử dụng số Access list 90

5.2 Kiểm tra Access list mở rộng 90

5.3 Áp dụng Access-list tới Interface 90

5.4 Kiểm tra Access-list được áp dụng chính xác 91

Chương 5: Cấu hình VPN trên Widows Server 2003 1 Giới thiệu chung 92

2 Cài đặt VPN Server 92

3 Cấu hình VPN Server 99

3.1 Route and Remote Access Properties 99

3.2 Ports Properties 102

3.3 Remote Access Policies 103

4 Tạo User trên Windows cho phép sử dụng VPN 104

5 VPN Client trên Windows XP 106

6 Quản lý kết nối trên VPN Server 113

Kết luận 115

Tài liệu tham khảo 116

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TĂT 117

Lời mở đầu

Trước kia, cách truy cập thông tin từ xa trên máy tính được thực hiện là

sử dụng một kết nối quay số Các kết nối RAS dial-up làm việc trên các đường điện thoại POTS (Plain Old Telephone Service) thông thường và có tốc độ đạt vào khoảng 56kbps Tốc độ là một vấn đề lớn đối với các kết nối dial-up RAS, tuy nhiên một vấn đề lớn hơn là chi phí cho các kết nối đối với khoảng cách dài cần có cho việc truy cập

Ngày nay với sự phát triển bùng nổ, mạng Internet ngày càng được mở rộng, khó kiểm soát và kèm theo đó là sự mất an toàn trong việc trao đổi thông tin trên mạng, các thông tin dữ liệu trao đổi trên mạng có thể bị rò rỉ hoặc bị đánh cắp khiến cho các tổ chức như: Các doanh nghiệp, Ngân hàng, Công ty …

và các doanh nhân lo ngại về vấn đề an toàn và bảo mật thông tin dữ liệu trong các mạng cục bộ của mình (LAN) khi trao đổi thông tin qua mạng công cộng Internet

VPN ( Virtual Private Network) là giải pháp được đưa ra để cung cấp một giải pháp an toàn cho các: Tổ chức, doanh nghiệp … và các doanh nhân trao đổi thông tin từ mạng cục bộ của mình xuyên qua mạng Internet một cách an toàn và bảo mật Hơn thế nữa nó còn giúp cho các doanh nghiệp giảm thiểu được chi phí cho những liên kết từ xa vì địa bàn rộng (trên toàn quốc hay toàn cầu)

Là một sinh viên công nghệ, phần nào em cũng hiểu được sự băn khoăn

và lo lắng về sự mất an toàn bảo mật khi trao đổi thông tin của các tổ chức, cá nhân Với sự hướng dẫn, và giúp đỡ của thầy cô và bạn bè, em chọn đề tài mạng riêng ảo (VPN) để nghiên cứu và các giải pháp công nghệ cho vấn đề xây dựng mạng riêng ảo Nghiên cứu các mô hình truy cập, các phương pháp xác thực và ứng dụng triển khai cài đặt trên các hệ thống mạng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VPN

Trong thời đại ngày nay Internet đã phát triển mạnh mẽ về mặt mô hình cho nền công nghiệp, đáp ứng các nhu cầu của người sử dụng Internet đã được thiết kế để kết nối nhiều mạng khác nhau và cho phép thông tin chuyển đến người sử dụng một cách tự do và nhanh chóng mà không xem xét đến máy và mạng mà người sử dụng đó đang sử dụng Để làm được điều này người ta sử dụng một máy tính đặc biệt gọi là Router để kết nối các LAN và WAN với nhau Các máy tính kết nối vào Internet thông qua nhà cung cấp dịch vụ (ISP –Internet service Provider), cần một giao thức chung là TCP/IP Điều mà kỹ thuật còn tiếp tục phải giải quyết là năng lực truyền thông của các mạng viễn thông công cộng Với Internet, những dịch vụ như giáo dục từ xa, mua hang trực tuyến, tư vấn y tế,và rất nhiều điều khác đã trở thành hiện thực Tuy nhiên do Internet có phạm

vi toàn cầu và không một tổ chức, chính phủ cụ thể nào quản lý nên rất khó khăn trong việc bảo mật và an toàn dữ liệu cũng như trong việc quản lý các dịch vụ

Từ đó người ta đã đưa ra một mô hình mạng mới nhằm thoã mãn những yêu cầu trên mà vẫn có thể tận dụng lại những cơ sở hạ tầng hiện có của Internet, đó chính là mô hình mạng riên ảo (Virtual Private Network – VPN ) Với mô hình mới này, người ta không phải đầu tư thêm nhiều về cơ sở hạ tầng mà các tính năng như bảo mật, độ tin cậy vẫn đảm bảo, đồng thời có thể quản lý riêng được

sự hoạt động của mạng này VPN cho phép người sử dụng làm việc tại nhà riêng, trên đường đi hay các văn phòng chi nhánh có thể kết nối an toàn đến máy chủ của tổ chức mình bằng cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi mạng công cộng

Nó có thể đảm bảo an toàn thông tin giữa các đại lý, người cung cấp, và các đối tác kinh doanh với nhau trong môi trường truyền thông rộng lớn Trong nhiều trường hợp VPN cũng giống như WAN (Wire Area Network), tuy nhiên đặc tính quyết định của VPN là chúng có thể dùng mạng công cộng như Internet mà đảm bảo tính riêng tư và tiết kiệm hơn nhiều

VPN được hiểu đơn giản như là sự mở rộng của một mạng riêng ( Private Network) thông qua các mạng công cộng Về căn bản, mỗi VPN là một mạng riêng rẽ sử dụng một mạng chung (thường là Internet) để kết nối cùng với các site (các mạng riêng lẻ) hay nhiều người sử dụng từ xa Thay cho việc sử dụng

các nhân viên từ xa Để có thể gửi và nhận dữ liệu thông qua mạng công cộng

mà vẫn bảo đảm tính an toàn và bảo mật VPN cung cấp các cơ chế mã hoá dữ liệu trên đường truyền tạo ra một đường ống bảo mật giữa nơi nhận và nơi gửi (Tunnel) giống như một kết nối point-to-point trên mạng riêng Để có thể tạo ra một đường ống bảo mật đó, dữ liệu phải được mã hoá hay cơ chế giấu đi, chỉ cung cấp phần đầu gói dữ liệu (header) là thông tin về đường đi cho phép nó có thể đi đến đích thông qua mạng công cộng một cách nhanh chóng Dữ liệu được

mã hoá một cách cẩn thận do đó nếu các packet bị bắt lại trên đường truyền công cộng cũng không thể đọc được nội dùng vì không có khoá để giải mã Liên kết với dữ liệu được mã hoá và đóng gói được gọi là kết nối VPN Các đường kết nối VPN thường được gọi là đường ống VPN (Tunnel)

 Tính linh hoạt cho khả năng kinh tế trên Internet: VPN vốn đã có tính linh hoạt và có thể leo thang những kiến trúc mạng hơn là những mạng cổ điển, băng cách nào đó nó có thể hoạt động kinh doanh nhanh chóng và chi phí một cách hiệu quả cho việc kết nối từ xa của những văn phòng, những vị trí ngoài quốc tế, những người truyền

thông, những người dùng điện thoại di động, những người hoạt động kinh doanh bên ngoài như những yêu cầu kinh doanh đã đòi hỏi

 Đơn giản hóa những gánh nặng

 Những cấu trúc mạng ống, vì thế giảm việc quản lý những gánh nặng:

Sử dụng một giao thức Internet backbone loại trừ những PVC tĩnh hợp với kết nối hướng những giao thức như là Frame Relay và ATM

 Tăng tính bảo mật: Các dữ liệu quan trọng sẽ được che giấu đối với những người không có quyền truy cập và cho phép truy cập đối với những người dùng có quyền truy cập

 Hỗ trợ các giao thức mạng thông dụng nhất hiện nay như TCP/IP

 Bảo mật địa chỉ IP: Bởi vì thông tin được gửi đi trên VPN đã được mã hoá

do đó các địa chỉ bên trong mạng riêng được che giấu và chỉ sử dụng các địa chỉ bên ngoài Internet

VPN cung cấp 4 chức năng chính

 Sự tin cậy (Confidentiality): Người gửi có thể mã hoá các gói dữ liệu trước khi truyền chúng ngang qua mạng Bằng cách làm như vậy, không một ai có thể truy nhập thông tin mà không được phép, mà nếu lấy được thông tin thì cũng không đọc được vì thông tin đã được mã hoá

 Tính toàn vẹn dữ liệu (Data Integrity): Người nhận có thể kiểm tra rằng dữ liệu đã được truyền qua mạng Internet mà không có sự thay đổi nào

 Xác thực nguồn gốc (Origin Authentication): Người nhận có thể xác thực nguồn gốc của gói dữ liệu, đảm bảo và công nhận nguồn thông tin

Chức năng chính của một mạng riêng ảo VPN là cung cấp sự bảo mật thông tin bằng cách mã hoá và chứng thực qua một đường hầm (tunnel)

Cung cấp các kết nối logic, điểm tới điểm vận chuyển các gói dữ liệu mã hoá bằng một đường hầm riêng biệt qua mạng IP, điều đó làm tăng tính bảo mật thông tin vì dữ liệu sau khi mã hoá sẽ lưu chuyển trong một đường hầm được thiết lập giữa người gửi và người nhận cho nên sẽ tránh được sự mất cắp, xem

 L2TP (layer 2 Tunneling Protocol): Giao thức định đường hầm lớp

2

 PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)

 L2F (Layer 2 Forwarding)

Các VPN nội bộ và VPN mở rộng có thể sử dụng các công nghệ:

 IP Sec (IP security)

 GRE (Genenic Routing Encapsulation)

2.2 Cấu trúc một gói tin IP trong đường hầm:

Tunnel mode packet

IP AH ESP Header Data

Biến đổi nội dùng thông tin nguyên bản ở dạng đọc được (clear text hay plain text) thành một dạng văn bản mật mã vô nghĩa không đọc được (cyphertex), vì vậy nó không có khả năng đọc được hay khả năng sử dụng bởi những người dùng không được phép Giải mã là quá trình ngược lại của mã hoá, tức là biến đổi văn bản đã mã hoá thành dạng đọc được bởi những người dùng được phép

Hệ thống mã hoá (Crysystem): là một hệ thống để thực hiện mã hoá hay

giải mã, xác thực người dùng, băm (hashing), và các quá trình trao đổi khoá, một

hệ thống mã hoá có thể sử dụng một hay nhiều phương thức khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu cho một vài loại traffic người dùng cụ thể

Hàm băm (hashing): là một kỹ thuật toàn vẹn dữ liệu mà sử dụng một công thức hoặc một thuật toán để biến đổi một bản tin có chiều dài thay đổi và một khoá mật mã công cộng vào trong một chuỗi đơn các số liệu có chiều dài cố đinh Bản tin hay khoá và hash di chuyển trên mạng từ nguồn tới đích Ở nơi nhận việc tính toán lại hash được sử dụng để kiểm tra rằng bản tin và khoá không bị thay đổi trong khi truyền trên mạng

Xác thực (Authentication): Là quá trình của việc nhận biết một người sử

dụng hay quá trình truy cập hệ thống máy tính hoặc kết nối mạng Xác thực chắc chắn rằng cá nhân hay một tiến trình là hoàn toàn xác định

Original packet Hình 2: Cấu trúc một gói tin IP trong đường

hầm

Cho phép (Authorization): Là hoạt động kiểm tra thực thể đó có được

phép thực hiện những quyền hạn cụ thể nào

Quản lý khoá (Key management): Một khoá thông tin, thường là một dãy

ngẫu nhiên hoặc trông giống như các số nhị phân ngẫu nhiên, được sử dụng ban đầu để thiết lập và thay đổi một cách định kỳ sự hoạt động trong một hệ thống mật mã Quản lý khoá là sự giám sát và điều khiển tiến trình nhờ các khoá được tạo ra, cất giữ, bảo vệ, biến đổi, tải lên, sử dùng hay loại bỏ

Dịch vụ chứng thực CA (Certificate of Authority): Một dịch vụ mà được

tin tưởng để giúp bảo mật quá trình truyền tin giữa các thực thể mạng hoặc các người dùng bằng cách tạo ra và gán các chứng nhận số như các chứng nhận khoá công cộng, cho mục đích mã hoá Một CA đảm bảo cho sự lien kết giữa các thành phần bảo mật trong chứng nhận

 DES (Data Encryption Security)

 3DES (Triple Data Encryption Security)

 SHA (Secure Hash Algorithm)

AH ( Authentication Header): La giao thức bảo mật giúp xác thực dữ liệu,

bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu và các dịch vụ “anti-replay” (dịch vụ bảo đảm tính duy nhất của gói tin) AH được nhúng vào trong dữ liệu để bảo vệ

ESP (Encapsulation Security Payload): Là một giao thức bảo mật cung

cấp sự tin cậy dữ liệu, bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu, và xác thực nguồn gốc dữ liệu, các dịch vụ “anti-replay” ESP đóng gói dữ liệu để bảo vệ Oakley và Skeme mỗi cái định nghĩa một phương thức để thiết lập một sự trao đổi khoá xác thực, cái đó bao gồm cấu trúc tải tin, thông tin mà các tải tin mang, thứ tự mà các khoá được sử lý và các khoá được sử dụng như thế nào

ISAKMP (Internet Security Association and Key Management):

IKE (Internet Key Exchange): Là giao thức lai mà triển khai trao đổi khóa

Oakley và trao đổi khoá Skeme bên trong khung ISAKMP (Protocol): Là một khung giao thức mà định nghĩa các định dạng tải tin, các giao thức triển khai một giao thức trao đổi khoá và sự trao đổi của một SA (Security Association)

SA (Security Association): Là một tập các chính sách và các khoá được

sử dụng để bảo vệ thông tin ISAKMP SA là các chính sách chung và các khoá

AAA (Authentication, Authorization và Accouting): là các dịch vụ bảo

mật mạng mà cung cấp các khung chính qua đó điều khiển truy cập được đặt trên Router hay các Server truy cập Hai sự lựa chọn chính cho AAA là TACACS+

và RADIUS

TACACS+ (Terminal Access Controller Access Control System Plus): Là

một ứng dụng bảo mật mà cung cấp sự xác thực tập trung của các người dùng cố gắng truy nhập tới Router hay mạng truy cập Server

RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service): Là một hệ thống

phân tán client/server mà bảo mật các truy cập không được phép tới mạng

Remote Access VPNs cho phép truy cập bất cứ lúc nào bằng Remote, mobile, và các thiết bị truyền thông của nhân viên các chi nhánh kết nối đến tài nguyên mạng của tổ chức

Remote Access VPN mô tả công việc các người dùng ở xa sử dụng các phần mềm VPN để truy cập vào mạng Intranet của công ty thông qua gateway hoặc VPN concentrator (bản chất là một server) Vì lý do này, giải pháp này thường được gọi là client/server Trong giải pháp này, các người dùng thường thường sử dụng các công nghệ WAN truyền thống để tạo lại các tunnel về mạng

HO của họ

Một hướng phát triển khá mới trong remote access VPN là dùng wireless VPN, trong đó một nhân viên có thể truy cập về mạng của họ thông qua kết nối không dây Trong thiết kế này, các kết nối không dây cần phải kết nối về một trạm wireless (Wireless terminal) và sau đó về mạng của công ty Trong cả hai trường hợp, phần mềm client trên máy PC đều cho phép khởi tạo các kết nối bảo mật, còn được gọi là tunnel

Một phần quan trọng của thiết kế này là việc thiết kế quá trình xác thực ban đầu nhằm để đảm bảo là yêu cầu được xuất phát từ một nguồn tin cậy Thường thì giai đoạn ban đầu này dựa trên cùng một chính sách về bảo mật của công ty Chính sách này bao gồm: quy trình (Procedure), kỹ thuật, server (such

as Remote Authentication Dial-In User Service [RADIUS], Terminal Access Controller Access Control System Plus [TACACS+] …)

3.1.1 Một số thành phần chính

Remote Access Server (RAS): được đặt tại trung tâm có nhiệm vụ xác

nhận và chứng nhận các yêu cầu gửi tới

Quay số kết nối đến trung tâm, điều này sẽ làm giảm chi phí cho một số yêu cầu ở khá xa so với trung tâm

Hỗ trợ cho những người có nhiệm vụ cấu hình, bảo trì và quản lý RAS và

hỗ trợ truy cập từ xa bởi người dùng

Hình 3 Thiết lập một non-VPN remote access

Bằng việc triển khai Remote Access VPNs, những người dùng từ xa hoặc các chi nhánh văn phòng chỉ cần cài đặt một kết nối cục bộ đến nhà cung cấp dịch vụ ISP hoặc ISP’s POP và kết nối đến tài nguyên thông qua Internet Thông tin Remote Access Setup được mô tả bởi hình vẽ sau:

Hình 4 Thiêt lập một VPN remote access

3.1.2 Thuận lợi chính của Remote Access VPNs:

- Sự cần thiết của RAS và việc kết hợp với modem được loại trừ

- Sự cần thiết hỗ trợ cho người dùng cá nhân được loại trừ bởi vì kết nối từ

xa đã được tạo điều kiện thuận lợi bởi ISP

- Việc quay số từ những khoảng cách xa được loại trừ, thay vào đó, những kết nối với khoảng cách xa sẽ được thay thế bởi các kết nối cục bộ

- Giảm giá thành chi phí kết nối với khoảng cách xa

- Do đây là một kết nối mang tính cục bộ, do vậy tố độ kết nối sẽ cao hơn so với kết nối trực tiếp đến những khoảng cách xa

- VPNs cung cấp khả năng truy cập đến trung tâm tốt hơn bởi vì nó hỗ trợ dịch vụ truy cập ở mức độ tối thiểu nhật cho dù có sự tăng nhanh chóng các kết nối đồng thời đến mạng

3.1.3 Ngoài những thuận lợi trên, VPNs cũng tồn tại một số bất lợi khác như:

- Remote Access VPNs cũng không đảm bảo được chất lượng dịch vụ

- Khả năng mất dữ liệu là rất cao, thêm nữa là các phân đoạn của gói dữ liệu

có thể đi ra ngoài và bị thất thoát

- Do độ phức tạp của thuật toán mã hoá, protocol overhead tăng đáng kể, điều này gây khó khăn cho quá trính xác nhận Thêm vào đó, việc nén dữ liệu IP và PPP-based diễn ra vô cùng chậm chạp và tồi tệ

- Do phải truyền dữ liệu thông qua Internet, nên khi trao đổi các dữ liệu lớn như các gói dữ liệu truyền thông, phim ảnh, âm thanh sẽ rất chậm

3.2 Site – To – Site VPN

Site –to – site : Được áp dụng để cài đặt mạng từ một vị trí này kết nối tới mạng của một vị trí khác thông qua VPN Trong hoàn cảnh này thì việc chứng thực ban đầu giữa các thiết bị mạng được giao cho người sử dụng Nơi mà có một kết nối VPN được thiết lập giữa chúng Khi đó các thiết bị này đóng vài trò như là một gateway, và đảm bảo rằng việc lưu thông đã được dự tính trước cho các site khác Các Router và Firewall tương thích với VPN, và các bộ tập trung VPN chuyên dụng đều cung cấp chức năng này

Hình 5 Site – to – site VPN

Site – to –Site VPN có thể được xem như là Intranet VPN hoặc Extranet VPN Nếu chúng ta xem xét chúng dưới góc độ chứng thực nó có thể được xem như là một intranet VPN, ngược lại chúng được xem như một extranet VPN Tính chặt chẽ trong việc truy cập giữa các site có thể được điều khiể bởi cả hai (Intranet và Extranet VPN) theo các site tương ứng của chúng Giải pháp Site –

To – Site VPN không phải là một remote access VPN nhưng nó được thêm vào đây vì tính chất hoàn thiện của nó

Sự phân biệt giữa remote access VPN và Site – To – Site VPN chỉ đơn

3002 chẳng hạn) ở đây để phân loại được, chúng ta phải áp dụng cả hai cách, bởi

vì harware-based client có thể xuất hiện nếu một thiết bị đang truy cập vào mạng Mặc dù một mạng có thể có nhiều thiết bị VPN đang vận hành Một ví dụ khác như là một chế độ mở rộng của giải pháp Ez VPN bằng cách dùng Router

806 và 17xx

Site –to –Site VPN là sự kết nối hai mạng riêng lẻ thông qua một đường hầm bảo mật, đường hầm bảo mật này có thể sử dụng các giao thức PPTP, L2TP, hoặc IPSec, mục đích của Site –to –Site VPN là kết nối hại mạng không

có đường nối lại với nhau, không có việc thoả hiệp tích hợp, chứng thực, sự cẩn mật của dữ liệu, bạn có thể thiết lập một Site – to –Site VPN thông qua sự kết hợp của các thiết bị VPN concentrators, Router, và Firewalls

Kết nối Site –to –Site VPN được thiết kế để tạo một kết nối mạng trực tiếp, hiệu quả bất chấp khoảng cách vật lý giữa chúng Có thể kết nối này luân chuyển thông qua Internet hoặc một mạng không được tin cậy Bạn phải đảm bảo vấn đề bảo mật bằng cách sử dụng sự mã hoá dữ liệu trên tấ cả các gói dữ liệu đang luân chuyển giữa các mạng đó

3.2.1 Intranet

Hình 6 Thiết lập Intranet sử dụng WAN backbone

Intranet VPNs hay còn gọi là các VPN nội bộ sẽ kết nối các mạng của trụ

sở chính, văn phòng và các chi nhánh từ xa qua một cơ sở hạ tầng mạng dùng chung như Internet thành một mạng riêng tư của một tập đoàn hay một tổ chức

gồm nhiều công ty và văn phòng làm việc mà các kết nối này luôn luôn được mã hoá thông tin

Intranet VPN được sử dụng để kết nối đến các chi nhánh văn phòng của

tổ chức đến Corporate Intranet (Backbone Router) sử dụng campus router (Hình 7)

Theo mô hình bên trên sẽ rất tốn chi phí do phải sử dụng 2 Router để thiết lập được mạng, thêm vào đó, việc triển khai, bảo trì và quản lý mạng Intranet Backbone sẽ rất tốn kém còn tuỳ thuộnc vào lượng lưu thông trên mạng đi trên

nó và phạm vi địa lý của toàn bộ mạng Intranet

Để giải quyết vấn đề trên, sự tốn kém của WAN backbone được thay thế bởi các kết nối Internet với chi phí thấp, điều này có thể một lượng chi phí đáng

kể của việc triển khai mạng Intranet (Hình 1-5)

Hình 7 Thiếp lập Intranet dựa trên VPN

Những thuận lợi chính của Intranet setup dựa trên VPN theo hình 7

- Hiệu quả chi phí hơn do giảm số lượng router được sử dụng theo mô hình

- Giảm thiểu số lượng hỗ trợ yêu cầu người dùng cá nhân qua toàn cầu, các

trạm ở một số remote site khác nhau

- Bởi vì Internet hoạt động như một kết nối trung gian, nó dễ dàng cung cấp

những kết nối mới ngang hang

- Kết nối nhanh hơn và tốt hơn do về bản chất kết nối đến nhà cung cấp dịch vụ, loại bỏ vấn đề khoảng cách xa và thêm nữa giúp tổ chức giảm thiểu chi

phí cho việc thực hiện Intranet

Những bất lợi chính kết hợp với cách giải quyết:

- Bởi vì dữ liệu vẫn còn tunnel trong quá trình chia sẻ trên mạng công cộng-Internet và những nguy cơ tấn công, như tấn công bằng từ chối dịch vụ (denial-of service), vẫn còn là một mối đe doạ an toàn thông tin

- Khả năng mất dữ liệu trong lúc di chuyển thông tin cũng rất cao

- Trong một số trường hợp, nhất là khi dữ liệu là loại high-end, như các tập tin multimedia, việc trao đổi dữ liệu sẽ rất chậm chạp do được truyền thông qua Internet

- Do là kết nối dựa trên Internet, nên tính hiệu quả không liên tục, thường xuyên, và QoS cũng không được bảo đảm

3.2.2 Extranet VPNs (VPN mở rộng)

Hình 8 Extranet VPN

Extranet là sự mở rộng từ những Intranet liên kết các khách hàng, những nhà cung cấp, những đối tác hay những nhân viên làm việc trong các Intranet qua cơ sở hạ tầng dùng chung chia sẽ những kết nối

Không giốn như intranet và Remote Access –based, Extranet không an toàn cách ly từ bên ngoài (outer-world), Extranet cho phép truy nhập những tài nguyên mạng cần thiết kế của các đối tác kinh doanh, chẳng hạn như khách hang, nhà cung cấp, đối tác những người giữ vài trò quan trọng trong tổ chức

Hình 9 Thiết lập mạng Extranet theo truyền thống

Như hình trên, mạng Extranet rất tốn kém do có nhiều đoạn mạng riêng biệt trên intranet kết hợp lại với nhau để tạo ra một Extranet Điều này làm cho khó triển khai và quản lý do có nhiều mạng, đồng thời cũng khó khăn cho cá nhân làm công việc bảo trì và quản trị Thêm nữa là mạng Extranet dễ mở rộng

do điều này sẽ làm rối tung toàn bộ mạng Intranet và có thể ảnh hưởng đến các kết nối bên ngoài mạng Sẽ có những vấn đề bạn gặp phải bất thình lình khi kết nối một Intranet vào một mạng Extranet Triển khai và thiết kế một mạng Extranet có thể là một cơn ác mộng của các nhà thiết kế và quản trị mạng

Hình 10: Thiết lập Extranet

Một số thuận lợi của Extranet:

Do hoạt động trên môi trường Internet, bạn có thể lựa chọn nhà phân phối khi lựa chọn và đưa ra phương pháp giải quyết tuỳ theo nhu cầu của tổ chức Bởi

vì một phần Internet-connectivity được bảo trì bởi nhà cung cấp ISP nên cũng giảm chi phí bảo trì khi thuê nhân viên bảo trì Dễ dàng triển khai, quản lý và chỉnh sữa thông tin

Một số bất lợi:

- Sự đe doạ về tính an toàn, như bị tấn công bằng từ chối dịch vụ vẫn còn tồn tại

- Tăng thêm nguy hiểm sự xâm nhập đối với tổ chức trên Extranet

- Do dựa trên Internet nên khi dữ liệu là các loại high-end data thì việc trao đổi diễn ra chậm chạp

- Do dựa trên Internet, QoS cũng không được bảo đảm thường xuyên

4 VPN và các vấn đề an toàn bảo mật trên Internet

Như chúng ta đã biết, sự phát triển bùng nổ và mở rộng mạng toàn cầu Internet ngày càng tăng, hàng tháng có khoảng 10.000 mạng mới kết nối vào Internet kèm theo đó là vấn đề làm sao để có thể trao đổi thông tin dữ liệu một cách an toàn qua mạng công cộng như Internet Hàng năm sự rò rỉ và mất cắp thông tin dữ liêu đã gây thiệt hại rất lớn về kinh tế trên toàn thế giới Các tội

phạm tin tặc “ hacker” luôn tìm mọi cách để nghe trộm, đánh cắp thông tin dữ liệu nhạy cảm như: thẻ tín dụng, tài khoản người dùng, các thông tin kinh tế nhạy cảm của các tổ chức hay cá nhân

Vậy giải pháp sử dụng mạng riêng ảo VPN sẽ giải quyết vấn đề an toàn

và bảo mật thông tin trên Internet như thế nào ?

Câu trả lời để các tổ chức, các doanh nghiệp, cá nhân cảm thấy yên tâm khi trao đổi thông tin dữ liệu qua mạng Internet là sử dụng công nghệ mạng riêng ảo VPN

Thực chất công nghệ chính được sử dụng trong mạng riêng ảo VPN là tạo

ra một đường hầm (tunnel) mã hoá và chứng thực dữ liệu giữa hai đầu kết nối Các thông tin dữ liệu sẽ được mã hoá và chứng thực trước khi được lưu chuyển trong một đường hầm riêng biệt, qua đó sẽ tránh được những cặp mắt tò mò muốn đánh cắp thông tin

4.1 An toàn và tin cậy

Sự an toàn của hệ thống máy tính là một bộ phận của khả năng bảo trì một hệ thống đáng tin cậy được Thuộc tính này của một hệ thống đựơc viện dẫn như sự đáng tin cậy được Có 4 yếu tố ảnh hưởng đến một hệ thống đáng tin cậy:

 Tính sẵn sang: Khả năng sẵn sang phục vụ, đáp ứng yêu cầu trong khoản thời gian Tính sẵn sang thường đựơc thực hiện qua những

hệ thống phần cứng dự phòng

 Sự tin cậy: Nó đình nghĩa xác xuất của hệ thống thực hiện các chức năng của nó trong một chu kỳ thời gian Sự tin cậy khác với tính sẵn sang , nó được đo trong cả một chu kỳ của thời gian Nó tương ứng tới tính liên tục của một dịch vụ

 Sự an toàn: Nó chỉ báo hiệu một hệ thống thực hiện những chức năng của nó chính xác hoặc thực hiện trong trường hợp thất bại một ứng xử không thiệt hại nào xuất hiện

 Sự an ninh: Trong trường hợp này sự an ninh có nghĩa như một sự bảo vệ tất cả các tài nguyên hệ thống

Một hệ thống máy tính đáng tin cậy ở mức cao nhất là luôn đảm bảo an toàn ở bất kỳ thời gian nào Nó đảm bảo không một sự và chạm nào mà không cảnh báo thông tin có cảm giác, lưu tâm đến dữ liệu có cảm giác có 2 khía cạnh

để xem xét:

 Tính bí mật

 Tính toàn vẹn

sẵn sang, sự an toàn và anh ninh là những thành phần phụ thuộc lẫn nhau Sự an ninh bảo vệ hệ thống khỏi những mối đe doạ và sự tấn công Nó đảm bảo một hệ thống an toàn luôn sẵn sang và đáng tin cậy

Những mối đe doạ và tấn công có liên quan tới phần cứng của hệ thống

Nó có thể được phân ra vào 2 phạm trù:

 Sự an toàn vật lý

 An toàn bắt nguồn

Sự an toàn vật lý bảo vệ phần cứng trong hệ thống khỏi những mối đe doạ vật lý bên ngoài như sự can thiệp, mất cắp thông tin, động đất và nước làm ngập lụt Tất cả những thông tin nhạy cảm trong những tài nguyên phần cứng của hệ thống cần sự bảo vệ chống lại tất cả những sự bảo vệ này

An toàn thông tin:

Liên quan đến tính dễ bị tổn thương trong phần mềm, phần cứng và sự kết hợp của phần cứng và phần mềm Nó có thể được chia vào sự an toàn và truyền thông máy tính Sự an toàn máy tính bao trùm việc bảo vệ của các đối tượng chống lại sự phơi bày và sự dễ bị tổn thương của hệ thống, bao gồm các cơ chế điều khiển truy nhập, các cơ chế điều khiển bắt buộc chính sách an toàn, cơ chế phần cứng, kỹ thuật mã hoá… Sự an toàn truyền thông bảo vệ đối tượng truyền

An toàn quản trị:

An toàn quản trị liên quan đến tất cả các mối đe doạ mà con người lợi dụng tới một hệ thống máy tính Những mối đe doạ này có thể là hoạt động nhân

sự Sự an toàn nhân sự bao bao trùm việc bảo vệ của những đối tượng chống lại

sự tấn công từ những người dùng uỷ quyền

Mỗi người dùng của hệ thống có những đặc quyền để truy nhập những tài nguyên nhất định Sự an toàn nhân sự chứa đựng những cơ chế bảo vệ chống lại những người dùng cố tình tìm kiếm được những đặc quyền cao hơn hoặc lạm

dụng những đặc quyền của họ, cho nên sự giáo dục nhận thức rất quan trọng để

nó thực sự là một cơ chế bảo vệ sự an toàn hệ thống Thống kê cho thấy những người dùng uỷ quyền có tỷ lệ đe doạ cao hơn cho một hệ thống máy tính so với

từ bên ngoài tấn công Những thông tin được thống kê cho thấy chỉ có 10% của tất cả các nguy hại máy tính đựơc thực hiện từ bên ngoài hệ thống, trong khi có đến 40% là bởi những người dùng trong cuộc và khoảng 50% là bởi người làm thuê cũ

Chương 2 GIAO THỨC TRONG VPN

Trong VPN có 3 giao thức chính để xây dựng lên một “mạng riêng ảo” hoàn chỉnh đó là

 IP Sec (IP Security)

 PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)

 L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol)

Tuỳ theo từng lớp ứng dụng cụ thể mà mỗi giao thức đều có ưu và nhược điểm khác nhau khi triển khai vào mạng VPN

1 Bộ giao thức IPSec (IP Security Protocol):

IPSec thực chất không phải là một giao thức, nó chỉ là một khung của các tập giao thức chuẩn mở rộng được thiết kế để cung cấp tính xác thực và toàn vẹn

dữ liệu Giao thức IPSec được làm việc tại tầng Network Layer- Layer 3 của mô hình OSI Các giao thức bảo mật trên Internet khác như SSL, TLS và SSH, được thực hiện từ tầng transport layer trở lên (Từ tầng 4 đến tầng 7 của mô hình OSI) Điều này tạo ra tính mềm dẻo cho IPSec, giao thức này có thể hoạt động tại tầng

4 với TCP, UDP, hầu hết các giao thức sử dụng tại tầng này IPSec có một tính năng cao cấp hơn SSL và các phương thức khác hoạt động tại các tầng trên của

mô hình OSI Với một ứng dụng sử dụng IPSec mã (code) không bị thay đổi, nhưng nếu ứng dụng đó bắt buộc sử dụng SSL và các giao thức bảo mật trên các tầng trên trong mô hình OSI thì đoạn mã ứng dụng đó sẽ bị thay đổi lớn

1.1 Cấu trúc bảo mật

IPSec được triển khai (1) sử dụng các giao thức cung cấp mật mã (cryptographic protocols) nhằm bảo mật gói tin (packet) trong quá trình truyền, (2) phương thức xác thực và (3) thiết lập các thông số mã hoá

Xây dựng khái niệm về bảo mật trên nền tảng IP Một sự kết hợp bảo mật đơn giản khi kêt hợp các thuật toán và các thông số (ví dụ như các khoá-keys) là nền tảng trong việc mã hoá và xác thực trong một chiều Tuy nhiên trong các giao tiếp hai chiều, các giao thức bảo mật sẽ làm việc với nhau và đáp ứng quá trình giao tiếp Thực tế lựa chọn các thuật toán mã hoá và xác thực lại phụ thuộc vào người quản trị IPSec bởi vì IPSec bao gồm một nhóm các giao thức bảo mật đáp ứng mã hoá và xác thực cho mỗi gói tin IP

Trong các bước thực hiện phải quyết định cái gì cần bảo vệ và cung cấp cho một gói tin outgoing (đi ra ngoài), IPSec sử dụng các thông số Security

Parameter Index (SPI), mỗi quá trình Index ( đánh thứ tự và lưu trong dữ liệu –Index ví như một cuốn danh bạ điện thoại) bao gồm Security Association Database (SADB), theo suốt chiều dài của địa chỉ đích trong header của gói tin, cùng với sự nhận dạng duy nhất của một thoả hiệp bảo mật cho mỗi gói tin Một quá trình tương tự cũng được làm với gói tin đi vào (incoming packet), nơi IPSec thực hiện quá trình giải mã và kiểm tra các khoá từ SADB

Cho các gói multicast, một thoả hiệp bảo mật sẽ cung cấp cho một group,

và thực hiện cho toàn bộ các receiver trong group đó Có thể có hơn một thoả hiệp bảo mật cho một group, bằng cách sử dụng các SPI khác nhau, tuy nhiên nó cũng cho phép thực hiện nhiều mức độ bảo mật cho một group Mỗi người gửi

có thể có nhiều thoả hiệp bảo mật, cho phép xác thực, trong khi người nhận chỉ biết được các keys được gửi đi trong dữ liệu Chú ý các chuẩn không miêu tả làm thế nào để các thoả hiệp và lựa chọn việc nhân bản từ group tới các cá nhân

1.1.1 Hiện trạng

IPSec là một phần bắt buộc của IPv6, có thể được lựa chọn khi sử dụng IPv4 Trong khi các chuẩn đã được thiết kế cho các phiên bản IP giống nhau, phổ biến hiện nay là áp dụng và triển khai trên nền tảng IPv4

Các giao thức IPSec được định nghĩa từ RFCs 1825 -1829, và được phổ biến năm 1995 Năm 1998, được nâng cấp với các phiên bản RFC 2401-2412, nó không tương thích với chuẩn 1825-1829 Trong tháng 12 năm 2005, thế hệ thứ 3 của chuẩn IPSec, RFC 4301-4309 Cũng không khác nhiều so với chuẩn RFC 2401-2412 nhưng thế hệ mới được cung cấp chuẩn IKE second Trong thế hệ mới này IP security cũng được viết tắt lại là IPSec

Chế độ này hỗ trợ truyền thông tin giữa các máy hoặc giữa máy chủ với máy khác mà không có sự can thiệp nào của các gateway làm nhiệm vụ an ninh mạng

Trong Transport mode, chỉ những dữ liệu bạn giao tiếp các gói tin được mã hoá và hoặc xác thực Trong quá trình Routing, cả IP header đều không bị chỉnh sữa hay mã hoá; tuy nhiên khi authentication header được sử dụng, địa chỉ IP không thể chỉnh sửa ( ví dụ như port number) Transport mode sử dụng trong tình huống giao tiếp host-to-host

Điều này có nghĩa là đóng gói các thông tin trong IPSec cho NAT traversal được định nghĩa bởi các thông tin trong tài liệu của RFC bởi NAT-T

Chế độ này hỗ trợ khả năng truy nhập từ xa và liên kết an toàn các Website Chế độ chuyển vận sử dụng AH và ESP đối với phần của tầng chuyển vận trong một gói tin IP Phần dữ liệu thực của giao thức IP này là phần duy nhất được bảo vệ trong toàn gói tin Phần header của gói tin IP với địa chỉ của điểm truyền và điểm nhận không bảo vệ Khi áp dụng cả AH và ESP thì AH được áp dụng sau để tính ra tính toàn vẹn của dữ liệu trên tổng lượng dữ liệu Mặt khác chế độ đường hầm cho phép mã hoá và tiếp nhận đối với toàn bộ gói tin IP Các cổng bảo mật sử dụng chế độ này để cung cấp các dịch vụ bảo mật thay cho các thực thể khác trên mạng Các điểm truyền thông đầu cuối được bảo vệ bên trong các gói tin IP đến trong khi các điểm cuối mã hoá lại được lưu trong các gói tin

IP truyền đi Một gateway bảo mật thực hiện phân tách gói tin IP đến cho điểm nhận cuối cùng sau khi IPSec hoàn thành việc sử lý của mình Trong chế độ đường hầm, địa chỉ IP của điểm đến được bảo vệ

Trong chế độ đường hầm, có một phần header IP phụ được thêm vào, còn trong chế độ chuyển vận thì không có điều này IPSec định ra chế độ đường hầm để áp dụng cho AH và ESP

Khi host 1 muốn giao tiếp với host 2, nó có thể sử dụng chế độ đường hầm để cho phép các gateway bảo mật có thể cung cấp các dịch vụ để đảm bảo

an toàn cho việc liên lạc giữa hai nút mạng trên mạng công cộng

IPSec cho phép chế độ bảo mật theo nhiều lớp và theo nhiều tuyến truyền Trong đó, phần header của gói tin nội tại được hoàn toàn bao bọc bởi phần header của gói tin được phát đi Tuy vậy, phải có một điều kiện là các tuyến truyền không được gối chồng lên nhau

Đối với việc sử lý luồng dữ liệu truyền đi, tầng IP sẽ tham chiếu đến SPD (Security Policy Database ) để quyết định các dịch vụ bảo mật cần áp dụng Các bộ chọn lọc được lấy ra từ các phần header sử dụng để chỉ ra một cách thức hoạt động cho SPD Nếu hoạt động của SPD là áp dụng tính năng bảo mật thì sẽ có một con trỏ, trỏ đến SA trong SADB ( Security Association Database ) được trả về Trường hợp SA không có trong SADB thì IKE sẽ được kích hoạt Sau đó các phần header AH và ESP được bổ xùng theo cách mà SA định

ra và gói tin sẽ được truyền đi

Với việc sử lý luồng dữ liệu gửi đến, sau khi nhận được một gói tin, tầng

có nhiệm vụ bảo mật sẽ kiểm tra danh mục các phương thức bảo mật để đưa ra các hành động sau đây: huỷ bỏ, bỏ qua hoặc áp dụng Nếu hành động là áp dụng mà SA không tồn tại thì gói tin sẽ bị bỏ qua Tuy nhiên, nếu SA có trong SADB thì gói tin sẽ được chuyển đến tầng tiếp theo để xử lý Nếu gói tin có chứa các phần header của dịch vụ IPSec thì stack của IPSec sẽ thu nhận gói tin này và thực hiện sử lý Trong quá trình sử lý, IPSec lấy ra phấn SPI, phần địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của gói tin Đồng thời, SADB được đánh số theo các tham số để chọn ra SA nhất địn để sử dụng: SPT, địa chỉ đích hoặc là giao thức

Hình 11

+ IPSec cho phép thiết lập các mối truyền thông riêng biệt và đảm bảo tính bí mật trên mạng internet mà không cần biết đến các ứng dụng đang chạy trên máy đó hay các giao thức ở tầng cao hơn như tầng vận chuyển

( Transport layer)

+ IPSec là bộ giao thức có khả năng thẩm định dữ liệu ở cả hai phía người gửi và người nhận, đảm bảo tính bí mật và toàn vẹn dữ liệu bằng cách mã hoá chứng thực IPSec có khả năng thích ứng với tất cả các trình ứng dụng chạy trên mạng

và một tổ chức đàm phán an ninh giữa người gửi và người nhận

 Giao thức đóng gói an toàn ESP ( Encapsulation Security

Payload): là giao thức số 50 được gán bởi IANA ESP là một giao thức bảo mật có thể được sử dụng cho việc cung cấp tính bảo mật

và xác thực các gói dữ liệu khỏi sự nhòm ngó của người dùng không được phép ESP cung cấp phần tải tin của gói dữ liệu, ESP cung cấp sự xác thực cho gói tin IP nội bộ và phần tiêu đề ESP Sự xác thực cung cấp sự xác thực về nguồn gốc và tính toàn vẹn của gói dữ liệu ESP là giao thức hỗ trợ và kiểu mã hoá đối xứng như: Blowfish, DES Thuật toán mã hoá dữ liệu mặc định sử dụng trong IPSec là thuật toán DES 56 bit Trong các sản phẩm và thiết bị mạng của Cisco dùng trong VPN còn sử dụng việc mã hoá dữ liệu tôt hơn bằng cách sử dụng thuật toán 3DES( Triple Data Encryption Security ) 128 bit

+ Giao thức ESP có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với giao thức chứng thực đầu mục AH ( Authentication Header ) tuỳ thuộc vào từng môi trường Hai giao thức ESP và AH đều cung cấp tính toàn vẹn, xác thực các gói dữ liệu

+ Giao thức ESP cũng có thể bảo vệ được tính duy nhất của gói tin bằng cách yêu cầu bên nhận đặt bit “ replay” trong tiêu đề để chỉ ra rằng gói tin đã được gửi

 Giao thức chứng thực mục đầu AH ( Authentication Header

 Giao thức trao đổi chìa khoá Inernet ( IKE )

AH và ESP là những giao thức mà IPSec yêu cầu những bí mật dùng chung trong việc phân phối khoá, do đó các chìa khoá có thể mất cắp khi trao đổi qua lại Do đó một cơ chế trao đổi chìa khoá an toàn cho IPSec phải thoả mãn yêu cầu sau

 Không phụ thuộc vào các thuật toán đặc biệt

 Không phụ thuộc vào một nghi thức trao đổi khoá đặc biệt,

 Sự chứng thực của những thực thể quản lý khoá

 Thiết lập các SA trên các tuyến giao thông không an toàn

 Sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên

Giao thức IKE có các đặc tính sau:

+ Các chìa khoá phát sinh và những thủ tục nhận biết

+ Tự động làm mới lại chìa khoá

+ Giải quyết vấn đề một khoá

+ Mỗi một giao thức an toàn ( AH, ESP ) có một không gian chỉ số an toàn của chính mình

+ Gắn sẵn sự bảo vệ

+ Chống lại các cuộc tấn công làm nghẽn mạch tài nguyên như: Tấn công

từ chối dịch vụ DoS ( Denial- of- Service )

+ Tiếp cận hai giai đoạn

 Thiết lập những SA cho khoá trao đổi

 Thiết lập SA cho dữ liệu chuyển

+ Sử dụng chữ ký số

+ Dùng chung khoá

Giao thức IKE thiết kế ra để cung cấp 5 khả năng:

 Cung cấp những phương tiện cho hai bên về sự đồng ý những giao thức, thuật toán và những chìa khoá để sử dụng

 Đảm bảo trao đổi khoá đến đúng người dùng

 Quản lý những chìa khoá sau khi được chấp nhận

 Đảm bảo rằng sự điều khiển và trao đổi khoá an toàn

 Cho phép sự chứng thực động giữa các đối tượng ngang hang

Để thiết lập một hiệp hội khoá IKE bắt đầu từ một điểm, chủ nhà hay cổng vào an toàn một Intranet tập đoàn, ta cần thiết kế 4 khoản

 Một giải thuật để mã hoá dữ liệu

 Một giải thuật hàm băm để giảm bớt dữ liệu ở trên

 Một phương pháp chứng thực dữ liệu

 Thông tin về nhóm người dùng khi trao đổi Diffie-Hellman

Trước khi IPSec gửi xác nhận hoặc mã hoá dữ liệu IP, giữa hai người gửi

và người nhận phải thống nhất về giải thuật mã hoá và chìa khoá mã hoá hoặc những chìa khoá để sử dụng IPSec sử dụng giao thức IKE để tự thiết lập những giao thức đàm phán về những chìa khoá mã hoá, thuật toán sử dụng

Giao thức IKE cung cấp sự chứng thực sơ cấp: việc xác minh sự nhận biết các hệ thống từ xa trước khi bàn bạc, thương lượng về chìa khoá và giải thuật

Giao thức IKE là giao thức lai ghép của 3 giao thức: ISAKMP ( Internet Security Association and Key Management Protocol ), Oakley, SKEME

Giao thức ISAKMP cung cấp một khung cho sự trao đổi chứng thực và chìa khoá

Giao thức Oakley mô tả những kiểu trao đổi chìa khoá

Giao thức SKEME đinh nghĩa kỹ thuật trao đổi chìa khoá

Trong ISAKMP có hai kênh thành lập SA ( Security Association - Hiệp hội an toàn )

Giao thức IKE có hai luồng chung:

 ISAKMP thực hiện lần một ( kiểu chính): Đàm phán thiết lập Hiệp hội an toàn ISAKMP, một kênh an toàn truyền thông từ xa hơn nữa cho IKE, hai hệ thống phát sinh một chìa khoá dùng chung Diffie-Ellman Xác minh nhận biết hệ thống từ xa ( Chứng thực sơ cấp )

Shared Secret Value

Private Value combined with Public Value B

Private Value B combined with Public Value A

Step 3

Hình 15: Sơ đồ hình thành khoá dùng chung Diffie-Hellman

 ISAKMP thực hiện lần 2 ( Kiểu nhanh) Sử dụng kênh truyền thông an toàn của ISAKMP SA cho sự mã hoá IPSec AH hoặc ESP

Hình 16: Thiết lập SA

+ Sự chứng thực sơ cấp IKE ( IKE Primary Authentication ):

IKE phải xác nhận những hệ thống sử dụng thuật toán Diffie-Hellman, qui trình này được gọi là chứng thực sơ cấp

IKE có thể sử dụng hai phương pháp chứng thực sơ cấp:

 Chữ ký số ( Digital Signatures)

 Khoá dùng chung ( Pre-shared keys)

Chữ ký số và sự mã hoá chìa khoá công cộng là cơ sở về sự mã hoá chìa khoá bất đối xứng và yêu cầu một cơ chế phân phối những chìa khoá công cộng

 Sự chứng thực chữ ký số ( IKE Digital Signature Authentication ): Một chữ ký số tương tự như một giá trị hàm băm chìa khoá đối xứng Sự khác nhau giữa chúng là chỉ có một người nắm giữ chìa khoá riêng mới có thể phát sinh ra chữ ký số, trong khi mọi người giữ chìa khoá đối xứng có thể phát sinh một giá trị hàm băm chìa khoá đối xứng,

 Sự chứng thực khoá dùng chung ( IKE Pre-Shared Key Authentication ): Với sự chứng thực khoá dùng, giữa người gửi và người nhận phải trao đổi bằng tay và định hình một chìa khoá dùng chung đối xứng Khoá dùng chung chỉ được sử dụng để chứng thực sơ cấp

nó chỉ hỗ trợ kết nối từ điểm tới điểm

Hình 18

PPTP chỉ hỗ trợ IP, IPX, NetBIOS, NetBEUI, PPTP không làm thay đổi PPP mà nó chỉ là giải pháp mới, một cách tạo đường hầm trong việc chuyên chở giao thông PPP

 Thiết lập và kết thúc kết nối vật lý

 Xác thực các người dùng

 Tạo ra gói dữ liệu PPP

Sau khi PPP thiết lập kết nối, PPTP sử dụng các quy luật đóng gói của PPP để đóng gói các gói truyền trong đường hầm như dưới đây:

Hình 21

Để tận dụng ưu điểm của kết nối tạo ra bởi PPP, PPTP định nghĩa hai loại gói: Gói điều khiển và gói dữ liệu rồi gán chúng voà hai kênh riêng Sau đó, PPTP phân tách các kênh điều khiển và kênh dữ liệu thành luồng diều khiển với giao thức TCP và luồng dữ liệu với giao thức IP Kết nối TCP được tạo ra giữa client PPTP với máy chủ PPTP được sử dụng để chuyển thông báo điều khiển

Sau khi đường hầm được thiết lập thì dữ liệu được truyền từ client sang máy chủ PPTP chứa các gói dữ liệu IP Gói dữ liệu IP được đóng gói tiêu đề như hình sau:

Hình 22

Khi đóng gói nó có sử dụng số ID của host cho điều khiển truy cập ACK cho giám sát tốc độ truyền dữ liệu trong đường hầm

PPTP cũng có cơ chế điều khiển tốc độ nhằm giới hạn số lượng dữ liệu truyền

đi Chế độ này làm giảm tối thiểu kích thước dữ liệu phải truyền lại do mất gói

PPTP cho phép người dùng và các ISP có thể tạo ra nhiều loại đường hầm khác nhau Người dùng có thể chỉ định điểm kết thúc của đường hầm ở ngay tại

máy tính của họ chỉ có PPP mà không có PPTP Đường hầm được chia ra làm hai loại:

 Đường hầm tự nguyện được tạo ra theo yêu cầu của người dùng cho mục đích xác định

 Đường hầm bắt buộc được tạo ra không thông qua người dùng cho nên nó trong suốt đối với người dùng đầu cuối

3.2 Giao thức chuyển tiếp lớp 2 (Layer 2 Forwarding Protocol)

Giao thức L2F là một kỹ thuật được nghiên cứu và phát triển trong các hệ thống mạng của Cisco trong lúc giao thức PPP đang phát triển, nó là một giao thức cho phép một máy tính của người dùng truy nhập vào một intranet của một

tổ chức xuyên qua cơ sở hạ tầng mạng công cộng Internet với sự an toàn và điều khiển được bảo trì Tương tự như giao thức định đường hầm điểm tới điểm PPTP, giao thức L2F cho phép sự truy nhập mạng riêng ảo an toàn xuyên qua cơ

sở hạ tầng mạng công cộng Internet bằng cách tạo ra một đường hầm giữa hai điểm kết nối

Sự khác nhau cơ bản giữa hai giao thức PPTP và L2F là PPTP chỉ hỗ trợ

IP, IPX, NetBIOS, NetBEUI, còn L2F định đường hầm không tuỳ thuộc vào mạng IP, L2F có thể làm việc với nhiều thủ tục mạng khác nhau như: Frame Relay, ATM, FDDI… Một L2F hỗ trợ việc định đường hầm cho hơn một kết nối, giới hạn của giao thức PPTP L2F có thể làm được điều này trong khi nó định nghĩa những kết nối bên trong đường hầm, đây là một đặc điểm hữu ích của L2F Trong tình trạng nơi có nhiều một người đang dùng truy nhập từ xa mà chỉ có duy nhất một kết nối được thoả mãn yêu cầu

Hình 23

Hình 24

L2F sử dụng giao thức PPP cho sự chứng thực khách hang như giao thức PPTP, tuy nhiên L2F còn hỗ trợ chứng thực người dùng quay số từ xa RADIUS ( Remote Authentication Dial-up User Service ) và hệ thống điều khiển giám sát đầu cuối TACACS+ ( Terminal Access Controller Access Control System )

Sự chứng thực L2F thể hiện ở hai mức: đầu tiên khi người dùng từ xa kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ ISP qua giao thức bưu điện POP sau đó kết nối được chuyển tới cổng vào mạng Intranet của tổ chức L2F chuyển những gói dữ liệu xuyên qua một đường hầm riêng ảo giữa hai đầu cuối của một kết nối điểm tới điểm, L2F làm điều này tại giao thức

L2F là một lớp hai giao thức cho nên L2F có thể sử dụng cho những giao thức khác IP như: IPX, NetBEUI…

Với giao thức L2F, một sự an toàn đầy đủ giữa hai đầu điểm cuối VPN có thể được tạo ra và sử dụng, nó là một giải pháp biến đổi được và đáng tin cậy

3.3 Giao thức định đường hầm lớp 2 (Layer 2 Tunneling Protocol)

L2TP là một kỹ thuật nảy sinh để cung cấp một kết nối từ xa tới một Intranet tập đoàn hay tổ chức L2TP là giao thức được phát triển hoà trộn giữa hai giao thức PPTP và L2F

L2TP cung cấp một kỹ thuật để xây dựng cho một kết nối đường hầm qua giao thức điểm tới điểm PPP Đường hầm có thể vắ đầu được tạo ra giữa người dùng từ xa tới nhà cung cấp dịch vụ

đồ kết nối qua Internet

3.3.1 Quan hệ giữa L2TP với PPP

Giao thức định đường hầm lớp 2, L2TP là sự kết hợp giữa hai giao thức

đó là PPTP và L2F Giống như PPTP, L2F là giao thức đường hầm, nó sử dụng tiêu đề đóng gói riêng cho việc truyền các gói ở lớp 2 Điểm khác biệt giữa PPTP và L2F là L2F không phụ thuộc vào IP và GRE Cho phép nó có thể làm việc ở các môi trương vật lý khác L2TP mang đặc tính của PPTP và L2F Tuy nhiên, L2TP định nghĩa riêng một giao thức đường hầm dựa trên hoạt động của L2F L2TP dựa trên PPP để tạo kết nối quay số giữa client và máy chủ truy cập mạng ( NAS ) L2TP sử dụng PPP để tạo kết nối vật lý, tiến hành xác thực đầu, tạo gói dữ liệu PPP và đóng kết nối khi kết thúc phiên làm việc L2TP có thể tạo nhiều đường hầm giữa ISP và các máy chủ mạng client

Tiêu đề IP

Tiêu đề GREv2

Gói tải PPP

IP, IPX và gói dữ liệu NETBEUI

Tiêu đề môi trường phân phối (IP,ATM,X.25)

L2TP cũng giống với PPTP là nó cũng có 2 thông báo:

 Thông báo điều khiển

 Thông báo dữ liệu

Cũng tương tự như PPP, sau khi đường hầm được thiết lập thì dữ liệu được truyền từ client sang máy chủ PPTP chứa các gói dữ liệu IP Gói dữ liệu IP được đóng gói tiêu đề như hình sau

Hình 28: Bộ lọc gói L2TP

L2TP cũng sử dụng những lớp đường hầm như PPTP

 Đường hầm tự nguyện: Tạo theo yêu cầu của người dùng

 Đường hầm bắt buộc: Được tạo tự động ( Người dùng không được

3.4 Tổng quan giao thức đinh đường hầm lớp 2 ( L2TP Overview)

Giao thức L2TP có thể hỗ trợ sự truy cập mạng LAN từ xa sử dụng bất kỳ giao thức lớp mạng nào được hỗ trợ bởi giao thức PPP qua các phiên đường hầm

và cái đó trực tiếp được quản lý bởi việc kết thúc kết nối PPP trong sự truy nhập cổng vào mạng Intranet của một tổ chức hay một tập đoàn

Hình 29

Trong giao thức L2TP có một số phần tử tham gia vào việc thiết lập đường hầm:

 L2TP Access Concentrator (LAC): Bộ tập trung truy nhập giao thức

Bộ tập trung truy nhập LAC được đinh vị tại nhà cung cập dịch vụ ISP qua giao thức POP cung cấp các kết nối vật lý của người dùng từ

xa Trong LAC phương tiện truyền thông vật lý được kết thúc và nó

có thể được nối tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc mạng số tích hợp đa dịch vụ ISDN Qua bộ tập trung LAC này, người ta có thể thiết lập kết nối đường hầm L2TP qua bộ định tuyến LAC router tới người dùng đầu cuối nơi đường hầm được kết thúc

 L2TP Network Server ( LNS): Máy chủ phục vụ L2TP

LNS tiếp nhận các phiên kết nối của người dùng từ xa, chỉ có một kết nối đơn được sử dụng trên LNS để kết thúc các kênh kết nối gọi đến

từ những người dùng từ xa từ các phương tiện truyền thông khác nhau như ISDN, V120 …

Bộ tập trung đa truy nhập cũng có thể được sử dụng như LNS khi nó được sử dụng như cổng vào truy nhập Intranet tập đoàn

 Network Access Server (NAS): Máy chủ truy cập mạng

NAS là một thiết bị truy nhập từ điểm tới điểm đáp ứng những yêu cầu truy nhập của người dùng từ xa qua ISDN hay PSTN

NAS thành lập và điều khiển các phiên họp và đường hầm

+ Người dùng từ xa bắt đầu một kết nối PPP tới NAS

+ NAS chấp nhận cuộc gọi

+ Sự chứng thực người dùng đầu cuối được máy chủ uỷ nhiệm cho phép tới NAS

+ Người dùng đầu cuối thiết lập kết nối với LNS để tạo ra đường hầm tới Intranet tập đoàn Các phiên kết nối được LAC quản lý và các gói

dữ liệu được gửi qua đường hầm LAC LNS, mỗi LAC và LNS theo dõi tình trạng các kết nối của người dùng

 Sự xuyên đường hầm bằng các chương trình chuyển vận nhỏ

 Đầu vào của một kết nối gọi tới LNS từ LAC

 Thiết lập đa đường hầm

 Uỷ nhiệm chứng thực cho PAP và CHAP

 Sự chứng thực điểm cuối của đường hầm

 Che dấu cặp thuộc tính để truyền một mật khẩu PAP uỷ nhiệm

 Sự xuyên đường hầm sử dụng một lookup table

 Sự xuyên đường hầm sử dụng tên lookup người dùng PPP trong hệ thống AAA

Những kiểu đường hầm L2TP:

 Những đương hầm L2TP bắt buộc: Với kiểu đường hầm L2TP bắt

Hình 31

Một đường hầm bắt buộc được thiết lập như sau:

 Người dùng từ xa bắt đầu một kết nối PPP tới nhà cung cấp dịch

 LNS sử dụng chứng thực để làm cho có hiệu lực với người dùng sau đó gán địa chỉ IP

Hình 32